Nederlandse gesmoltenzoutreactor gaat draaien op thorium en nucleair afval

Dankzij de energietransitie staat kernenergie weer volop in de belangstelling. Maar hoe ziet de kernreactor van de toekomst eruit? De Nederlandse startup Thorizon werkt aan een reactor op basis van gesmolten zout die veilig en schoon kan draaien met kernafval en thorium als brandstof.

Ambitieus is misschien nog een understatement. Een nieuw ontwerp maken voor een kerncentrale en daarmee de concurrentie aangaan met bestaande typen die gaandeweg steeds beter en veiliger zijn gemaakt. Voorwaar geen geringe opgave, maar werktuigbouwkundig ingenieur Sander de Groot en Lucas Pool, met een master in de duurzame energie, gingen de uitdaging aan.

Ze werkten allebei bij de Nuclear Research and consultancy Group (NRG) in Petten in Noord-Holland, maar zegden hun baan om een nieuw bedrijf te starten: Thorizon. Die bedrijfsnaam bevat zowel de woorden ‘thorium’, een veelbelovende nucleaire brandstof, als ‘horizon’. Hun startup werkt inmiddels intensief samen met NRG, dat nu partner en leverancier is van Thorizon.

Twee jaar lang werkten Pool en De Groot samen onder de vleugels van NRG aan hun concept. In augustus 2022 traden ze ermee naar buiten. Ze hadden 12,5 miljoen euro aan investeringen opgehaald, bedoeld voor het verrichten van de eerste essentiële tests en voor het gereedmaken van het ontwerp voor een vergunningsaanvraag.

Alvin Weinberg, de uitvinder van de gesmoltenzoutreactor, bij de MSRE van het Oak Ridge National Laboratory. Deze reactor werkt eind jaren zestig van de vorige eeuw enkele jaren. Foto Oak Ridge National Laboratory

Reactormateriaal

Thorizon voorziet een kernreactor op basis van gesmolten zout. Hierbij is de splijtstof thorium opgelost in het vloeibare zout, dat daardoor tegelijk als koelmiddel en ‘splijtstof ’ dient. Nieuw is dat idee niet; zulke testreactoren werden al gebouwd in de jaren vijftig van de vorige eeuw, in de Verenigde Staten. Maar doorgebroken is de molten salt reactor (MSR) nooit.

De laatste jaren kent het onderzoek naar dit principe echter een opleving. Wereldwijd richt een handvol groepen zich op kernreactoren met gesmolten zout. ‘We volgen dat natuurlijk en hebben die principes goed bekeken’, vertelt Pool. Daaruit haalden Pool en De Groot leerpunten, maar ze stelden vooral hun eigen uitgangspunten centraal: nucleaire veiligheid, snelle realisatie en een originele aanpak van de materiaalproblematiek.

‘Hoe je het ook wendt of keert, je komt eigenlijk steeds terug bij hetzelfde probleem: het feit dat in een werkende reactor tientallen jaren heet en corrosief zout stroomt met daarbij radioactieve straling. Welk materiaal is daartegen bestand? Dat blijft de hamvraag.’

Voor alle kernreactoren die (op papier) werken met gesmolten zout geldt dat het gebruikte materiaal in en rond de reactorkern het belangrijkste punt van aandacht is. ‘Alle bedrijven en onderzoeksgroepen die wereldwijd proberen een gesmoltenzoutreactor van de grond te krijgen, lopen uiteindelijk aan tegen de materialen voor de reactor. Dat is echt het allermoeilijkste gedeelte’, zegt ook Martin Rohde, die aan de TU Delft onderzoek doet naar transportverschijnselen in nucleaire toepassingen. ‘Op papier lijkt het allemaal goed te doen, maar uiteindelijk moeten die materialen het voor langere tijd houden.’

**Zo werkt de Thorizon-reactor.** Bovenin de reactor zit het primaire circuit met gesmolten zout bij maximaal 750 graden Celsius en tien bar. De warmte die ontstaat bij het splijten van de kernen wordt afgegeven in de warmtewisselaar onderin de module. Zo komt de warmte terecht in het secundaire circuit, waar het verderop water verhit om stoom mee te maken voor de productie van elektriciteit. Illustraties Thorizon

Wisselmodulen

Thorizon denkt het probleem op originele wijze te kunnen oplossen door een vervangbare capsule te introduceren. In het huidige ontwerp van het bedrijf bestaat de reactorkern uit zeven van deze modulen. Hier zit de slimmigheid van het ontwerp. Elke module bevat een subkritische hoeveelheid splijtstof: er is te weinig materiaal om een kettingreactie te laten plaatsvinden. Pas als er zeven modulen dicht op elkaar worden geplaatst en het zout in elk ervan circuleert, wordt de reactor kritisch en kan de gewenste kettingreactie van kernsplijting optreden.

Deze opzet is ook een van de veiligheidsprincipes. De energiecentrale gebruikt straks een deel van de reactor zo lang als mogelijk. Daarna haalt ze de module eruit en vervangt die. Op die manier wordt het probleem eigenlijk omzeild, want voordat het materiaal van de module verzwakt, wordt de capsule vervangen. In de toekomst moet een hijskraan met afscherming de gebruikte module eruit halen en een nieuwe erin schuiven.

Seriematige aanpak

De modulen worden in de fabriek gebouwd. Door die seriematige aanpak kan het bedrijf de productie perfectioneren en de kosten drukken. ‘Ook kunnen nieuwe, verbeterde versies worden bedacht en ontwikkeld, waardoor de reactor een upgrade kan krijgen’, zegt De Groot. Thorizon heeft het basisontwerp voor zijn kernreactor geoctrooieerd.