You are here

Thorium - een goed idee?

Thorium wordt de laatste tijd vaak genoemd als een alternatieve brandstof voor kerncentrales. Door thorium in plaats van uranium te gebruiken zouden de grote problemen rond kernenergie in één klap worden opgelost. De belangrijkste argumenten die daarbij genoemd worden:

  • In een kerncentrale op thorium is een kernramp uitgesloten.
  • Een thoriumcentrale levert geen plutonium waarmee je vervolgens kernwapens kunt maken.
  • Er ontstaat nog maar nauwelijks radioactief afval.
  • Thorium is praktisch oneindig beschikbaar, bijvoorbeeld in zand.

Verderop op deze pagina kijken we kritisch naar bovengenoemde argumenten, maar houd de droom voor nu nog even vast… We moeten de klimaatverandering stoppen. En ja, kernenergie stoot minder CO2 uit dan energie uit kolen- en gascentrales. Stel dat je met thorium als nieuwe brandstof alle nadelen van kernenergie weg kon nemen dan zouden we de ideale energiebron voor een duurzame energievoorziening in handen hebben. Oneindig en grootschalig inzetbaar zou de thoriumreactor een perfecte aanvulling op de energiemix van de toekomst zijn. ‘Groene kernenergie’ zou voor energiezekerheid zorgen op momenten dat de wind niet waait en de zon niet schijnt.

Stel dat dit allemaal zou uitkomen, dan is er toch nog steeds een probleem. En dat heeft niets te maken met technologie en alles met timing. Twee van de bekendste Nederlandse experts op het gebied van kernenergie, Wim Turkenburg (emeritus hoogleraar Natuurwetenschap & Samenleving) en Jan Leen Kloosterman (professor voor nucleaire reactor fysica aan de TU Delft en tevens uitgesproken voorstander van de thoriumtechnologie) zijn het er over eens dat die stroom producerende commerciële thoriumreactor er pas over tientallen jaren kan zijn. Tientallen jaren dus, zelfs als we nu in Europees verband alle zeilen bij zetten en volop investeren om deze technologie uit de grond te stampen.[1] Want de thorium technologie staat nog in de kinderschoenen, er moet nog heel veel onderzoek worden gedaan. Wim Turkenburg: “De ontwikkeling van diverse typen Generatie IV reactoren [daaronder valt de thorium reactor, red.] naar een commercieel product waarvoor door overheden een bouwvergunning wordt afgegeven, kan nog wel een jaar of veertig vergen. We zitten dan voorbij 2050 en het klimaatvraagstuk moet dan al zijn opgelost. Je kunt je dus de vraag stellen of deze nieuwe technologie niet te laat komt.”

Liever investeren in écht duurzaam

Jan Leen Kloosterman: “Alle voordelen van thorium ten spijt zal het nog wel tientallen jaren duren vooraleer de lifter [een type thoriumreactor, red.] de uraniumcentrale zal hebben vervangen. Er gaan vele honderden miljoenen mee heen om ook maar één thoriumcentrale te bouwen vanaf het punt waar men nu is in de ontwikkeling. Veel van dat geld zal gaan zitten in al het theoretische voorwerk dat gedaan moet worden. Het berekenen en optimaliseren van de temperatuur, druk, dichtheid van materialen; het zuiveren van de brandstof. Kortom, alle fysische en chemische aspecten die we in de vingers moeten krijgen.”

En Kloosterman onderschat de kosten. Om een voorbeeld van de kosten van kernenergie te geven: de bouw van de nieuwe Finse kerncentrale Olkiluoto – gebaseerd op uranium technologie - begon in 2005 en zou 3,2 miljard euro kosten. De centrale had in 2009 in bedrijf moeten komen, maar dat wordt nu 2018. De reactorbouwer, het Franse Areva, stelde op 28 februari 2014 dat de bouw van de centrale 8,5 miljard euro gaat kosten.

De Nederlandse regering verwacht ook weinig van de thoriumreactor. Henk Kamp, minister van Economische zaken vat het in juli 2015 samen: “Al met al zie ik op de korte termijn geen mogelijkheden om thorium in te zetten voor energieproductie.”

Zo vervalt het hele ‘klimaat’ argument: als je iets tegen klimaatverandering wilt doen dan zal dat heel snel moeten, en niet pas over tientallen jaren. Bovendien zal het nog vele tientallen miljarden euro’s kosten om een thoriumcyclus en -infrastructuur op te bouwen. Als we de klimaatverandering willen stoppen kunnen we dat geld toch echt beter onmiddellijk besteden aan werkelijk schone en eindeloze bronnen uit bewezen technologieën als zon en wind. 

