Kennisdossier Kernenergie
11 minuten

Kernafval: wat doen we ermee?

Bij iedere stap in de kernenergie-cyclus wordt gevaarlijk afval geproduceerd. Het afval is per fase steeds van een andere aard en samenstelling. Welke vorm het ook heeft, het afval is zonder uitzondering radioactief en giftig. Na meer dan 60 jaar kernenergie is er nog steeds geen definitieve oplossing gevonden voor de opslag van het afval.

Sommige soorten kernafval zijn laagradioactief, zoals het afval dat in grote bergen wordt achtergelaten bij een uraniummijn. Dit is wel schadelijk voor de mens die er langere tijd aan wordt blootgesteld, maar het is niet zo gevaarlijk dat je er niet een keer langs kunt lopen. Andere voorbeelden van laagradioactief afval zijn de overalls en handschoenen die in een kerncentrale worden gebruikt. Ook bij het opwerken van kernafval komen enorme hoeveelheden laagradioactief afval vrij. We kennen ook middel- en hoogradioactief afval. Hoe hoger de radioactiviteit, hoe ernstiger het risico dat een mens neemt door onbeschermd bij de stoffen in de buurt te komen. Hoogradioactief afval is zo gevaarlijk, dat geen mens er zonder gevaar voor de gezondheid dichtbij kan komen. Daarom is het afval afgeschermd door isolerende lagen, zoals beton. 

Sommige soorten radioactieve stoffen blijven duizenden jaren radioactief, andere soorten vervallen na enkele dagen al in andere stoffen en zijn maar heel kort radioactief. Kernafval bestaat steeds uit een mengsel van verschillende radioactieve stoffen en blijft als geheel steeds zeer lange tijd radioactief: tot wel honderdduizenden jaren. In die gehele periode dient het afval goed afgesloten bewaard te worden. Mensen en dieren mogen er niet mee in aanraking komen: het moet totaal geïsoleerd zijn van de omgeving. Want ook als het in het grondwater of in de bodem terechtkomt zullen mens en dier uiteindelijk radioactief worden besmet en kunnen ze ernstig ziek worden. 

Afval uit de kerncentrale blijft enige tijd bewaard bij de reactor.  Laag- en middelradioactief afval gaat in Nederland direct naar de COVRA: een bedrijf pal naast de kerncentrale in Zeeland waar radioactief afval in containers staat opgeslagen. Opgebrande kernbrandstof wordt eerst naar Frankrijk gestuurd, waar er plutonium en een rest van het uranium uit wordt gehaald – dit heet opwerking. Daarbij ontstaan enorme hoeveelheden nieuw laag- en middelradioactief afval die gedeeltelijk in zee en de lucht worden geloosd, gedeeltelijk opgeslagen en in Frankrijk blijven. De rest aan hoog-radioactief afval wordt in glas gegoten en teruggestuurd naar Nederland, naar de COVRA. Het afval kan hier honderd jaar blijven staan. 

Hoeveel kernafval is er eigenlijk?

Er zijn verschillende ‘soorten’ kernafval, er is een internationaal geldende indeling gemaakt die gebaseerd is op de levensduur en de stralingsintensiteit van het afval:

  • HOOGRADIOACTIEF AFVAL  In 2018 was er in Nederland ongeveer 75 m3 hoogradioactief afval aanwezig. Dit afval bestaat voornamelijk uit verglaasd opwerkingsafval (afval dat na opwerking wordt verpakt in glas) en afval met een zeer lange levensduur uit de kernenergiecentrales Borssele en Dodewaard. Verder bestaat het uit afval dat ontstaat bij de productie van medische isotopen en de verbruikte splijtstof uit de onderzoeksreactoren in Petten en Delft. Dit verbruikte splijtstof uit de onderzoeksreactoren bevat naast splijtingsproducten de zwaardere actiniden, waaronder uranium en plutonium en kent daarom een nog langere levensduur dan de opgewerkte splijtstofstaven.
  • TENORM Dit is technisch behandeld natuurlijk voorkomend radioactief materiaal. Dit bestaat grotendeels uit afval van de URENCO opwerkingsfabriek in de vorm van verarmd uranium. Dit materiaal blijft miljoenen jaren radioactief en er wordt voorgesteld dat uiteindelijk net zo te behandelen als hoog-radioactief afval.
  • LAAG- EN MIDDELRADIOACTIEF AFVAL (LMRA) Aan laag- en middelradioactief afval ligt in Nederland circa 10.000 m3 opgeslagen bij de COVRA. Van deze hoeveelheid afval is ongeveer de helft afkomstig van de kernenergiecentrales Borssele en Dodewaard. Een klein gedeelte hiervan zal in de komende 100 jaar vervallen tot onder de vrijgave-grens en zal daarom niet voor duizenden jaren hoeven te worden opgeslagen. Het laag- en middelradioactief afval wordt in Nederland in vier klassen onderverdeeld:
    • Klasse A: hierin bevinden zich alfa-emitters, dit is afval met de langere halfwaardetijden
    • Klasse B: dit is afval uit kerncentrales met bèta- of gamma-emitters
    • Klasse C: dit is overig bedrijfsafval met bèta- of gamma-emitters met een halfwaardetijd van meer dan 15 jaar
    • Klasse D: hierin bevindt zich afval met bèta of gamma-emitters met een halfwaardetijd korter dan 15 jaar.

