Wil kernenergie in een CO2-arme stroomvoorziening een rol spelen, dan moeten de kosten drastisch omlaag. Die harde conclusie trekken kernwetenschappers van het Amerikaanse MIT in een nieuwe studie. ‘Lukt dat niet, dan gaat kernenergie uit als een nachtkaars.’
Hebben we kernenergie nodig als we de CO2-uitstoot in 2050 flink omlaag willen brengen? ‘Dat wilden we zo objectief mogelijke nagaan’, zegt prof.dr.ir. Jacopo Buongiorno, een van de auteurs van de studie The Future of Nuclear Energy in a Carbon Constrained World. ‘Zou het kunnen dat wind en zon zo goedkoop worden dat we kernenergie helemaal niet meer nodig hebben? Of heeft kernenergie voordelen die we in een strikt CO2-vrije energievoorziening juist goed kunnen gebruiken? De studie geeft antwoord op dat soort vragen.’
Buongiorno (47) is hoogleraar nuclear science and engineering aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en directeur van het Center for Advanced Nuclear Energy Systems. Hij treedt op als woordvoerder van de studie en heeft een week na het verschijnen al een hele reeks interviews en presentaties achter de rug. ‘Onze boodschap trekt duidelijk de aandacht.’
En wat zijn dan de resultaten? Wat wordt de rol van kernenergie, aan welke voorwaarden moet die voldoen, en hoe zit het met bijvoorbeeld de thoriumreactor? De MIT-studie over kernenergie, samengevat in zes stellingen.
Kernenergie kan een duurzaam elektriciteitssysteem betaalbaar houden
Technisch is het prima mogelijk alle elektriciteit te produceren met bronnen die niet op bestelling leveren, zoals zon en wind. ‘Maar je hebt dan wel energieopslag nodig, én een dusdanige overcapaciteit aan opwekkingsvermogen, dat je elektriciteitssysteem daar wel heel duur van wordt’, zegt Buongiorno.’ Hij verwijst naar de modelberekeningen die voor de studie werden uitgevoerd. Uitgaande van een bepaald patroon van elektriciteitsvraag is nagegaan hoe op de goedkoopste manier de benodigde opwekkingscapaciteit tot stand is te brengen.
Dat is gedaan voor drie situaties: zonder kernenergie, met kernenergie tegen de huidige kosten, en met kernenergie met een flinke kostenreductie, onder andere voor de stroomvoorziening in Frankrijk. ‘Uitgaande van verregaande CO2-reductie is er zonder kernenergie, dus met alleen hernieuwbare bronnen, een opwekkingscapaciteit nodig die vijf keer groter is dan als je ook kernenergie laat meedoen. De achterliggende reden is niet zo moeilijk te begrijpen: kernenergie kan leveren naar behoefte, met wind en zon moet je een energievoorraad aanleggen.’
Tegelijk benadrukt Buongiorno dat wind en zon ook in zijn modelberekeningen nog steeds een rol spelen. ‘In Texas is de stroom die je ermee opwekt goedkoop, dus daar zal het aandeel wind en zon altijd groot zijn.’ De rol voor kernenergie is vooral economisch bepaald, gebaseerd op kostenvergelijking. Hoe goedkoper kernenergie, hoe groter het aandeel, en omgekeerd. Zelfs als niet alleen kernenergie in prijs daalt, maar wind en zon ook flink in prijs blijven dalen, dan nog helpt kernenergie het duurzame elektriciteitssysteem betaalbaar te houden.
De kosten van kernenergie moeten flink dalen
Kernenergie is nu nog veel te duur, constateert Buongiorno. Dat geldt vooral in de westerse wereld: voor nieuwe centrales is al gauw een investering nodig van zo’n 6800 euro per kW. ‘Je ziet wat er op dit ogenblik in de Verenigde Staten gebeurt. Tien jaar geleden was er nog sprake van een nucleaire wedergeboorte; er zouden dertien nieuwe centrales komen. En kijk wat er is gebeurd? Het kost al enorm veel moeite om er twee van de grond te krijgen. Niet doordat de techniek niet deugt of doordat mensen bang zijn voor kernenergie, maar louter en alleen doordat de prijs van de stroom niet meer kan concurreren op de elektriciteitsmarkt. Er zijn zelfs centrales die al dertig jaar in bedrijf zijn, waarvan de investeringskosten zijn afgeschreven, die het financieel toch niet redden.’
Gaan die kosten niet omlaag, dan bestaat volgens Buongiorno over het lot van kernenergie geen enkele twijfel. ‘Ook de bijdrage aan CO2-reductie zal dan niet voldoende zijn voor een grotere rol. Kernenergie zal dan als een nachtkaars uitgaan.’
Nieuwe kerncentrales zijn zo duur door falen van de industrie
Opmerkelijk is dat die hoge kosten er alleen in de westerse wereld zijn. ‘In China, India en Zuid-Korea ligt het anders: daar is kernenergie wél concurrerend. Die hoge kosten liggen dus niet zozeer aan de techniek. Op de keper beschouwt gaat het allemaal om hogedrukwaterreactoren, die van een afstand gezien behoorlijk op elkaar lijken. Het ligt dus aan het onvermogen van de industrie in het Westen om de installaties goedkoop te bouwen.’
De feiten spreken voor zich. In West-Europa en de Verenigde Staten duurt de bouw van nieuwe kerncentrales consequent vele jaren meer dan gepland en worden de budgetten met miljarden overschreden. Het gaat daarbij om de nieuwste typen kernreactoren die momenteel in aanbouw zijn. In Europa is dat de EPR van kerncentralebouwer Areva, in de Verenigde Staten de AP1000 van Westinghouse. ‘Dat fenomeen intrigeerde ons, want meestal zie je in de industrie dat de kosten van installaties, ook als die heel groot zijn, in de loop van de tijd dalen.’