Verder is het kortzichtig om de context van de discussie te beperken tot CO2 en klimaat. Het gaat wat WISE betreft over duurzaamheid in een veel bredere zin. Ook al zou je met thorium centrales het klimaatprobleem deels oplossen, je creëert wel een aantal andere milieuproblemen, waarover later meer.

Technofix

Futuroloog Adjiej Bakas geeft lezingen in binnen- en buitenland waarin hij voor honderden mensen het thorium-sprookje verkondigd. Hij zegt in feite dat we niets hoeven te doen. De thorium reactor gaat alle problemen oplossen. Volgens Reint Jan Renes, lector Crossmediale Communicatie in het Publieke Domein aan de hogeschool Utrecht, zijn de uitspraken van Bakas ronduit schadelijk: "Onderzoek van de universiteit Amsterdam toont aan dat te optimistische verwachtingen over technologische vooruitgang een negatieve invloed heeft op klimaatvriendelijk gedrag, terwijl gezonde twijfel juist motiveert. Het laatste waar we dus op zitten te wachten zijn sprookjes over onbewezen technologieën." [2]

De technologie

Molten Salt Reactor (MSR) is de verzamelnaam van alle typen reactoren waarin de brandstof (of -stoffen) is opgelost in zout, chloor- of fluorzouten. De Liquid Fluor Thorium Reactor (LFTR; spreek uit: ‘lifter’) is een specifiek type van deze reactorsoort, namelijk die welke thorium als brandstof heeft. Hij werkt als volgt:

In een reactorvat wordt in een grafietblok met koelkanalen een mengsel gebracht van vloeibaar thoriumfluoride (Th-232) opgelost in fluorzouten, die ook als koelvloeistof dienen. De temperatuur in het vat is desondanks hoog, wat de boel goed vloeibaar houdt. Er wordt om te beginnen ook een beetje uranium (U-235) bijgemengd, want thorium is op zichzelf niet splijtbaar – de splijtstof moet worden gemaakt. Kort door de bocht: het U-235 schiet een neutron af op het Th-232, dat daardoor Th-233 wordt, wat snel vervalt tot protactinium-233, wat verder vervalt tot U-233. Die stof is splijtbaar en valt uiteen, waarbij energie vrijkomt alsmede een neutron, dat weer Th-233 aanmaakt uit de aanwezige Th-232, waardoor de reactie in principe eindeloos doorgaat, zolang productie en consumptie van U-233 maar in evenwicht blijven.[3]

Wim Turkenburg geeft commentaar op de MSR technologie: “Aan de ontwikkeling van de MSR is in de jaren zestig van de vorige eeuw al gewerkt. Om diverse redenen is men daarmee gestopt. Eén van die redenen was de complexiteit van de technologie die bij de gesmolten zout reactor wordt toegepast. Werken met een vloeibaar zout waarin splijtstof is opgelost dat overal netjes over de vloeistof verdeeld moet zitten, is niet makkelijk. Bovendien is werken met een vloeibaar zout dat zeer heet en uiterst radioactief is technologisch gezien geen pretje. Er zijn daarom veel vraagstukken waarvoor oplossingen gevonden moeten worden, bijvoorbeeld op het gebied van materiaalgebruik, corrosie, verontreiniging van het zout, en verwijdering van de splijtingsproducten uit het circulerende zout. Het National Nuclear Laboratory (NNL) in Engeland liet in 2012 weten dat nog geen ervaring is opgedaan met het functioneren van de technologie van de gesmolten zout reactor als geheel. Thans vinden er op kleine schaal alleen nog laboratoriumexperimenten plaats. De technologie staat dus nog in de kinderschoenen. Ook liet het NNL in 2012 weten dat het commitment van het Internationale Forum op het gebied van Generatie IV reactoren (het GIF) aan de ontwikkeling van dit type reactor zeer gering is.”

Veiligheid

MSR thoriumreactoren zitten heel anders in elkaar dan de huidige uraniumreactoren en zijn - aldus de voorstanders van deze techniek – veel veiliger. In een MSR wordt de splijtstof niet als vaste stof verwerkt, maar opgelost in een gesmolten fluoridezout. Dat gesmolten zout wordt tegelijkertijd als koelstof en als splijtstof gebruikt. Het blijft op hoge temperaturen stabiel en controleerbaar. De voorstanders claimen dat ‘het op hol slaan van de reactor in een thoriumcentrale’ onmogelijk is. Een ‘meltdown’ zou uitgesloten zijn: het splijtbare materiaal is immers al gesmolten. En als de temperatuur te hoog oploopt, zet de vloeistof uit, waardoor er minder van in het reactorvat overblijft en de radioactieve kettingreactie afneemt. Ook als de stroom uitvalt stroomt het zout vanzelf in opslagreservoirs onder de reactor waar het kan afkoelen.[4]

Alles onder controle dus. Waar hebben we dat eerder gehoord?

