Kernenergie en kernfusie

 

kernenergie2
 
Algemene info

Een gemiddelde kerncentrale begint pas na 10 jaar energie te leveren, levert netto weinig energie op en produceert jaarlijks meer dan 1 miljoen ton CO2. Er is energie nodig voor

- Uranium winning
- Conversie
- Verrijking
- Het maken van de brandstofstaven
- Energie opwekking in de kerncentrale
- Tijdelijke opslag brandstofstaven
- Afkoelen nucleaire onderdelen
- Ontmantelen nucleaire onderdelen
- Verwerken nucleair afval
- Opslag nucleair afval

Het bouwen kost 10 jaar en de hoofdauteur van het Planbureau-rapport zegt dat voor de periode na 2030 is kernenergie in Nederland niet noodzakelijk. Met zon, wind, biomassa, waterstof en CCS zijn er voldoende opties om de uitstoot verder te verlagen. Alle energie die Nederland nodig heeft is met 10 kerncentrales op te wekken.  

Zon en wind zijn geen constante energiebronnen. Bij te weinig of geen wind of te weinig zon gaat na verloop van tijd de energietoevoer haperen. Bij kernenergie bestaan die problemen niet.

Een kerncentrale bouwen kost miljarden. Bovendien hebben de bouwprojecten ook nog eens de neiging meer te kosten dan begroot. En het ontmantelen van de reactor wanneer die na tachtig jaar op is  kost ook nog eens honderden miljoenen. De investering is zo groot dat je als eigenaar wilt dat de centrales zo veel mogelijk draaien, terwijl ze in Nederland vooral geschikt zouden zijn als achtervang voor zon- en windenergie.

Moderne reactoren zijn veel veiliger dan die in Fukushima.  De kans op zo'n soort ramp is tegenwoordig nihil. Moderne kerncentrales hebben drie zogeheten omhullingen, twee van beton en eentje van staal, muren die radioactief spul als het misgaat veilig moeten 'binnensluiten'.

Door de straling zijn herstel of reddingswerkzaamheden beperkt of onmogelijk. Tot in lengte van jaren. De kosten zijn laag maar de ontmanteling van de centrales en de opslag worden meestal niet meegenomen. De bedrijfscultuur is het verdoezelen van incidenten. Het opruimen van Sellafield heeft al 77 miljard gekost en het einde is nog niet in zicht.
In 2017 waren er 440 kerncentrales op de wereld met een gemiddelde leeftijd van bijna 30 jaar. Ze leveren 370 GW leverden = 10,5 % v.d. elektriciteit = 6 % van de wereldconsumptie aan energie.
In 2017 kwam er voor 9 GW bij vanwege 3 centrales in China en één in Pakistan. In 1996 leveren ze nog 17,5 % van de energie.
1 kg splitsen komt overeen met 2 miljoen liter olie. Je hebt Uranium 235 nodig. Dat is maar 0,7 % van uraniumerts. Dit moet worden opgekrikt tot 3 4 % (= uraniumverrijking hetgeen gaat via het gasvormig maken met hexafluoride en dan te centrifugeren). Heeft men 80-90 % van dat spul dan heb je een kernbom in handen.

Borsele produceert 450 MW (op de 11.500 MW die Nederland verbruikt = 4 %. Uit België en Frankrijk (59 centrales) komt nog eens 15 %. Het is alleen geschikt voor de basislast dus veel centrales bouwen heeft geen zin tenzij auto's opgeladen kunnen worden.

In de EU is 30 % v.d. stroom afkomstig uit kernenergie ofwel 14 % van de totale energievraag. Veel centrales beginnen oud te worden. Om op 30 % te blijven moeten er vele nieuwe gebouwd worden en dat schijnt bijna onmogelijk te zijn.

Afval: de brandstofstaven moeten eerst bovengronds 60 jaar afkoelen. Men tracht de staven ondergronds op te slaan in kleilagen waarbij men de gangen moet verstevigen door beton.   

Een centrale kost 3 miljard voor 1500 MW.   Bron Energie survival gids van Jo Hermans.