Definitieve opslag

Na de periode van opslag wil men graag dat er een definitieve oplossing voor het afval komt: een plek waar men het achter kan laten totdat het over een paar honderdduizend jaar geen kwaad meer kan. Het grote probleem is dat de oplossing nog niet gevonden is. Niemand heeft een flauw idee hoe samenlevingen, economieën en klimaat er over honderd jaar uitzien – om over een langere periode maar helemaal niet te spreken. Welke methodes zijn er ?

Bovengrondse opslag

Een methode om het radioactieve afval langdurig te beheren is eeuwigdurende bovengrondse opslag, eigenlijk op de manier zoals het nu bij de COVRA gebeurt. Dan moeten er elke 100-300 jaar nieuwe opslaggebouwen worden gebouwd. De verpakkingen moeten constant gecontroleerd worden en alles zal ongeveer om de 100 jaar omgepakt moeten worden. Hierdoor groeit ook het volume aan afval dat bewaard moet worden. Eeuwigdurende bovengrondse opslag vergt een heel actief beheer (beveiliging, controle, het doorgeven van de beschikbare kennis over het afval en de installaties). Zonder van de lusten genoten te hebben worden de lasten hierdoor op de schouders van vele honderden latere generaties gelegd.

Het eventuele ‘voordeel’ van bovengrondse opslag is dat het afval gemakkelijk toegankelijk en terugneembaar is. Met een aandoenlijk soort optimisme gaat de nucleaire industrie er van uit dat ‘we’ misschien over een paar honderd jaar een heel nieuwe toepassing voor het kernafval hebben bedacht en dat ’we’ dan blij zijn dat we er nog bij kunnen…

Grote nadelen zijn natuurlijk de kwetsbaarheid voor invloeden van buitenaf (oorlog, natuurrampen, terrorisme, ongelukken etc.).

Oppervlakteberging

Bij oppervlakteberging wordt het kortlevend laag- en middelradioactief afval (LMRA) in modules aan of net onder het aardoppervlak geborgen. Dat moet dan op een dusdanige manier ingesloten en afgezonderd dat mens en milieu optimaal beschermd worden, voor honderden jaren. Bij het sluiten van de berging worden de laatste barrières voor de passieve insluiting en afzondering rond het afval aangebracht. De generaties na ons hoeven dan, in tegenstelling tot de bovengrondse opslag van radioactief afval, minder actief te handelen om de veiligheid te controleren en te borgen. Toezicht blijft mogelijk en noodzakelijk.

Het ‘voordeel’ van oppervlakteberging is dat de bergingsmodules zichtbaar zijn. De belangrijkste nadelen van bovengrondse opslag zijn de mogelijke invloeden van buitenaf (oorlog, natuurrampen, terrorisme, ongelukken, etc.). Bovendien moet je nog steeds een andere faciliteit hebben voor het langlevende en het hoogradioactieve afval. Monitoring en terughaalbaarheid zijn makkelijker te realiseren dan bij geologische berging.

Oppervlakteberging is alleen geschikt voor kortlevend LMRA. Er kan alleen radioactief afval geborgen worden dat na 300 jaar geen risico meer geeft.

Geologische berging

Dit is de meest populaire ‘oplossing’ bij de nucleaire sector en een groot deel van de beleidsmakers. Het moet garanderen dat het afval ook na duizenden jaren buiten de levensruimte (biosfeer) van de mens blijft. Bij geologische berging wordt het afval in geologische formaties op enkele kilometers diepte geplaatst. Tijdens het vullen van de berging en enkele decennia daarna wordt de insluiting van het radioactieve materiaal geborgd door een multi-barrière systeem. Dit gaat dan over onder andere de speciaal ontworpen containers waarin het afval verpakt wordt, de faciliteit die voor het afval gebouwd wordt en de geologische laag, waarin de faciliteit voor het afval wordt gebouwd. Een plek moet aan allerlei criteria voldoen, zoals bijvoorbeeld:

  • door de laag is geen of een lage migratie van grondwater;
  • de laag vertraagt de diffusie van vrijgekomen radionucliden naar het oppervlakte (bijvoorbeeld door adsorptie);
  • de laag heeft een voldoende homogene en gemakkelijk te karakteriseren samenstelling;
  • de laag bevindt zich niet in de buurt van seismische of vulkanische activiteit;
  • de laag is voldoende groot om te voorkomen dat het afval niet snel naar het oppervlakte kan migreren (juiste dikte en diepte);
  • er mogen geen natuurlijke rijkdommen in de omgeving van de geologische laag aanwezig zijn om verstoring in de toekomst te vermijden.