Kernwapens

Met de huidige kennis om elektriciteit op te wekken in kerncentrales kun je ook kernwapens maken. Dat is ook precies de reden waarom er in de jaren ’50 voor gekozen is om kerncentrales met een uraniumcyclus te gaan bouwen: men wilde juist kernwapens produceren! Door zorgen over de verspreiding van kernwapens (proliferatie) gedreven, kijkt men nu naar thorium in plaats van uranium. Maar met een thoriumreactor kun je ook kernwapenmateriaal maken.

Met een paar chemische trucs haal je er zó de vulling voor een kernbom uit, stellen 5 fysici in een commentaar in het wetenschappelijke magazine Nature. Een beknopte handleiding gebaseerd op het stuk uit Nature staat op c2w.nl:

Je neemt 1,6 ton vers gedolven thorium-232 en dat bestraal je gedurende een maand met neutronen. Dit kun je gerust doen in een onderzoeksreactor à la Delft of Petten. Zolang je de energie-inhoud van je neutronenbundel binnen de perken houdt, is de vorming van uranium-232 minimaal.

Na die maand bevat het thorium ongeveer 0,5 procent van het tussenproduct protactinium-233. En dat kan je chemisch redelijk goed scheiden van de rest. Nature noemt twee mogelijkheden. De eerste is dat je de splijtstof met omhulsel en al oplost in salpeterzuur. De resulterende stof behandel je met mangaanoxide (MnO2), met coprecipitatie tot gevolg: zowel mangaan als protactinium slaan neer. Een truc die al in 1964 is beschreven. Met behulp van waterstofjodaat (HIO3) kun je vervolgens zuiver protactinium-233-oxide in handen krijgen - de laatste restjes van de bijproducten protactinium-232 en Pa-234 zijn tegen die tijd allang in uranium veranderd.

De tweede optie is om de splijtstof als gesmolten zout te behandelen met gasvormig fluor. Uranium reageert daarmee tot UF6 dat je gemakkelijk kunt afscheiden, thorium en protactinium doen niets. Uit het restant kun je protactinium afscheiden door extractie met vloeibaar bismut; het laatste uranium komt dan ook mee maar dat krijg je vrijwel helemaal weg met een tweede fluorbehandeling. Het is allemaal niet echt gemakkelijk maar voor een land dat vastbesloten is om kernwapens te produceren moet het wel te doen zijn.

In beide gevallen hoef je vervolgens alleen maar rustig af te wachten tot het protactinium-233 vanzelf vervalt tot uranium-233. De halfwaardetijd is 27 dagen dus na een paar maanden ben je een heel eind. Aangezien het neutronenbombardement is stopgezet, hoef je over de vorming van uranium-232 geen zorgen meer te maken. Eindresultaat: 8 kilo uranium-233, volgens het internationale atoomagentschap IAEA precies genoeg voor een kernbom.

Thorium en kernafval

Volgens wetenschappers produceert een thoriumcentrale in vergelijking met uraniumcentrales weinig langlevend radioactief afval.

  • De hoeveelheid langlevende radioactieve isotopen met een levensduur van zo’n 240 000 jaar (de zogenaamde actiniden) zou nog maar een zeer geringe fractie zijn van wat geproduceerd wordt in de uraniumcyclus.
  • De radioactiviteit van het merendeel van het afval gevormd in de thoriumcyclus is binnen 300 jaar verminderd tot een zeer laag niveau.

Een thoriumcentrale levert dus nog steeds afval op dat 240.000  jaar gevaarlijk blijft en van mens en milieu volledig afgeschermd opgeslagen moet worden. Het probleem van hoogactief kernafval is (en was altijd al) niet zozeer het volume (de hoeveelheid), maar de toxiciteit en stralingsintensiteit. Of je nu voor 1 of 500 kilo hoogradioactief materiaal een oplossing moet zoeken is niet zo relevant. Het grote probleem is dat er nog steeds geen definitieve en geaccepteerde methode bestaat om dit gevaarlijke afval voor alle eeuwigheid (of in elk geval voor 240.000 jaar) veilig te bergen.