In Engeland staan 19 kerncentrales die hun tijd gehad hebben. Ontmantelen kost 100 - 300 miljard. Hoe het precies moet weet niemand.

kernenergie
De kosten van nieuwe kerncentrales in Europa lopen uit de hand. In Finland bouwt men aan een reactor die 3 miljard had moeten kosten en nu al 8 miljard kost.9 jaar achter op schema.
In Flamaville bouwt men een centrale die al drie keer duurder is dan begroot en 6 jaar achter op schema. Hinkey Point UK kampt met dezelfde problemen. In China bouwt men centrales wel binnen budget.  

Natuurlijk uranium bevat 0,7 % splijtbaar uranium-235. Men verrijkt het tot 3 % (met ultracentrifuges). 1 kg verrijkt uranium bevat genoeg energie voor een 10 uur durende vlucht van en Boeing 787 van Amsterdam naar Los Angeles. Een auto zou er 1 miljoen km op kunnen rijden. Het komt overeen met 65.000 liter benzine / kerosine.  

Uraniumprijzen

Het is de industrie niet ontgaan dat in allerlei politieke achterkamertjes over de hele wereld gesmoesd wordt over kernenergie. Leuk voor grote energieboeren, leuk voor regeringen, slecht voor het milieu, beroerd voor ons nageslacht, niet CO2 vrij, en daar komt nu bij duur, vreselijk duur. De belastingbetaler en de consument (laatstgenoemde is tegelijk belastingbetaler, dus die wordt straks gegarandeerd twee keer geplukt) worden de klos, reken maar. Mijnbouwmaatschappijen zoeken als gekken naar uranium. Handelsdelegaties proberen wanhopig de toekomstige uraniumvoorziening voor hun kerncentrales af te dekken. Prijzen gaan loeiend omhoog (zie grafiek). Dit is geen speculatie. Wat is er aan de hand? In de eerste plaats is er al jaren te weinig splijtbaar uraniumoxide op de markt. Het verschil tussen vraag en aanbod is jarenlang goed gemaakt door uranium uit ontmantelde atoombommen. Dat houdt ooit eens op, zeker nu elke politieke waanzinnige een eigen kernbom aan het bouwen is. In de tweede plaats is er simpelweg niet genoeg uraniumerts te vinden op deze aarde. Dus: wie een kerncentrale wil bouwen moet er rekening mee houden dat hij een centrale bouwt waarvan straks de brandstof onbetaalbaar is. En de consumenten die schreeuwen dat atoomstroom zo goedkoop zal zijn: vergeet het maar. De nieuwe minister van Milieu wacht een schone taak. Hij moet ervoor zorgen dat we niet de fout maken ooit in de doodlopende atoomfuik terecht te komen. Bron: Ux Consulting Company

Toch denkt de kernenergielobby dat er nu reactoren aan komen die 50 maal zuiniger met uranium om gaan en dat men uranium uit water moet gaan winnen. Dan zou de wereld een oneindige brandstofvoorraad hebben.

In China en Japan draaien nu generatie 3a hoge temperatuur reactoren die splijtstof verder verhitten dan tot nu toe gebruikelijk is waardoor het afval nog maar enkele honderden jaren gecontroleerd onder de grond hoeft te liggen (ipv nu 10.000 jaar).

In Centraal-Afrika winnen Niger en Kameroen uranium onder mensonwaardige en milieuvernietigende omstandigheden. Ook in Tsjaad wordt intensief naar uranium gezocht.

kernenergie

Rampen

Op 26 april 1986 ontplofte Chernobyl. Voor de ramp telde de stad ongeveer 15.000 inwoners. Nu woont er vrijwel niemand. Het was het zwaarste ongeval met een kerncentrale waarbij grote hoeveelheden radioactieve stoffen vrijkwamen en er tot op heden grote gevolgen voor de volksgezondheid zijn. Greenpeace denkt dat het aantal aan de ramp gerelateerde overlijdens aan kanker rond de 93.000 zou liggen en het totale aantal doden rond de 200.000.

