Thorium
Kernenergie, maar dan uit een veilige bron: Thorium
De transitie van fossiele naar duurzame energie staat de laatste tijd volop in de belangstelling. In EU-verband worden door ‘Brussel’ doelen opgelegd die er niet om liegen. In 2020 moet 20% van de energie uit duurzame bronnen komen1. In 2030 zou dit 27% moeten zijn2, (voorstel EC). Ons land wil zelfs naar 100% duurzame energie in 20503
Allemaal fraaie doelstellingen maar vrijwel niemand vraagt zich af of dit wel realistisch is. Als duurzame bronnen worden vooral wind- en zonne-energie genoemd met daarnaast biomassa en soms ook geothermische energie. Zolang we echter niet over betaalbare, grootschalige energieopslagmogelijkheden beschikken – het ziet er niet naar uit dat deze er binnen afzienbare termijn zullen zijn- is zelfs 50% duurzame energie een fictie, nog afgezien van de torenhoge kosten. Immers op windloze dagen is er geen windenergie, bij slecht weer en ’s nachts is er geen zonne-energie voor elektriciteitsproductie beschikbaar. Dit betekent dat als we het gebruik van fossiele brandstoffen flink willen verminderen er naar andere mogelijkheden moet worden omgezien. Genoemd worden wel getijdenenergie, die weliswaar dag en nacht beschikbaar is maar gigantische investeringen vergt, en natuurlijk ook kernenergie. Nu is kernenergie niet bepaald populair meer na de problemen in Tsjernobyl en Fukushima.
Thorium
Er is echter behalve uranium nog een ander metaal dat kernenergie kan leveren, namelijk Thorium. Als thorium neutronen absorbeert ontstaat U-233, dat als splijtstof kan dienen. Om die reactie op gang te brengen is echter wel een relatief kleine hoeveelheid U-235 of U-233 nodig. Thorium heeft verschillende voordelen boven uranium.
– het geeft veel minder afval, dat bovendien een veel kortere halfwaardetijd heeft, ca. 500 jaar tegen 100.000 jaar voor uraniumafval.
– bij de toepassing van thorium komt geen plutonium vrij dus kan het niet worden gebruikt voor kernwapens; thorium kan zelfs plutonium afbreken.
– het smelten van de reactor (meltdown), zoals in Fukushima is onmogelijk.
Al met al betekent dit dat thorium veel veiliger is dan uranium., waardoor het sneller geaccepteerd zal worden door het grote publiek.
Voorkomen
Thorium komt vooral voor in het mineraal monaziet, een fosfaat dat ook Cerium en andere zeldzame aardmineralen bevat. Als er veel thorium in monaziet zit is het licht radioactief. Thorium wordt wereldwijd op verschillende plaatsen gevonden. De grootste reserves liggen in India, de USA, Australië en Canada. Ook Noorwegen heeft een flinke thoriumreserve. De voorraad thorium in de wereld is 3-4 keer zo groot als die van uranium.
Thorium reactors
Thorium kan in verschillende typen kernreactors worden gebruikt . De gesmolten-zout-reactor wordt door veel deskundigen als de meest geschikte aangemerkt. Vooral de liquid-fluoride-thorium reactor (LFTR) staat in de belangstelling. In een LFTR wordt thoriumfluoride opgelost in een vloeibaar fluorzout. Er vindt een continue omzetting van thorium in 233-U plaats, waardoor de brandstof efficiënt gebruikt kan worden. In de USA is al in de jaren zestig van de vorige eeuw een succesvolle proef met een gesmolten-zoutreactor gedaan. Wel bleek dat corrosie van het reactorvat bij langdurig gebruik een probleem vormde. Onderzoek met thoriumreactoren is echter in 1973 in de USA gestopt. Men is toen verder gegaan met uranium met het oog op de productie van kernwapens. Thans is men bezig met onderzoek naar en ontwikkeling van thoriumreactors in onder meer India, China en ook Noorwegen. In laatstgenoemd land is men vorig jaar met een 5-jarig experiment gestart met thorium als brandstof in een bestaande kernreactor. Op basis van de resultaten zal een besluit worden genomen om al dan niet verder te gaan met thorium. In China is in 2011 een onderzoekprogramma met een budget van E 250 miljoen begonnen om thoriumreactoren te ontwikkelen. Een 2 MW test unit moet in 2020 operationeel zijn. Ook in India krijgt thorium veel aandacht. Onlangs is daar bekend gemaakt dat in 2016 wordt begonnen met de bouw van een nieuwe generatie thorium kernreactor.
Problemen bij gebruik van thorium
Met neutronen bestraald thorium is op korte termijn sterker radioactief vanwege het isotoop U-232 dat tijdens het kweekproces van U-233 ontstaat. U-232 is een bron van gammastralen, die lastig zijn af te schermen. Dit zal installaties duurder maken.
De corrosie van reactorwanden zal zodanig moeten worden opgelost dat deze tenminste enkele decennia meegaan.
Nog onduidelijk zijn de kosten van elektriciteit uit thorium. Zolang niet duidelijk is hoe een veilige corrosiebestendige reactor eruit moet zien, is dat ook lastig te bepalen. Sommigen verwachten een lagere kostprijs van elektriciteit uit thorium ten opzicht van die uit uranium, anderen gaan uit van een hogere kostprijs voor stroom uit thorium.
Duidelijk is wel dat er nog veel onderzoek en ontwikkelingswerk nodig is alvorens elektriciteit op commerciële basis uit thorium kan worden gewonnen. Dit geldt onder meer het veilig en efficiënt maken van de brandstofcyclus, van thorium naar U-233. Aangenomen wordt dan ook dat het nog wel twee decennia zal duren voor er commerciële thoriumreactors in werking zullen worden gesteld. Het is ook de vraag of de bedrijven die thans de kernreactoren voor uranium produceren wel bereid zijn om zwaar te investeren in onderzoek/ontwikkeling van thoriumreactoren.
Referenties
1http://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/europese-unie/europa-2020
2https://zoek.officielebekendmakingen.nl/kst-33858-2.html
www.the-weinberg-foundation.org/…/Thorium-Fuell…
http://www.world-nuclear.org/info/Current-and-Future-Generation/Thorium/
http://www.whatisnuclear.com/articles/thorium.html
en.wikipedia.org/wiki/Thorium-based_nuclear_power
http://www.clubgreen.nl/vraag/Liquid-Fluoride-Thorium-Reactor.html
Lelystad, maart 2014.
Kees van Loon