Cerenkovstraling rond een reactorkern. Deze straling, veroorzaakt door subatomaire deeltjes doe sneller reizen dan het licht in (hier) water, komt vaak vrij bij de opwekking van kernenergie.

Kernenergie: redder uit de energie-nood?

Fossiele brandstoffen raken nu in hoog tempo op. Vooral op hogere breedtes, wil het nog niet erg opschieten met zonne-energie. Kan kernenergie ons redden uit de nood?

Wat is het principe van kernenergie?

Kernenergie maakt gebruik van de energie in atoomkernen.
De kracht waarmee deeltjes in de atoomkern elkaar aantrekken en afstoten is de sterke kernkracht. Deze kracht is vele ordes van grootte groter, dan de krachten die verantwoordelijk zijn voor chemische reacties. Daarom komt er miljoenen malen meer energie vrij als een kilo uranium wordt gesplitst, dan als een kilo uranium wordt verbrand tot uraniumoxide.

IJzerkernen, die met bijna zestig kerndeeltjes middelzwaar zijn, zijn energetisch gezien het gunstigst.

Cerenkovstraling rond een reactorkern. Deze straling, veroorzaakt door subatomaire deeltjes doe sneller reizen dan het licht in (hier) water, komt vaak vrij bij de opwekking van kernenergie.
Cerenkovstraling rond een reactorkern. Deze straling, veroorzaakt door subatomaire deeltjes die sneller reizen dan het licht in (hier) water, komt vaak vrij bij de opwekking van kernenergie. Bron

Er komt dus energie vrij als grote kernen (zoals die van uranium met 235 of 238 kerndeeltjes) gesplitst worden in kleinere (kernsplijting). Of als kleine kernen (zoals die van waterstof met maar één of twee kerndeeltjes)  samensmelten tot grotere (kernfusie). In beide gevallen komen de nieuwe kernen dichter in de buurt van ijzer. Kernfusie is zeer lastig onder controle te brengen. Zestig jaren van intensief onderzoek hebben nog steeds geen werkende kernfusiecentrale opgeleverd. In de praktijk is kernsplijting de enige vorm van kernenergie die we kunnen gebruiken. Als je waterstofbommen niet meerekent, dan.

Instabiele kernen

Van sommige zware atoomsoorten (zoals uranium-235) zijn de kernen metastabiel. Als er een extra kerndeeltje zoals een neutron bij komt, dan valt de kern snel uit elkaar. Namelijk, in kleinere kernen en in neutronen, die de reactie op gang houden. Hierbij komt veel energie vrij. Dit gebeurt in kerncentrales en, in een kettingreactie, in atoombommen.

Kerncentrales moeten dus de hoeveelheid neutronen indammen om te voorkomen dat de centrale verandert in een atoombom. Bijvoorbeeld, door neutronen absorberende cadmiumstaven in de kern te laten zakken. Daarom zijn moderne kerncentrales passief ontworpen. Namelijk, als de stroom om elke reden dan ook uitvalt, zakken de staven direct. Deze staven vegen alle vrijkomende neutronen op. En stoppen zo de kernreacties.

Naar schatting is de EREOI tien. Er komt namelijk ongeveer tien keer zoveel energie uit een kerncentrale als het kost om de centrale te bouwen en de uranium te winnen. Dit is te vergelijken met een kolencentrale.

Kerncentrales en hergebruik van uranium

Kerncentrales zijn oorspronkelijk door de Amerikanen ontworpen om kernwapens mee te kunnen maken. Daarom wordt een lastig, energievretend proces gebruikt om uranium te verrijken tot een splijtbare 3-5% (van nature bevat uranium maar 0,72% uranium-235). Want dat proces is handig om uranium geschikt te maken voor gebruik in atoombommen, denk dan aan 70-80% U-235. Met het verarmde uranium  (dat vrijwel zuiver U-238 is) maken Amerikaanse wapenfabrikanten mooie dingen voor het Amerikaanse leger. Denk aan sterke tankpantsers en alles doordringende kogels. Wat niet alleen de vijand, maar ook de eigen soldaten en Iraakse kindertjes erg ziek maakt. Want uranium is naast zwak radioactief, ook extreem giftig.