Beschikbaarheid van Thorium

In promotiefilmpjes voor thorium zie je weleens mannen langs het strand lopen die beweren dat thorium oneindig beschikbaar zou zijn, bijvoorbeeld in het zand waar ze op lopen. Dat mag dan theoretisch wel kloppen: in lage concentraties wordt thorium in zand en ook in veel gesteenten aangetroffen. Maar de belangrijkste thoriumbronnen voor commerciële winning zijn de mineralen thoriet, thorianiet en monaziet die tot wel 12% thoriumoxide bevatten. Zowat de helft van de commercieel winbare wereldreserves van 1,9 miljoen ton aan thorium bevinden zich in India. Ook de Verenigde Staten en Australië bezitten aanzienlijke voorraden thorium in hun ondergrond.

Afgezien van het feit dat je niet zomaar zand in een thoriumreactor kunt scheppen lijkt de thoriumlobby hier dus een punt te hebben. De beschikbaarheid van thorium lijkt voorlopig geen probleem te vormen. Het is wel een feit dat er slechts enkele landen zijn waar thorium commercieel gewonnen wordt. Een toekomstige afhankelijkheid van deze landen is dus voorgeprogrammeerd.  

Dubieuze voortrekkersrol Delftse onderzoekers

De nucleaire industrie zit met een catch 22: wie nu volop pleit voor een volledig nieuwe cyclus gebaseerd op thorium erkent dat de problemen met de huidige (uranium-) cyclus te groot zijn. De eigenaren van de honderden nu werkende kerncentrales, de bouwers van de op uranium gebaseerde centrales, de vele duizenden mensen die hun boterham verdienen met het uit de grond halen van uranium zullen niet gaan pleiten voor een thoriumindustrie. En zo doet de situatie zich voor dat de mensen die geloven in de thoriumcyclus tegenover de mensen die geloven in de uraniumcyclus komen te staan. En zijn eigenlijk alleen de wetenschappers die vooral nieuwe onderzoeksterreinen willen exploreren degenen die pleiten voor thoriumcentrales; dan kunnen ze nog zeker enkele decennia lang uitdagend onderzoek doen.

Op de technische universiteit in Delft is een groep wetenschappers rond Jan Leen Kloosterman zeer actief met onderzoek naar de thoriumcyclus. In 2015 heeft de TU Delft 2 miljoen euro aan Europese subsidie ontvangen voor onderzoek gericht op de veiligheidsanalyses van gesmolten zout reactoren. Het onderzoek valt onder het SAMOFAR-project (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor). Dit vierjarige Europese project valt wederom onder het Horizon 2020 Euratom-programma en heeft tot doel om een theoretische reactor te ontwikkelen, als opmaat naar een demonstratiereactor, waarin de veiligheidsaspecten goed worden onderzocht. De Technische Universiteit Delft is coördinator van dit project en werkt daarbij samen met tien andere kennisinstellingen en industriële partijen uit Frankrijk, Italië, Duitsland, Zwitserland en Mexico. De Hoge Flux Reactor in Petten zal in dit project worden benut voor het uitvoeren van stralingsexperimenten.

Wim Turkenburg:Alles overziende is de vraag op zijn plaats of het verstandig is dat (…) Nederland, via de TU-Delft, een voortrekkersfunctie wil spelen bij de ontwikkeling van de gesmolten zout reactor voor het winnen van energie uit thorium.”

Thorium-lobby

De onderzoekers van de TU Delft beseffen dat twee miljoen euro slechts een druppel op de gloeiende plaat is. Het onderzoek naar en de ontwikkeling van een commerciële MSR reactor zal tientallen miljarden vergen. Vandaar dat er in 2015 door een groep vooraanstaande Nederlandse thorium aanhangers een goed georkestreerde lobby werd opgezet om thorium als energie van de toekomst te promoten. In een zogenoemde 'grassroots campagne' wordt er sindsdien planmatig gewerkt aan de beïnvloeding van de publieke opinie.

Niet alleen in Nederland is thorium een veelbesproken onderwerp. De bekendste voorman van de internationale thorium lobby heet Kirk Sorensen. De voormalige NASA ingenieur en oprichter van Flibe Energy reist over de hele wereld om de thorium MSR technologie te promoten en fondsen te werven.

 

[1] Wim Turkenburg op Fluxenergie. Jan Leen Kloosterman heeft het over 20 jaar in de tweede video op zijn website

[2] Rein Jan Renes in Communicatie Magazine NR. 01/02

[3] Website Kloosterman, refererend naar stuk van Chris Pangers, Intermediair