Kernenergie

Kernenergie – De principes begrijpen
Kernenergie is voor velen van ons angstaanjagend, omdat we eigenlijk niet weten hoe het precies werkt. Afhankelijk van de generatie waarin we zijn opgegroeid, kunnen we verschillende vooringenomen ideeën hebben die zijn vormgegeven door vooroordelen van de popcultuur of verdraaide afschilderingen in de media. Of misschien weten we wel dat er in het verleden ongelukken hebben plaatsgevonden en dus moet dat ook in de toekomst mogelijk zijn. We herinneren ons de afgrijselijke beelden van de aardbeving en de tsunami in Japan in 2011 en we twijfelen aan de veiligheid en de veiligheidsmaatregelen van de kerncentrale te Fukushima. We denken aan de ramp in Tjernobyl en het incident op Three Mile Island en vragen ons af wat de uiteindelijke prijs van die gebeurtenissen zal zijn. Net als andere bronnen van elektrische energie, heeft kernenergie bepaalde risicofactoren die begrepen en aangepakt dienen te worden.

Maar om het fenomeen kernenergie uit het mythologische domein te halen, is het belangrijk dat we een zekere basiskennis hebben over de nucleaire technologie, het gebruikte proces en de nucleaire brandstofcyclus. Als we de basisprincipes van kernenergie begrijpen, dan hebben we een basis waarop we zaken als nucleaire veiligheid, nucleaire straling en nucleair afval kunnen bespreken.

Kernenergie – Vergelijking met andere energievormen
Energie wordt opgewekt uit natuurlijke grondstoffen zoals gas, olie, water, wind, zonnestralen en uranium. Elektriciteitscentrales gebruiken de warmte of de beweging van deze stoffen om elektriciteit op te wekken. De meeste krachtcentrales produceren elektriciteit door water te koken en zo stoom voort te brengen. De stoom wordt gebruikt om een turbine rond te draaien. De as van de turbine draait vervolgens een grote spoeldraad tussen twee magneten. Deze draaiende spoel genereert elektriciteit. Daarom wordt dit een “generator” genoemd.

Het grootste verschil tussen een kerncentrale en andere krachtcentrales is de manier waarop het water tot stoom wordt verhit. In een gas-, olie- of kolencentrale wordt de hitte geproduceerd door gas, olie of kolen te verbranden. In een kerncentrale wordt de hitte geproduceerd door Uranium atomen te splijten.

In een notendop kunnen we zeggen dat kernenergie een zeer ingewikkelde en efficiënte manier is om water te koken en een turbine rond te draaien. Kernenergie genereert op dit moment ongeveer 16% van alle elektriciteit in de wereld en ongeveer 4% in Nederland.

Kernenergie – Kernsplijting en de kernreactor
Wanneer een Uranium atoom een neutron opneemt en dan splijt, wordt hierdoor warmte-energie voortgebracht in een proces dat we kennen als “kernsplijting”. In dit proces worden twee of meer neutronen uit de kern van het Uranium atoom vrijgegeven. Deze neutronen kunnen vervolgens vrij bewegen en botsen met andere Uranium atomen, die dan ook splijten. Dit proces herhaalt zich op deze manier in een beheerste kettingreactie.

Zogenaamde regelstaven worden gebruikt om de snelheid van de kettingreactie te beheersen. Deze regelstaven glijden in de kern van de reactor op en neer langs de brandstofstaven (“splijtstofstaven”) en bevatten bepaalde chemicaliën. Deze chemicaliën hebben atoomstructuren die zelf neutronen absorberen. In principe dienen de regelstaven als “neutronensponzen”. Als de regelstaven uit de kern worden getrokken, worden er door deze regelstaven minder neutronen geabsorbeerd en zijn er dus meer neutronen beschikbaar voor splijting, waardoor er meer warmte-energie wordt geproduceerd. Wanneer men de staven dieper in de kern laat zakken, worden meer neutronen door de regelstaven opgenomen, waardoor de kettingreactie vertraagd wordt en minder warmte-energie wordt voortgebracht.

De temperatuur in de reactorkern wordt zorgvuldig in de gaten gehouden. Als er een onaanvaardbare temperatuursverandering wordt gemeten, wordt het splijtingsproces automatisch gestopt door de regelstaven in de kern te laten zakken.

Kernenergie – De kerncentrale
De belangrijkste onderdelen van een kerncentrale zijn de reactorkern en de mantel. De reactorkern bestaat vooral uit Uranium splijtstofstaven en regelstaven. De reactor heeft verder een koelsysteem en een moderator nodig om het geheel te kunnen laten werken. De meeste kerncentrales gebruiken gewoon water als koelvloeistof. Deze koeling zorgt er niet alleen voor dat de kern niet te heet wordt, maar zet ook de warmte van de reactor om in stoom, die nodig is om de feitelijke elektriciteit te genereren uit dit nucleaire splijtingsproces.

Eenvoudig gezegd verwijdert het koelsysteem de warmte uit de reactorkern en transporteert deze naar een ander deel van de centrale, waar de thermische energie aangewend kan worden om elektriciteit te produceren. Normaal gesproken wordt de hete koelvloeistof gebruikt als een hittebron voor een boiler (een stoomketel). De stoom van deze boiler, die onder hoge druk staat, is de krachtbron voor meerdere turbines die vervolgens de elektrische generatoren aandrijven. Het water dient ook als een zogenaamde “moderator” die de snelheid van de neutronen vermindert, waardoor de Uranium atomen voldoende neutronen kunnen “vangen” om de kettingreactie gaande te houden.

