De Nederlands-Franse scale-up Thorizon heeft een belangrijke stap gezet op weg naar zijn ultieme doel: de bouw van een nieuw type kernreactor met een aantal grote voordelen, vergeleken met gangbare manieren om kernenergie op te wekken. Vrijdag meldde Thorizon samen met een aantal partners overeenkomsten te hebben gesloten om in 2034 Europa’s eerste gesmoltenzoutreactor op te leveren.
Tot de deelnemende partijen behoren onder meer EPZ en NRG Pallas. Dat zijn respectievelijk de uitbater van de kerncentrale in Borssele en het bedrijf achter het reactorcentrum in Petten. Verder zijn ook de provincies Zeeland en Noord-Holland, Impuls Zeeland, ROM InWest en Invest-NL betrokken bij de overeenkomst.
De zogenoemde roadmap van Thorizon kent drie sleutelmomenten. In 2027 komt er een testfaciliteit in Zeeland bij de kerncentrale van Borssele. Een jaar later volgt de bouw van de Thorizon Pioneer, een nucleaire demonstratiefaciliteit in Petten. En het uiteindelijke doel is de oplevering van de Thorizon One in 2034 bij Borssele. Dat moet de eerste gesmoltenzoutreactor worden die wordt aangesloten op het elektriciteitsnet.
De kerncentrale krijgt een vermogen van 100 megawatt voor de levering van elektriciteit. Daarmee kunnen ongeveer 250.000 huishoudens een jaar lang van energie worden voorzien. De centrale kan ook worden ingezet als leverancier van warmte.
Met de nu gesloten overeenkomsten zijn knopen doorgehakt over de locatie van de demonstratiefaciliteit en de uiteindelijke kerncentrale. Het totale project gaat naar verwachting meer dan 1 miljard euro kosten. De financiering moet de komende jaren worden geregeld. Het idee is dat dit gebeurt via een samenwerking van publieke en private partijen.
Energieopwekking in een gesmoltenzoutreactor
Een belangrijk verschil tussen een gesmoltenzoutreactor (MSR) en conventionele kerncentrales is dat de energieopwekking plaatsvindt via een proces waarbij de brandstof niet uit staven met vaste splijtstof bestaat. Het splijtingsmateriaal is opgelost in een vloeibaar zoutmengsel dat temperaturen kan bereiken tussen de 450 en 750 graden Celsius.
De energie die vrijkomt bij de splijtingsreactie, verwarmt het zout direct. Deze hitte wordt vervolgens gebruikt om stoom te produceren voor de aandrijving van een turbine die elektriciteit genereert. Maar in de opzet van Thorizon kan warmte ook direct worden geleverd voor gebruik in industriële processen in bijvoorbeeld de chemiesector. Omdat er bij dit productieproces geen fossiele brandstoffen worden gebruikt, is de geleverde energie CO2-vrij.
De gesmoltenzoutreactor valt ook goed in te zetten als aanvulling op het variabele aanbod hernieuwbare energie uit zon en wind. Bijvoorbeeld op momenten dat er zowel weinig wind als zon is (Dunkelflaute). Het ontwerp van Thorizon is zo ingericht dat niet alleen ‘basisstroom’ geleverd kan worden, maar juist ook ingespeeld kan worden op de flexibele vraag naar elektriciteit.
Thorizon heeft met de combinatie van Nederlandse en Franse expertise de ambitie om kernenergie in Europa een nieuwe impuls te geven. Het bedrijf wil zich daarbij op drie vlakken onderscheiden: veiligheid, modulaire innovatie en circulariteit.
Veiligheid: zelfregulerend proces en bescherming tegen meltdown
Een van de grootste bezwaren tegen kernenergie betreft het risico op een kernramp. Dat is in principe heel klein, maar de gevolgen kunnen enorm zijn. De klassieke meltdown kan ontstaan als splijtstofstaven oververhit raken doordat er iets mis gaat met het waterkoelsysteem. Een gesmoltenzoutreactor is inherent een stuk veiliger, onder meer doordat het zoutmengsel met de splijtingsstof een dubbele functie heeft als brandstof en koeling.
Dat zit zo. Het gesmolten zout heeft om te beginnen een zelfregulerend karakter. Wanneer de temperatuur van het zoutmengsel stijgt, zet het zout uit. Dat vertraagt de splijtingsreactie, zodat de warmteproductie wordt afgeremd. Omgekeerd neemt de reactieactiviteit toe (dus meer warmteproductie), als de temperatuur van het mengsel daalt en het zout compacter wordt. Dit zorgt voor een automatische balans tussen de temperatuur en de splijtingsreactie, wat de veiligheid van de operatie verhoogt.