Rondom de opwerkingsfabriek Majak in Rusland zijn in de jaren '50 en '60 van de vorige eeuw twee grote en diverse kleine nucleaire ongelukken geweest waarbij eveneens grote hoeveelheden radioactiviteit over meer dan 26.000 km2 bewoond gebied werden verspreid. Ook in Groot-Brittanni(Sellafield) en in de Verenigde Staten (Three Mile Island) zijn er ongevallen geweest waarbij radioactiviteit vrijkwam.

Op 11 maart 2011 verwoestte een tsunami met een golf van 23 meter hoog de noordoostelijke kust van Japan. 20.000 doden.
De kerncentrales van Fukushima kwamen ernstig in de problemen en grote hoeveelheden radioactiviteit zijn vrijgekomen. 10-15 % van de hoeveelheid in Tsjernobyl. Iedereen in een straal van 20 km werd geëvacueerd. Straal van 30 km is besmet. 80.000 geëvacueerd. Het grootste deel van de lange termijn straling is te wijten aan cesium isotopen een afbraakproduct van uranium splijtstof. Cesium heeft een halfwaardetijd van 30 jaar. Mijn inschatting is dat er sommige gebieden zijn waar mensen in de komende decennia niet zullen kunnen terugkeren zei Jim Smith, die de ecologische erfenis van de Chernobyl ramp heeft onderzocht. Een bijzonder probleem is dat cesium door planten en dieren wordt opgeslagen. Landbouw en veeteelt zullen in sommige gebieden onmogelijk blijven. Dat is een groot probleem voor delen van de prefectuur (soort provincie) Fukushima. Fruit en rundvleesproductie waren enkele van hun economische pijlers. Zelfs producten uit niet-verontreinigde gebieden uit de regio worden door consumenten uit angst voor besmetting gemeden. De nasleep van Fukushima zal veel langer duren dan verwacht werd.  Dat is nu wel duidelijk. 800.000 ha landbouwgrond is verloren gegaan.

Veiliger centrales

Men probeert reactoren veiliger te maken door
1. redundancy = het meerdere malen uitvoeren van systemen (als het ene uitvaalt heb je het andere nog) en hoe belangrijker hoe meer je het uitvoert.
2. verspreiding en diversiteit = b.v. liever twee typen kleppen dan n. Als het ene type niet werkt heb je het andere nog.
                                         = als op de ene plek een explosie plaatsvindt moet je op een andere plek verder kunnen gaan
3. passiviteit = werk zoveel mogelijk met natuurlijke krachten als de zwaartekracht. Dus liever geen mechanische klep maar n die werkt op
                      de zwaartekracht

Thoriumcentrales

Thoriumcentrales (van Thor = wit metaal)

Kernslijting verhit zout in een reactor. Vloeibaar thoriumzout neemt straling op en voedt de reactor met brandstof. De energie uit de reactor verhit een gas waarmee de turbine wordt aangedreven.

je kan er geen kernbommen van maken. Veel van aanwezig. Geen radioactief afval over lange perioden. India bouwt een prototype van 500 MW (want veel Thorium wordt in India gevonden). De reactor wordt gekoeld door gesmolten zout. Het is de vraag hoe agressief dit goedje is en hoe lang de ruimten waarin het zich bevindt stand houden.  Meer zie hier. 
Er staat tegenover dat het radioactieve afval toch nog 240.000 jaar radioactief blijft maar het afval is veilig in 10 tot 300 jaar (ipv 10.000 jaar bij een kernreactor). Er komt wel minder afval bij vrij. De ontwikkeling kost miljarden terwijl er nu al goede alternatieven zijn in de vorm van zonnepanelen en windmolens. 

Kernenergie via kernfusie

Lasers produceren hitte waardoor fusie ontstaat en er ook neutronen vrijkomen. Die neutronen komen normaal uit verrijkt uranium of plutonium. Dat is dan niet meer nodig. De vrijgekomen neutronen kunnen dan weer uranium in de wanden splitsen. Geeft 4x meer energie. ook verarmd uranium is bruikbaar. Wel 90 % kan gesplitst worden en 20 x minder afval. Nodig 10x / msec ignitie (is kernfusie waarbij meer energie vrijkomt dan er in wordt gestopt). Nu pas enkele keren per dag. De wand wordt veel warmer en moet bestand zijn tegen het neutronenbombardement (= ook een probleem) 