Niet alleen erg wreed, ook erg dom

Dit is niet erg mensvriendelijk, zacht uitgedrukt. Maar ook nogal dom. Want als je een kilo uranium helemaal zou splijten, komt er 80 terajoule (22 miljoen kilowattuur) aan energie vrij. Een gram uranium is dus in theorie genoeg om een Nederlands huishouden tien jaar (!) van elektriciteit te voorzien. In Irak is in de oorlogen van 1991 en 2003 in totaal 440 000 kg verarmd uranium gedumpt. Met andere woorden: 11 biljoen kilowattuur. Een rekensommetje leert dat dit, bij 100 procent efficiëntie, voldoende is om de Amerikaanse bevolking, die niet bekend staat om haar energiezuinige levensstijl, bijna vier jaar volledig van elektriciteit te voorzien.

Uiteraard is net als in bijvoorbeeld kolencentrales maar een fractie van deze energie uiteindelijk in elektriciteit om te zetten. Kerncentrales werken met een stoomturbine. De hitte die vrijkomt bij de kernreactie verdampt water of een andere vloeistof, waarvan de damp een dynamo aandrijft. Kerncentrales bereiken ongeveer 30% rendement.

CANDU: kernenergie zonder atoombommen

De Canadese noorderburen hadden niet zoveel geld en ook geen behoefte aan atoombommen. Ze vonden daarom de energiezuiniger, en veel veiliger, CANDU-reactor uit. Deze werkt op niet-verrijkt, natuurlijk uranium. CANDU, een aanmerkelijk slimmer concept, is 30-40% zuiniger dan bijvoorbeeld Borssele. Sterker nog: het afval van Borssele kan in een CANDU opgestookt worden. Een CANDU kan ook thorium (dat drie keer zo veel voorkomt als uranium) opstoken. Reken er alleen niet op dat er een CANDU in Nederland komt. We hebben hier één van de grootste uraniumverrijkende fabrieken ter wereld, Urenco, die zoals bekend veel aan ontwikkelingssamenwerking deed.

Kweekreactoren: meer lol van je uranium

Van nature wordt een paar procent van het U-238 in een reactor ook getroffen door neutronen.

In deze verarmd-uranium granaat zit evenveel kernenergie als in duizenden vaten olie. Toch wordt dit gebruikt om oliebronnen mee te veroveren. Hoezo dom?
In deze verarmd-uranium granaat zit evenveel kernenergie als in duizenden vaten olie. Toch wordt dit gebruikt om oliebronnen mee te veroveren. Een beetje dom.

Dit verandert dan in plutonium (Pu-239), dat net zo makkelijk splijt als uranium-235. Ook met plutonium kan je dus atoombommen maken. En, omdat dit chemisch verschilt van uranium, is het makkelijker uit het kernafval te halen. Stel, je bent in staat om alle U-238 in een reactor om te zetten in Pu-239. Dan zou dat de opbrengst in energie meer dan 100x groter maken.

Dat kan met een kweekreactor. Dat is een kernreactor, die meer splijtbaar materiaal produceert dan deze consumeert. Een kweekreactor verwerkt eerst een beginlading van verrijkt uranium of plutonium, Dit om de reactie op gang te brengen. Daarna volgt een vulling met uranium-238 en/of thorium. Nadeel van kweekreactoren is dat de kernreactie lastiger te beheersen is. Er zijn hoge neutron dichtheden nodig om veel nieuwe kernbrandstof te produceren. Dat brengt het systeem dichter bij een snel uit de hand lopende kettingreactie. Dit maakt kweekreactoren ingewikkeld, duur en storingsgevoelig.

Thoriumreactoren

India beschikt over ongeveer een derde van de thoriumvoorraad in de wereld. Thorium, een zwaar, hard grijswit metaal, komt drie keer zo veel voor als uranium. Geen wonder dat vooral India onderzoek doet naar kernreactoren waarin thorium een belangrijke rol speelt. Een andere prettige kant aan thorium is dat vrijwel alles reageert en dat thorium vrijwel geheel voorkomt als thorium-232, de splijtbare vorm. Een thoriumreactor is dus in feite al een kweekreactor. Op dit moment wordt door de Indiërs veel onderzoek gedaan naar thorium. India onderzoek de mogelijkheden om thorium-gebaseerde reactoren werkend en winstgevend te krijgen. Als dit lukt, zal er voor vele honderden jaren voldoende energie zijn voor de gehele wereld. Tijd genoeg dus om nieuwe energiebronnen zoals fusie te ontwikkelen.

10 reacties op “Kernenergie: redder uit de energie-nood?”

