Ergens rond 2025 krijgt de VS voor het eerst een geheel nieuw type kernreactor, de Integral Molten Salt Reactor van Terrestrial Energy. Afgelopen week meldde het Amerikaanse ministerie van Energie bereid te zijn daarvoor een lening van 800 tot 1200 miljoen dollar te verstrekken.

Het verse nieuws werd voor het eerst publiekelijk toegelicht door CEO Simon Irish van Terrestrial Energy tijdens een bijeenkomst in Delft afgelopen vrijdag. De uitnodiging om te spreken op een bijeenkomst van de Stichting Thorium MSR liep al langer. Deze Nederlandse organisatie propageert dit nieuwe type kernreactor.

Voor Irish betekent het vooruitzicht om in aanmerking te komen voor de lening de mogelijkheid om ‘zo snel als mogelijk’ de eerste commerciële versie te bouwen van zijn nieuwe type kernreactor, de Integral Molten Salt Reactor. Irish maakte duidelijk dat in het ontwerp verschillende keuzes zijn gemaakt om zo’n snelle introductie haalbaar te laten zijn. Daarbij gaat het vooral om de strenge nucleaire veiligheidseisen waaraan dit nieuwe type reactor moet voldoen, en de daarvoor te doorlopen procedures.


Passieve veiligheid

Het meest belangrijk is de keus voor een gesmolten-zoutreactor. Bij bestaande kerncentrales wordt de nucleaire brandstof als vaste stof met staven in de reactor gebracht, waarbij de warmte door het omringende water moet worden afgevoerd. De gesmolten-zoutreactor gebruikt de nucleaire brandstof in vloeibare vorm, waarbij uraniumfluoride is opgelost in het zoutmengsel lithium- en berylliumfluoride. Het vloeistofmengsel is dan zowel brandstof als koelmiddel. Via warmtewisselaars staat de reactor zijn warmte af aan een secundair circuit, waarvan de warmte vervolgens is te benutten.

Het schema van de gesmolten-zoutreactor van Terrestrial, waarin het hete Solar Salt wordt gebruikt voor stroomproductie.

Faalt dit secundaire circuit, en dus de externe koeling, dan is dat toch niet fataal. De Integral Molten Salt Reactor staat zijn warmte dan af aan de zoutmantel rond de reactorkern, en via convectie wordt die warmte weer naar buiten geleid.

Dit reactorontwerp gebruikt op deze manier zogeheten passieve veiligheid: natuurlijke processen zorgen bij uitval voor de nodige koeling, daar zijn geen externe maatregelen voor nodig. Terrestrial Energy bouwt daarbij voort op onderzoek dat in de vorige eeuw door de beroemde kerngeleerde Alvin Weinberg werd gedaan bij het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory naar de gesmolten-zoutreactor.


Geringe druk en vermogen

De reactor werk bij een druk van 1 atmosfeer, wat uit oogpunt van veiligheid veel beter is dan de druk van zo’n 160 atmosfeer waarmee de nu veel gebruikte drukwater kernreactoren (Pressurized Water Reactor) werken. Verder heeft de reactor een relatief laag vermogen van 400 MW.


Korte levensduur

Het reactorvat.

Bij gesmolten-zoutreactoren is de corrosie van het reactorvat en de te gebruiken leidingen voor de warmtewisselaar een van de nog niet opgeloste problemen, tenminste, als zo’n reactor vijftig jaar zou moeten produceren. Terrestrial Energy lost dit op met een reactorvat dat hooguit zeven jaar produceert.  ‘In die zeven jaar zijn die corrosieproblemen geen veiligheidsissue’, aldus Irish.

Na zeven jaar wordt het reactorvat van zo’n 8 m hoog en 4 m in doorsnede, vervangen door een nieuwe. De oude krijgt dan zeven jaar de tijd om af te koelen. De reactor is zo ontworpen dat het verwisselen van de kern relatief gemakkelijk is uit te voeren (zie ook de video van Terrestrial Energy onderaan dit bericht).

 

Uranium in plaats van thorium

Terrestrial Energy gebruikt niet thorium als brandstof  – het voordeel van thorium is dat deze brandstof minder nucleaire afval genereert – maar laagverrijkt uranium. Irish: ‘Dat maakt het goedkeuringstraject nu eenmaal een stuk eenvoudiger: van uranium zijn alle veiligheid gerelateerde eigenschappen bij de bevoegde instanties inmiddels bekend, dat geldt niet voor thorium.’ Bovendien bestaat er al een infrastructuur om het verrijkte uranium te leveren, en die is er niet voor thorium.


Proefinstallatie

De stand van zaken met de Integral Molten Salt Reactor is dat alle eerste studies zijn gedaan naar de engineering van de reactor, de veiligheidsreview en de economische haalbaarheid. De volgende stap is het valideren van alle veiligheidsclaims en het doorlopen van alle noodzakelijke goedkeuringsprocedures.