Geologische berging kan worden gerealiseerd door het afval in een geologische laag te plaatsen door middel van diepe boorgaten of in een in de geologische laag zelf speciaal ontworpen faciliteit. Deze opties worden hierna verder toegelicht

Geologische berging in diepe boorgaten

Bij het bergen van radioactief afval in diepe boorgaten wordt het afval in containers geplaatst met een diameter van maximaal 100 cm. Deze containers worden in boorgaten met een diepte van ongeveer 4 km geplaatst waarbij de onderste 2 km gebruikt kunnen worden voor het plaatsen van afval en de bovenste 2 km gebruikt worden voor afdichting. Tussen de verschillende containers komt een buffermateriaal zoals beton.

In een boorgat is niet te garanderen dat de containers lang intact blijven, de druk op deze diepte is dusdanig hoog dat welke constructie dan ook op relatief korte termijn zijn integriteit zal verliezen. Voordat er tot deze optie kan worden over gegaan moet dus worden uitgesloten dat het radioactieve materiaal te snel kan migreren naar de oppervlakte. Dat betekent dat er strenge eisen moeten worden gesteld aan de locatie.

Naar eindberging in boorgaten is in onder andere Zweden en de Verenigde Staten onderzoek gedaan. Dit onderzoek heeft echter nog niet geleid tot een operationele toepassing van het gebruik van boorgaten.

Geologische berging in een speciaal ontworpen faciliteit

In diverse landen is en wordt onderzoek gedaan naar eindberging in geologische lagen als graniet, zout en klei. De Nederlandse regering denkt dat er in Nederland twee geschikte geologische formaties voorhanden zijn; zout (zoutlagen en zoutkoepels) en klei. Naar beide opties wordt al decennialang onderzoek gedaan. De VS heeft een faciliteit in een zoutlaag voor kernafval uit de militaire industrie, de WIPP. In 2014 is het daar gigantisch misgegaan. Dit zal grote gevolgen hebben voor het denken over zoutlagen als mogelijke bergingsmethode. Er is in het verleden onderzoek gedaan naar eindberging van radioactief afval in Nederlandse zoutlagen.

Partitie en transmutatie (verkorten levensduur)

Partitie en transmutatie (P&T) is het veranderen van hoogradioactief afval met lange levensduur naar radioactief afval met een kortere levensduur zodat het uiteindelijk minder lang opgeslagen hoeft te worden. Partitie betekent dat de niet herbruikbare en langlevende componenten (plutonium en americium), uit gebruikte splijtstof worden gehaald. Vervolgens vindt transmutatie plaats. Dit houdt in dat die componenten opnieuw de reactor ingaan waar ze vervallen tot stoffen met een kortere levensduur (ongeveer driehonderd jaar). Dit kan nu nog helemaal niet, Nederland kiest er nu nog noodgedwongen voor deze langlevende componenten te ‘verglazen’, en, verpakt in glas en beton, op te slaan bij de COVRA.

Sinds de jaren ’50 van de 20e eeuw wordt er al onderzoek gedaan naar partitie en transmutatie. Op laboratorium schaal is levensduurverkorting mogelijk gebleken. De technologie is echter nog niet geschikt om op grote schaal toe te passen. Zelfs als het wel lukt blijf je zitten met een deel hoogradioactief afval dat alsnog opgeborgen zal moeten worden. Ook als er verdere ontwikkelingen volgen zal er noodzaak blijven voor berging van hoogradioactief afval. Het proces zelf zal namelijk ook hoogradioactief afval genereren. Andere nadelen van P&T zijn dat er meer handelingen met de gebruikte splijtstof moeten worden uitgevoerd, inclusief de bijbehorende veiligheidsrisico’s en dat het niet kan worden toegepast op het reeds verglaasde afval. Tenslotte zal het proces zelf ook enorme hoeveelheden energie kosten.

Radioactieve vaten zijn geplaatst in oude zoutmijnen in Duitsland. Dit had een fantastische oplossing moeten worden: maar na enkele jaren onder de grond te hebben gestaan, bleek er water in de zoutmijn te stromen, gingen de vaten lekken en bleken de zoutmijnen niet goed geïsoleerd te zijn. Dat afval moet nu tegen grote kosten verwijderd worden en er moet een andere opslag voor worden ingericht. Men heeft afval willen plaatsen in Yucca Mountain, in de Verenigde Staten. Jarenlang dacht men dat dit een goede opslagplaats zou zijn. Maar ook Yucca Mountain bleek ongeschikt. Inmiddels wordt er in Finland een ‘definitieve opslagplaats’ gebouwd voor een deel van het Finse afval, maar onlangs werd ontdekt dat de vaten sneller corrosie kunnen gaan vertonen dan was gedacht. 

In Nederland en België wordt erover gedacht om afval te dumpen in kleilagen. Maar niemand kan aantonen dat dit veilig is. In 2019 heeft het Rathenau Instituut de opdracht van de overheid gekregen om een dialoog over eindberging van radioactief afval op gang te brengen. Maar na meer dan zestig jaar onderzoek is er nog steeds geen oplossing gevonden om het radioactieve afval veilig en definitief weg te bergen.   

 

Meer over Kernenergie


Artikel

Is kernenergie duurzaam?

7 minuten

Artikel

Wat is kernenergie

10 minuten