NRG en nucleair in het nieuws	Krantenartikelen

Zoeken in NRG krantenartikelen Nucleaire waterstof De Ingenieur 7 mei 2004   Productie in Hoge Temperatuur reactor zonder emissie CO2 De Finnen geven weer eens het voorbeeld: het land van Nokia heeft besloten een kernreactor te bouwen. Het tij voor kernenergie is sowieso aan het keren. De hoge temperatuur reactor is inherent veilig, het afvalprobleem is volgens sommigen te overzien en de productie van waterstof is zonder emissie van CO2 alleen mogelijk via kernenergie. Nee, het verbaast hem niet. Als hoogleraar reactorfysica aan de TU Delft is prof.dr.ir. Tim van der Hagen al heel lang overtuigd van de voordelen die kernenergie biedt. Dus wanneer een Nederlandse project-ontwikkelaar een kernreactor wil bouwen, juicht hij dat van harte toe. En dat het gezaghebbende Amerikaanse Electric Power Research Institute in Palo Alto vorig jaar in Nature een pleidooi houdt voor het gebruik van nucleaire technologie voor de opwekking van waterstof, vindt hij niet meer dan logisch. Hij zou het zelfs nog sterker willen formuleren: 'De enige manier om op een efficiënte en grootschalige wijze waterstof te produceren zonder emissie van CO2 is via kernenergie.’ Het idee daarbij is om met chemische processen watert te splitsen in waterstof en zuurstof, zonder gebruik te hoeven maken van elektriciteit als energieverslindende tusenstap (via elektrolyse). Hiervoor zijn temperaturen nodig van ten minste 900 0C en dat is precies het temperatuurgebied dat goed bereikbaar is met gas-gekoelde reactoren, waar Van der Hagen onderzoek aan doet. Samen met zijn medewerker dr.ir.Jan Leen Kloosterman kijkt hij bovendien naar de mogelijkheden die dit soort Hoge Temperatuur Reactoren (HTR) bieden voor opwekking van waterstof. Hoge-drukstoom Zo'n 80 van alle kerncentrales ter wereld, zoals die in het Zeeuwse Borssele, is van het zogenaamde licht-watertype. In deze watergekoelde centrales wordt met behulp van de vrijgekomen warmte hoge-drukstoom opgewekt bij een temperatuur van tegen de 300 °C. Dat is echter bij lange na niet genoeg om de chemische reacties op gang te brengen die als eindproduct waterstof hebben. Kloosterman: 'Om het temperatuurgebied boven 900 °C te bereiken moet je overstappen op een ander koelmiddel. Daarvoor zij grofweg twee alternatieven: koeling met helium of met een gesmolten zout. Wij hebben een voorkeur voor helium, omdat je daarmee ook direct een gasturbine aan zou kunnen drijven voor de productie van elektriciteit.' De warmte in dit hete helium is echter net zo goed te gebruiken voor het aandrijven van chemische processen. Alleen moet je dit niet direct doen. Het is beter om er een extra koelkring tussen te zetten. Zo voorkom je dat het chemische proces het nucleaire 'vervuilt' en omgekeerd. Ook de nucleaire brandstof van dit soort HTR's ziet er anders uit dan in een standaard lichtwaterreactor. In plaats van de bekende uraniumstaven is de brandstof aanwezig in de vorm van uraniumbolletjes met een diameter van een halve millimeter. Die zijn elk bedekt met een aantal laagjes, waaronder een poreuze koolstofbuffer - voor de absorptie van splijtstofproducten - en met siliciumcarbide, een keihard materiaal dat de bolletjes beschermt en voorkomt dat de radioactieve inhoud vrij kan komen. Op hun beurt vormen 10000 tot 15000 van deze bolletjes, ingebed in grafiet, de uiteindelijke nucleaire brandstofkogels (pebble), die een diameter hebben van 6 cm. Volgens Kloosterman zijn die inherent veilig: 'Zelfs wanneer het koelmiddel volledig wegvalt en de temperatuur als gevolg van de restwarmte die de kernreacties afgeven, kan oplopen tot boven de 1500 °C, blijven de bollen ongeschonden.' In Duitsland heeft al twintig jaar een 40 megawatt testreactor gedraaid op deze brandstofkogels, terwijl in China sinds 2000 ook een heliumgekoelde HTR-reactor operationeel is. Oliecrisis Hoewel dit soort reactor- en brandstofconcepten nog niet op grote schaal zijn getest, is het ontwerp wel beproefd in diverse testreactoren in Duitsland, de Verenigde Staten, Japan en Zuid-Afrika. Datzelfde geldt feitelijk voor de opwekking van waterstof met behulp van thermo-chemische reacties. Ook dat proces is niet echt nieuw meer. Van der Hagen: 'Er zijn niet zoveel wetenschappelijke uitdagingen meer. De problemen zitten bijvoorbeeld in het vinden van geschikte materialen.' Het wetenschappelijk onderzoek ernaar piekte in de jaren zeventig ten tijde van de oliecrisis, maar vindt tegenwoordig bijna uitsluitend plaats in Japan en de VS. Een litera-tuurstudie van het Amerikaanse bedrijf General Atomics bracht in 2002 meer dan honderd mogelijke chemische cycli aan het licht en bepaalde wat de meest veelbelovende waren. Er kwamen twee kandidaten uit naar voren, een op basis van broom en een andere op