Irish gebruikte zijn lezing in Delft ook om zijn Integral Molten Salt Reactor te positioneren zowel binnen het domein van de kernenergie als in de duurzame energietransitie.


Veiligheidsvoorzieningen maken kernenergie duur

Volgens Irish worden de kosten van het bouwen van een kerncentrale vooral bepaald door de som van alle veiligheidsvoorzieningen die nodig zijn op het gebied van controle, koeling en afscherming (control, cooling and containment). De veiligheid van een reactor wordt voor een groot deel bepaald door de keuze van de reactortechnologie, waarbij een van de fundamentele keuzes is die is tussen een vaste of een vloeibare nucleaire brandstof.

Dat er ooit is gekozen voor de vaste brandstofroute vindt zijn wortels in het Manhattan-project dat de eerste atoombom ontwikkelde, zo is onder meer te zien in de net uitgekomen documentaire Thorium, la face gâchée du nucléaire (Thorium, het veronachtzaamde gezicht van kernenergie) van Myriam Tonelotto.

Vloeibare nucleaire brandstof heeft, zoals hierboven aangegeven, grote veiligheidsvoordelen. Daarom verwacht Irish zijn Integral Molten Salt Reactor veel goedkoper te bouwen dan reactoren die met vaste nucleaire brandstof werken, en elektriciteit te kunnen leveren voor vier à vijf dollarcent per kWh. Ter vergelijking: de nieuwe kerncentrales die in Engeland worden gebouwd van 1650 MW vergen een investering van 23 miljard dollar en hebben 35 jaar lang een subsidie van 12 dollarcent per kWh nodig om renderend te zijn ('Groen licht voor nieuwe kerncentrales in Engeland'). Uiteraard moet nog wel blijken of Terrestrial Energy die elektriciteitsprijs waar kan maken.


Kerncentrale als onderdeel duurzame energievoorziening

Irish positioneert zijn kerncentrale in de eerste plaats als leverancier van warmte van 600 °C. Die kan op twee manieren worden gebruikt: als bron voor industriële processen die op hoge temperatuurwarmte draaien en daar nu vaak aardgas voor gebruiken, of als hittebron om een stoomturbine aan te drijven voor de productie van elektriciteit. ‘De kernreactor is dus heel geschikt om in te spelen op de onregelmatige stroomlevering met wind en zon, en lost ook het probleem op hoe uit zon en wind de energie te halen voor de hoge temperatuurwarmte die de industrie nodig heeft.’ Onderdeel van zo’n industrieel proces kan ook de productie van waterstof zijn via thermochemische reacties.

 

Afvalprobleem nog niet opgelost

Het reactorvat dat na zeven jaar uit bedrijf gaat moet uiteindelijk worden gerecycled. Irish: ‘Zonder dat kunnen we ons het opzetten van een nieuwe industrie niet veroorloven.’ Ook hier heeft de vloeibare nucleaire brandstof als voordeel dat er veel minder opwerkingsstappen nodig zijn. Maar Terrestrial Energy heeft hiervoor geen concreet uitgewerkte voorstellen, zo erkende hij. '‘Dit gaat pas spelen als er zo’n tweehonderd van onze reactoren actief zijn.’

Veiligheidstechnisch zal die opwerking van de Terrestrial reactorvaten een zeer kritisch proces zijn. ‘Ook in onze reactoren hebben we te maken met hoog radioactief afval, plutonium enzovoorts.’ Hij ziet er dan ook geen been in om die recycling per reactor te doen. 'Controle is dan vrijwel onmogelijk.'

De enige manier om die recycling veilig te doen is volgens hem in zwaar beschermde en gespecialiseerde opwerkingsfabrieken, ‘wellicht één per continent’.  Een voordeel van de reactorkern van de Integral Molten Salt Reactor is dat de brandstof alvast keurig is ingepakt, namelijk in het reactorvat.

 

Maatschappelijke acceptatie

Tijdens de bijeenkomst kwam ook de maatschappelijke acceptatie van de nieuwe kerncentrale aan de orde. Irish zag het niet als de eerste taak van zijn bedrijf om de publieke opinie te mobiliseren. ‘Er zijn organisaties, zoals jullie stichting Thorium MSR, die die taak op zich nemen, en de politiek heeft hier ook een rol.’

Verder is Irish optimistisch gezien de rol die zijn kernreactor kan spelen in de toekomstige duurzame energievoorziening. ‘De feiten moet ons helpen.’

 

Openingsfoto: ontwerp van de Integral Molton Salt Reactor, met links de nucleaire installatie, en rechts industrieel gebruik van de geleverde hitte of stroomproductie.