Buongiorno noemt verschillende oorzaken. Zo is de industrie verleerd hoe die nieuwe centrales moet bouwen. ‘Er is 25 tot 30 jaar niets nieuws gebouwd, dus een management- of ingenieursteam met ervaring is er niet. De nieuwbouwprojecten zijn voor de industrie in feite weer een eerste project in zijn soort.’
Wat ook speelt, is de wijze waarop de centrales worden gebouwd. ‘Dat gebeurt nog steeds heel klassiek: al het materieel wordt naar de bouwlocatie gebracht en ter plekke in elkaar gezet. Met hoge productiviteit en relatief lage arbeidskosten is dat prima te doen, maar van beide is geen sprake in het Westen. Bij ons piekte de productiviteit bij het bouwen van kerncentrales in de jaren vijftig; sindsdien is die alleen maar gedaald. We zullen in het Westen dus een andere aanpak moeten ontwikkelen. Produceer zoveel mogelijk in een fabriek waar de productiviteit hoog ligt en gebruik de bouwplaats alleen om grotere eenheden samen te voegen.’
Verder blijken de hoge kosten niet zozeer in de nucleaire apparatuur zitten, als wel in het gereedmaken van het bouwterrein, het koelsysteem en het installatiewerk. ‘Dat was voor ons een grote verrassing.’
Behandel kernenergie net als andere CO2-arme energiebronnen
Wat Buongiorno verbaast, is dat kernenergie niet hetzelfde wordt behandeld als andere energiebronnen zonder CO2-uitstoot. ‘Er zijn in veel westerse landen subsidieprogramma’s voor zon en wind, maar om politieke redenen is kernenergie daarvan uitgesloten. Dat is onlogisch en ook nadelig voor het bereiken van het uiteindelijke doel: minder CO2-uitstoot. Beslissend is immers de koolstofintensiteit van de opgewekte energie. Laat de industrie en de markt maar bepalen hoe dat op de meest economische manier kan. Een algehele belasting op CO2-uitstoot is een veel beter middel.’
Kernenergie kan prima samengaan met wind- en zonne-energie
Een veelgehoord argument is dat kernenergie continu moet produceren om uit de kosten te komen en zo dus energie van wind en zon in de weg zit. ‘Dat klopt niet’, zegt Buongiorno. ‘Kernenergie is prima in staat om een variërende vraag te volgen, ook als zon en wind in een deel van die vraag voorzien. Dat blijkt ook uit productiegegevens van Frankrijk en de Verenigde Staten. Wie welk aandeel krijgt, wordt uiteindelijk bepaald door de prijs. Moderne centrales worden ook speciaal ontworpen om snel op en af te schakelen, dus de flexibiliteit van nucleair zal alleen maar toenemen.’
Geavanceerde reactortypen, zoals de thoriumreactor, zijn niet per se nodig
Gezien de nadruk op kostenverlaging, standaardisering en goedkoper produceren, ligt het gebruik van geavanceerde reactortypen die nog moeten worden uitontwikkeld niet voor de hand. ‘Voor een toekomstige rol van kernenergie in de CO2-arme energievoorziening zijn geavanceerde reactortypen inderdaad niet noodzakelijk. Moderne bestaande reactortypen als de EPR en de AP1000 zijn met hun passieve systemen al veilig genoeg.’
Toch wil Buongiorno een lans breken voor enkele van die geavanceerde reactortypen, zoals de modulaire reactor van NuScale. Die lijkt technisch op de gangbare hogedrukwaterreactor, maar bestaat uit relatief kleine modules van zo’n 50 MW. ‘De leercurve zal snel gaan wanneer je een stuk of dertig van die modules moet produceren. Bovendien leent dit type zich bij uitstek voor productie in de fabriek: je zet daar zo’n complete module in elkaar.’ Zo ver is het echter nog niet: de investeringskosten die NuScale hanteert, verschillen niet zo veel van de reactoren die nu in aanbouw zijn. ‘NuScale zal zijn kosten dus flink omlaag moeten brengen, wil dat bedrijf marktaandeel veroveren.’
Van de zogeheten vierdegeneratiereactoren noemt hij de hogetemperatuurgasreactor het meest kansrijk. ‘Het voordeel van deze reactor is dat hij temperaturen van 500 °C tot 950 °C kan leveren, anders dan de 350 °C van bestaande centrales. Dat is interessant voor bepaalde industriële processen; die hoeven daarvoor dan geen aardgas meer te verstoken.’
De meer geavanceerde reactortypes kunnen ook interessant zijn voor de energievoorziening in landen die niet over een hoogwaardige nucleaire infrastructuur beschikken. ‘Voor die landen wil je eenvoudige centrales die verregaand geautomatiseerd en tolerant voor menselijke fouten zijn, zoals de modulaire reactoren van NuScale.’ De ontwikkeling van geavanceerde reactoren kan volgens Buongiorno ook een manier zijn om het vertrouwen van de bevolking te winnen.
De kansen voor de thoriumreactor schat Buongiorno vooralsnog niet hoog in. ‘Het is een interessant concept, maar heeft nog een lange weg te gaan voordat de eerste is gebouwd. Willen we voldoen aan de klimaatafspraken van Parijs voor 2050, dan kunnen we daar niet op wachten. We hebben technologie nodig die de komende tien, vijftien jaar in gebruik is te nemen.’
Dit artikel komt uit het oktobernummer van De Ingenieur. Geïnteresseerd in het tijdschrift? Neem een digitaal jaarabonnement met een flinke korting voor € 69.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.