Het laatste onderdeel van de reactor is het drukvat, dat de onderdelen in de reactorkern omgeeft en beschermt. Dit drukvat, vervaardigd van zo'n 23 centimeter dik staal en vaak zwaarder dan 300 ton, is een belangrijke veiligheidsbarrière in een kerncentrale.

Kernenergie – Wat is Uranium eigenlijk?
Uranium is de brandstof van de kerncentrale. De meeste mensen weten niet dat Uranium een stof is die in de natuur voorkomt en net zo uit de aarde gewonnen kan worden als goud en zilver. Natuurlijk Uranium komt zelfs overvloediger voor dan goud en zilver.

Er zijn veel plaatsen op de wereld waar Uranium te vinden is en deze plaatsen zijn gemakkelijk te bereiken. Er zijn ook veel locaties waar de Uraniumreserves nog helemaal niet zijn aangeboord. Zelfs zonder nieuwe ontdekkingen en nieuwe winningsmethoden heeft de wereld op dit moment een voorraad die nog enkele honderden jaren mee kan. Natuurlijk houden we hier geen rekening met de toenemende recycling van nucleaire brandstof die in de reactor gebruikt wordt. Naast Uranium is er ook nog Thorium, een ander in de natuur voorkomend metaal, dat vier keer zo veel voorkomt als Uranium. Hoewel Thorium traditioneel over de hele wereld gezien werd als een afvalproduct in de mijnbouw, wordt deze stof nu succesvol omgezet tot een bruikbare brandstof voor kernreactoren.

Een enkel Uraniumkogeltje, ter grootte van een stukje gum aan het uiteinde van een potlood, bevat net zo veel energie als 480 kubieke meter aardgas, 800 kilogram kolen of 560 liter olie. Denk eens aan de hoeveelheid energie die geproduceerd kan worden door een treinwagon vol kolen in vergelijking met een treinwagon vol splijtstof. Het is duidelijk dat Uranium superefficiënt is.

Kernenergie – Mogelijkheden van kernenergie
De wereld probeert op dit moment waar mogelijk energie en natuurlijke bestaansmiddelen te sparen, maar de realiteit is dat de economische groei en de kwaliteit van het leven in deze wereld afhankelijk zijn van een minimale hoeveelheid energie die elke minuut wordt geproduceerd. Deze “basislast elektriciteit” is de voortdurende hoeveelheid energie die 24 uur per dag nodig is om onze wereld draaiende te houden. Zo'n 60% van alle opgewekte elektriciteit wordt gebruikt om woningen, bedrijven, scholen, ziekenhuizen, leger, communicatienetwerken, noodvoorzieningen en transportsystemen draaiende te houden. Dit is dus de “basislast”. In een notendop kunnen we zeggen dat de “basislast elektriciteit” een sleutelrol speelt in onze economische groei, nationale veiligheid en de kwaliteit van ons leven.

Nu de fossiele brandstoffen en de uitstoot van broeikasgassen flink onder de loep worden genomen, is de wereld op zoek naar “nieuwe” energie-alternatieven zoals wind, geothermische energie en biobrandstoffen. Hoewel de basislast en duurzame energiebronnen samen toekomstige energiedoelen kunnen bereiken, zijn experts uit alle hoeken van het ideologische spectrum het met elkaar eens dat een realistisch energiebeleid ook gebruik maakt van kernenergie.

Men verwacht dat de wereldwijde vraag naar elektriciteit in de komende dertig jaar zal verdubbelen. Maar recente beperkingen die opgelegd zijn aan uitstootwaarden zullen het onmogelijk maken om in deze behoefte te voorzien met krachtcentrales die alleen traditionele fossiele brandstoffen verbruiken. Ondanks de toegenomen bijdragen van duurzame energiebronnen zoals wind- en zonne-energie, is de hedendaagse realiteit dat alleen kernenergie grote hoeveelheden “basislast elektriciteit” kan leveren zonder broeikasgassen uit te stoten.

Kernenergie – De toekomst, vandaag
In Nederland levert een enkele kerncentrale zo'n 4% van al onze energie; in de Verenigde Staten wordt 20% van alle elektriciteit opgewekt in een veilig en betrouwbaar netwerk van 104 kernreactoren. Het lijdt geen twijfel dat deze methode zeer rendabel is en dat de technologie zichzelf al bewezen heeft. Het grote publiek wenst een energiebron die schoon, veilig en betaalbaar is – en kernenergie voldoet aan al die criteria.

Natuurlijk vereist kernenergie een veilig en beheersbaar systeem van reguleringen en inspecties. Maar met dergelijke voorzorgsmaatregelen kan de nucleaire technologie van vandaag al een veilige en groeiende energieproductie bieden. In tegenstelling tot enkele andere “nieuwe energie” oplossingen, is het geen kwestie van meer onderzoek, ontwikkeling van technologieën, haalbaarheids- en schaalbaarheidsstudies en duurzaamheid... het is slechts een kwestie van méér doen van wat nu al werkt, maar op een veiligere en efficiëntere manier.

Leer meer!