basis van zwavel en jodium. Uit modelberekeningen en metingen in een Japanse proefopstelling volgde dat deze laatste een efficiëntie heeft van meer dan 50%, en die mag zich dan ook verheugen in de meeste aandacht (zie kader). Eind vorig jaar presenteerde Ken Schultz van General Atomics tijdens het jaarlijkse symposium van de World Nuclear Association de eerste resultaten van een studie naar de mogelijkheden van dit zwavel jodiumproces voor de productie van waterstof met behulp van een HTR-heliumreactor. Zijn economische analyse wees uit dat een 2400 MW kernreactor, gekoppeld aan een chemische fabriek dagelijks zo'n achthonderd ton waterstof kan leveren. Dat is meer dan voldoende voor een grote olieraffinaderij. Afhankelijk van de gebruikte parameters variëren de kosten per geproduceerde kilo waterstof tussen de 1,4 en 1,9 dollar per kilo. Dat zijn opvallende getallen omdat waterstof dat wordt geproduceerd uit methaan met behulp van stoom - meer dan de helft van alle waterstof ter wereld - zo'n 1,4 dollar per kilo kost. Maar bij dit reformeringsproces komen grote hoeveelheden CO2 vrij. Het is niet uitgesloten dat regeringen daar in de toekomst een eind aan gaan maken door CO2-sequestratie en opslag verplicht te stellen via het instellen van een speciale belasting {carbon tax). Het is dan ook geen wonder dat sommige landen het onderzoek naar de opwekking 'nucleaire waterstof' voortvarend aanpak Van der Hagen: 'In de Verenigde Staten heeft het Department of Energy (DoE) het Nuclear Hydrogen Initiative gelanceerd met als een van de doelstellingen om in 2015 in Idaho een demonstratiefaciliteit voor nucleaire elektriciteit- én waterstofproductie in bedrijf te hebben. Het Japanse Atomic Energy Research Institute heeft al zo'n HTR in bedrijf en heeft onlangs de werking van het productieproces voor waterstof gedemonstreerd, zij het op kleine schaal.' Omstreden Dat mag allemaal zo zijn, maar toch blijft kernenergie een omstreden proces. Zo voerde ir. Diederik Samsom, Tweede-Kamerlid voor de PvdA, in augustus 2002 aan dat de kernenergielobby de ogen sluit voor de beperkte winbare reserves aan uranium. Er zou nog maar voor zo'n vijftig jaar voldoende zijn. Van der Hagen: 'Dat klopt wel, maar dan moet je er wel bij zeggen dat dat winbare reserves zijn voor een prijs van zo’n 25 dollar per kilo. Omdat de grondstof maar in geringe mate bijdraagt aan de uiteindelijke kilowattuurprijs, mag het uranium best meer kosten om toch op een economische manier elektriciteit te kunnen produceren. Als je armere ertsen gaat aanboren, is er zeker nog honderd keer zoveel; bovendien is aangetoond dat uranium ook betaalbaar uit zeewater is te winnen.' Ook de hoeveelheid kernafval en daarmee het opslagprobleem is volgens Van der Hagen beperkt: 'Het is goed op te slaan in stabiele geologische formaties.' Hij wijst erop dat we met de groeiende mondiale vraag naar energie onszelf op dit moment niet kunnen permitteren om welke vorm dan ook bij voorbaat af te schrijven. ‘Binnen een internationaal samenwerkingsverband (Generation IV) werken we op dit moment aan de volgende generatie kernreactoren, waarbij strenge eisen gesteld zijn ten aanzien van veiligheid, duurzaamheid, betrouwbaarheid, economie en waarbij door hergebruik en combinatie van verschillende nucleaire technologieën de hoeveelheid afval zoveel mogelijk wordt beperkt.’ Van der Hagens pleidooi om alle opties open te houden wordt onderstreept door Ken Schultz, die vorig jaar ook de mogelijkheden van zonne-energie voor de productie van waterstof op een rijtje zette. Zonnecollectoren kunnen namelijk veel hogere temperaturen leveren dan kernreactoren. Bovendien zijn de investeringskosten veel lager. Een probleem is natuurlijk dat de zon effectief maar gedurende zo'n acht uur beschikbaar is. Dat leidt tot een verminderde efficiëntie en tot hogere productiekosten. Toch heeft General Atomics vorig jaar subsidie ontvangen om ook deze methode te gaan onderzoeken. Schultz wil zich dan met name richten op alternatieve chemische cycli die efficiënt gebruik kunnen maken van de hogere temperaturen. Er is hoe dan ook nog veel onderzoek nodig. Of de samenleving bereid is de maatschappelijke consequenties die toepassen van kernenergie met zich meebrengt te dragen om het waterstoftijdperk binnen te gaan is een vraag die in de komende jaren beantwoord moet worden. Van der Hagen wijst ter afsluiting nog op dat Finland onlangs besloten heeft na afweging van alle mogelijke alternatieven met behulp van kernenergie zijn groeiende elektriciteitsbehoefte te voorzien. Het is de eerste kernreactor die sinds jaren in Europa zal worden gebouwd. Een teken aan de wand?

NRG, PO Box 25, NL-1755 ZG Petten, Netherlands, Tel +31-224564080, Fax +31-224563912 Informatie: info@nrg-nl.com Update 7 mei 2004