    1. Julie,
      Kernfusie is inderdaad mogelijk. Er zijn commerciële neutronenbronnen die werken door kernfusie. Alleen moet je er (veel) meer energie in stoppen dan je er uit kan halen. Of je moet een manier verzinnen om met waterstofbommen een centrale aan te drijven :)

  1. Alleen krijg je bij uranium hetzelfde probleem als bij fossiele brandstoffen, het raakt op!
    Schattingen lopen uiteen van 50 tot 250 jaar met de huidige consumptie en dan is kernenergie niet meer de redder in nood….

  2. Een huishouden kan veeeeeel langer dan tien jaar van een kilo uranium leven.
    22 miljoen Kilowattuur = 22000Megawattuur
    Een huishouden verbruikt 3,5 tot vijf Megawattuur (als je veel luxe hebt)per jaar.
    22000MWh : 5MWh = 4400 Jaar.
    Dus je kan stellen dat een middelgroot dorp met vierduizend inwoners en lokale school/supermarkt er goed een jaar op kan draaien.

  3. Bij deze een reactie op een artikel [1] in Intermediair van augustus 2008

    “Ik wil reageren op het artikel: “Mag kernenergie weer?” geplaatst in Intermediair 32.
    In dit artikel wordt de mening gegeven van twee voor- en twee tegenstanders van kernenergie. Dit artikel verschijnt nu 4 jaar na publicatie in Intermediair van een artikel met de titel: “Kernenergie kan weer”. Misschien moeten we nog 4 jaar wachten tot er in deze reeks er het derde artikel over kernenergie gaat verschijnen met de naar mijn mening voor huidige situatie geldende juiste titel: “Kernenergie moet weer”.
    Of je nu voor- of tegenstander bent van de toepassing van kernenergie om wat voor reden dan ook is helaas in de situatie van dit moment met een zich ontwikkelende energiecrisis volstrekt onbelangrijk. Dit om de eenvoudige reden dat ondanks alle bezwaren die aan kernenergie kleven we er de komende jaren sterk van afhankelijk zullen zijn. Nu al kan worden vastgesteld, dat met de sterk groeiende vraag naar energie en grondstoffen door opkomende economieën en de steeds moeilijker winbare en inzetbare fossiele brandstoffen, alleen kernenergie de op benodigde schaal bruikbare energiebron zal zijn. Dit vooral ook vanwege het feit dat de altijd aangeprezen duurzame alternatieven vooral nog steeds zijn wat ze altijd al waren namelijk veelbelovend. Met het gebruik van nieuwe en meer veilige kerncentrales is belangrijke tijd te winnen waarin echte duurzame energiealternatieven kunnen worden ontwikkeld evenals, en dat is nog veel belangrijker en moeilijker, er een zeer ingrijpende verandering zal moeten plaatsvinden in ons menselijk denken en handelen. Gezien de ook voor kernenergie eindige grondstof uranium ( we negeren hier bewust de hoeveelheid uranium die uit de oceanen te halen is ) is de extra tijd toch ook nog beperkt. Aan de problemen van afval of veiligheid gekoppeld aan de toepassing van kernenergie zal op termijn een steeds lager belang worden toegekend in een wereld die steeds vaker de desastreuze gevolgen van een allesomvattende energiecrisis zal ervaren zelfs in het geval dat er ook sprake is van een belangrijke inzet van kernenergie. De tijd dringt en beslissingen kunnen niet steeds worden uitgesteld. Men moet nu de keuze maken of voor de inzet van kernenergie of voor alles in te zetten op de onzekere voortgang in de ontwikkeling van de bekende duurzame alternatieven. Gezien echter de huidige stand van zaken over de inzetpotentie van deze laatste bronnen van energie lijkt aan de keuze voor kernenergie helaas niet te ontkomen ook al is het dan nog slechts een oplossing voor beperkte duur. “

    [1]
    http://www.intermediair.nl/artikel/weekblad-archief/64368/mag-kernenergie-weer.html

  4. Is het niet zo dat de wereld (de natuur) bedacht en ontdekt is door de mensheid zelf ,en dat de wereld zolang zal bestaan zolang er kernenergie is , en dat zonder kernenergie  het hele verhaal op houdt. Wij en alles verder zijn atoomcreaties, in een ketting reactie te recht gekomen, wellicht.
    Kan iemand daar iets meer zinnigs over zeggen?

Laat een reactie achter