Kernfusie

Kernfusie is een nucleaire reactie, die ook plaatsvindt in onze zon en andere sterren. Waterstofatomen fuseren door deze op hoge snelheid tegen elkaar te laten botsen, waardoor helium ontstaat. Tijdens deze fusie komt ongelofelijk veel energie vrij. Als deze energie gecontroleerd en vervolgens gewonnen kan worden, zou dit gelijk staan aan een bijna onbeperkte bron van emissievrije energie. In tegenstelling tot kernsplitsing, ontstaan er bij kernfusie geen radioactieve bijproducten, ofwel afval.

Kernfusie produceert namelijk alleen energie op extreem hoge temperaturen van honderden miljoenen graden Celsius. Dat is te heet voor solide materialen. De vrijgekomen energie moet daarom ‘gevangen’ en in stand gehouden worden door magnetische velden, zodat het niet in contact komt met de kernfusiereactor zelf.
Die velden gaan nu worden opgewekt door hoge temperatuur supergeleiders. Zij kunnen een veld creeren dat vier keer zo sterk is als de huidige standaard. Een dergelijk magnetisch veld moet het mogelijk maken om de opgewekte energie vertienvoudigen.

MIT en CFS verwachten deze supergeleidende elektromagneten binnen drie jaar te realiseren. Hierna wordt een pilotinstallatie op het gebied van kernfusie gebouwd, waarin deze magneten gebruikt worden. Deze kernfusiecentrale, genaamd SPARC, moet leiden tot ’s werelds eerste kernfusiecentrale die daadwerkelijk commercieel beschikbare energie opwekt. Deze centrale krijgt een verwachte capaciteit van 200 megawatt en moet binnen vijftien jaar klaar zijn.

Natuurkundigen proberen al sinds de jaren vijftig de fusie van waterstofatomen te controleren, maar vooralsnog zonder resultaat. Momenteel zijn er verschillende tests met kernfusie aan de gang. Bijvoorbeeld in Duitsland, waar de peperdure kernfusiereactor Wendelstein 7-X te vinden is.

Als je van waterstof 1 kg helium maakt komt er 600 miljoen MJ vrij. Als je 1 kg (1 liter) bezine verbrandt komt er 42 MJ vrij. Dus 1 kg He productie = 14 miljoen liter benzine.

Een les over kernfusie van het Koning Willem I College is hier te zien

zie www.fusie-energie.nl en www.iter-nl.nl De komende tijd is dit nog niet beschikbaar.

Kernfusie

In 2015 hebben Amerikaanse wetenschappers een nieuwe ontwikkeld. veel kleiner te zijn dan men aanvankelijk dacht. Dit maakt het systeem meteen een stuk goedkoper en makkelijker te produceren. Ter vergelijking: De krachtigste fusiereactor die momenteel in ontwikkeling is, heet ITER en heeft een prijskaartje van 40 miljard dollar. De wetenschappers van MIT hebben berekend dat hun ontwerp ongeveer dezelfde capaciteit heeft als ITER, maar twee keer zo klein is en slechts een fractie van de productiekosten bedraagt. De reactor moet in staat zijn om drie keer zoveel elektriciteit te produceren dan het verbruikt, maar aangezien het ontwerp zich nog in de startfase begeeft, is er veel ruimte voor verbetering. Men gaat er mee aan de slag.

Nadelen van Iter
Je kan de druk op de zon niet nabootsen in een reactor. Daarom moet je ipv waterstof, deuterium en tritium gebruiken. Het tritium moet worden gemaakt b.v. door de wanden van de reactor te laten bestaan uit lithium. Als dat een neutron ontvangt wordt het tritium. Maar het wandoppervlak is beperkt. Recycling kan, maar is ingewikkeld. De elektromagneten moeten gekoeld worden en de water- en vacuümpompen naast de tritiumrecycling kosten veel energie (en die kan men niet stilzetten).
De reactor vereist onfatsoenlijk veel koelwater. 12 m3 per seconde (genoeg voor een stad van 1 miljoen inwoners). (Volkskrant 26-5-2018). 



 

%MCEPASTEBIN%