Een tweede voordeel is dat het hele proces in tegenstelling tot klassieke kerncentrales onder lage druk plaatsvindt, wat het risico op explosies of het ontsnappen van radioactiviteit aanzienlijk verkleint.
Tot slot maakt Thorizon voor zijn specifieke ontwerp gebruik van zogenoemde cartridges waarin het mengsel van zout en splijtingsstof zit. De splijtingsreactie vindt bovenin deze cartridges plaats, waarbij een pomp zorgt voor circulatie van het zoutmengsel. Als de pomp wordt stilgezet, zakt het zout naar beneden en stopt de reactie onmiddellijk.
Modulaire opzet Thorizon maakt stapsgewijze innovatie mogelijk
Een van de grootste technische uitdagingen bij gesmoltenzoutreactoren is de corrosieve aard van het hete zout: dat kan zorgen voor aantasting van reactorvaten waarin het zoutmengsel is opgeslagen.
Thorizon heeft dit probleem naar eigen zeggen opgelost door de cartridges waarin het mengsel van zout en splijtstof zit, vervangbaar te maken. Elke vijf tot tien jaar kunnen nieuwe cartridges de plaats van oude innemen. Het materiaal van de cartridges hoeft hierdoor niet vijftig jaar bestand te zijn tegen corrosie, wat de uitdagingen op dit gebied aanzienlijk verkleint.
Dit is één van de belangrijkste punten bij het werkend krijgen van een gesmoltenzoutreactor. Hoewel daar in de jaren 1960 van de vorige eeuw al mee is getest, koos de industrie uiteindelijk voor de nu gangbare lichtwaterreactoren. Dat had mede te maken met de hoge kosten van materiaalonderzoek en onzekerheid over de onderhoudskosten van een gesmoltenzoutreactor. Inmiddels is de materiaalwetenschap veel verder ontwikkeld en durft Thorizon het aan om met de cartridgetechnologie het corrosiegevaar te omzeilen.
De modulaire aanpak biedt ook de mogelijkheid om het ontwerp van de cartridges nog verder te verbeteren en bij elke vervangingscyclus een nieuwere, geoptimaliseerde versie te installeren. Volgens Thorizon beperkt dit niet alleen de risico’s van materiaaldegradatie, maar zorgt dit ook voor lagere bouwkosten via de serieproductie van diverse componenten. Naar verwachting kan de Nederlandse maakindustrie hiervan profiteren.
Circulariteit: kernafval als brandstof voor gesmoltenzoutreactor
Traditionele kernreactoren gebruiken doorgaans verrijkt uranium als splijtstof. Atoomkernen die worden gebombardeerd met neutronen vallen uiteen, waarbij veel energie vrijkomt. Hierbij ontstaan grofweg twee soorten kernafval. Sommige splijtingsproducten van uiteengevallen atoomkernen zijn hoog radioactief, maar kennen een relatief snelle vervaltijd, waardoor het materiaal na een paar honderd jaar niet meer gevaarlijk is voor de mens. Daarnaast blijven er bij de productie van kernenergie in klassieke kernreactoren zwaardere restproducten over die nog duizenden jaren radioactief zijn.
Voordeel van de gesmoltenzoutreactor van Thorizon is dat de tweede categorie van zeer langdurig kernafval als grondstof kan worden ingezet voor het zoutmengsel. Dit kan in combinatie met het breed voorradige element thorium, waar de naam van het bedrijf naar verwijst. Het moet hierbij wel gaan om ‘vers’ kernafval en niet om materiaal dat al permanent is opgeslagen.
Door zwaar kernafval en thorium als grondstoffen te gebruiken verklein je de afhankelijkheid van uranium, dat een relatief sterke concentratie van de productie kent in drie landen: Kazachstan, Canada en Namibië.
De gesmoltenzoutreactor zet kernafval dat normaal gesproken duizenden jaren hoog radioactief blijft, om in restmateriaal dat na een paar honderd jaar minder radioactief wordt dan natuurlijk uraniumerts. De circulaire opzet van de kernreactor van Thorizon biedt dus kansen om het langetermijnrisico van kernafval fors te verkleinen en beter beheersbaar te maken.
