Hoe we met kernafval duurzame energie kunnen opwekken

We zijn van jongs af aan getraind om bang te zijn voor kernenergie. Dat betoogt de Amerikaanse regisseur Oliver Stone in zijn documentaire Nuclear Now, die hij in 2022 uitbracht. Met een diepe, cineastische stem vertelt Stone hoe de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki onze breinen hebben afgesteld, zodat we kernenergie vrezen. Beelden van de kernrampen in Tsjernobyl, waarbij duizenden mensen omkwamen of levenslang ziek werden, wakkerden die angst verder aan.

Toch is Nuclear Now een pleidooi om kernenergie te omarmen als een stabiele, veilige en duurzame bron van energie. Een kerncentrale is wezenlijk anders dan een atoombom en je hoort die twee niet in één adem te noemen. Daarnaast heeft de verbranding van olie, kolen en gas tot veel meer doden geleid dan die ene grote ramp in Tsjernobyl. Dankzij strenge veiligheidsprotocollen leveren kerncentrales tegenwoordig nauwelijks nog risico’s op.

Volgens de regisseur moeten we wel bang zijn voor de klimaatverandering. De gevolgen van een opwarmende aarde maken duidelijk dat we zo snel mogelijk moeten stoppen met fossiele energie opwekken. Die kunnen we niet volledig vervangen door energie uit wind en zon. Daarom is kernenergie onmisbaar, zegt Stone: ‘The very thing we fear is what may end up saving us’.

Duizenden jaren ondergronds

Aan welke kant van het kerndebat je ook staat, de boodschap van Stone vindt op steeds meer plekken weerklank. Het sentiment onder de bevolking keert, de groep voorstanders groeit. Landen die lang met argusogen naar kernenergie keken, willen hun aantal centrales opkrikken. Zeker sinds ze er met de Russische inval in Oekraïne een hoofdpijndossier bij kregen: de aanvoerzekerheid van energie.

De federale regering beweegt steeds verder weg van de wet op de kernuitstap van 2003, waardoor alle zeven Belgische kerncentrales hun deuren hadden moeten sluiten. In Doel en Tihange blijven er twee langer open en de bouw van nieuwe centrales is toegestaan. In Nederland zet de regering de bouw van twee grote kerncentrales door en het wil in de toekomst meerdere kleine reactoren bouwen.

Meer kernenergie betekent ook meer radioactief afval. Het grootste deel daarvan is laagradioactief. Het zendt een kleine hoeveelheid gevaarlijke straling uit en die kan je makkelijk verwerken en opslaan. Denk aan kapotte pijpleidingen en buizen, of de kleding van het personeel. Veruit de meeste straling komt van hoogradioactief afval: de brandstofstaven om energie mee op te wekken. Na gebruik worden die tot duizenden jaren ondergronds opgeslagen om schade aan mens en milieu te voorkomen.

Bruikbare elementen

Hoogradioactief afval is voor velen een reden om kernenergie te wantrouwen. Ze kunnen moeilijk accepteren dat we moedwillig iets produceren dat eeuwenlang schadelijk blijft. Ze zijn bang dat toekomstige generaties er onzorgvuldig mee zullen omgaan. Anderen zien het afval als een kans. In de afgedankte brandstofstaven zitten nog veel bruikbare elementen. Die kun je eruit filteren en gebruiken om nieuwe energie mee op te wekken. Hoewel er uiteindelijk altijd kernafval zal overblijven, zien experts recycling als een goede manier om efficiënter met grondstoffen om te gaan.

De meeste hedendaagse kerncentrales wekken energie op door met neutronen de atoomkernen van radioactieve uraniumdeeltjes in tweeën te splijten. Dat gebeurt door staven met uraniumpellets onder te dompelen in een reactorvat gevuld met water. Bij de splijting komen nieuwe neutronen vrij, die op hun beurt weer andere uraniumkernen splijten. Dat veroorzaakt een kettingreactie, waarbij warmte vrijkomt. Die warmte wordt gebruikt om water te verhitten. Stoomturbines maken daar vervolgens elektriciteit van, de resterende warmte wordt gebruikt in warmtenetten. Bij het proces komt geen CO2 vrij.

De pellets bestaan uit twee soorten uranium, vertelt Christophe Bruggeman, adjunct-directeur-generaal van het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN: een kleine hoeveelheid uranium-235 en een veel grotere hoeveelheid uranium-238. Uranium-235 is goed splijtbaar, uranium-238 niet. Een gedeelte van het uranium-238 wordt omgezet naar andere elementen, zoals plutonium-239. Dat is wel splijtbaar.

In het Hoogradioactief Afval Behandelings- en OpslagGebouw (HABOG) in Nieuwdorp wordt radioactief afval opgeslagen. Het is onderdeel van de Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval, het enige bedrijf in Nederland dat nucleair afval mag opslaan.

Je kan de brandstofstaven ongeveer vier jaar gebruiken. Daarna verliezen ze hun kracht. De oude worden tijdelijk opgeslagen in bunkers en worden afgevoerd als hoogradioactief afval. Na een afkoelperiode van vijftig jaar worden ze diep onder de grond opgeslagen in bergingsinstallaties. Dat wil niet zeggen dat er geen bruikbare elementen meer in zitten. ‘Als een staaf uit de reactor komt, bestaat die voor het grootste deel uit uranium-238’, zegt Bruggeman. ‘Er zit ook nog een beetje niet-gespleten uranium-235 en plutonium-239 in. Die stoffen kan je recyclen en gebruiken om nieuwe brandstofstaven van te maken. Zo’n 95 procent van de oude splijtstof kan je opnieuw gebruiken.’

Ongevalbestendige trein

Het recyclingproces wordt ook de opwerking van kernafval genoemd. Volgens Erik Laes, onderzoeker bij technologie- en innovatiecentrum Vito, heb je daarin twee richtingen. Het meest gangbaar is de ‘mono-recycling-route’, waarbij je de gebruikte splijtstof nog een keer gebruikt voor die als afval wordt geborgen. ‘Er wordt dan MOX-brandstof van gemaakt, een mengsel van splijtbaar uranium en plutonium’, legt Laes uit. ‘In opwerkingsfabrieken lossen ze oude brandstofstaven op in speciale chemische baden om de bruikbare elementen van de reststoffen te scheiden. De bruikbare elementen worden gebruikt in nieuwe brandstofstaven, de reststoffen worden afgevoerd als kernafval.’

Van zulke opwerkingsfabrieken zijn er wereldwijd niet veel. Rusland heeft er een paar, en ook in Japan en India zijn er enkele. In Europa heeft alleen Frankrijk een draaiende opwerkingsfabriek: Orano in Normandië. Elk jaar verwerkt ze zo’n 1.200 afgedankte brandstofstaven. Die komen vooral uit Frankrijk, een land dat sterk leunt op kernenergie. Maar ook het Verenigd Koninkrijk en Japan sturen hun kernafval op. In het verleden deden Australië, Italië en Zwitserland dat ook.

Ook het hoogradioactieve afval uit België ging richting Frankrijk, vertelt Laes. ‘Tot in 1993. Na een parlementair debat is toen besloten om de opwerking stop te zetten, vooral uit bezorgdheid over het gebruik van gerecycled plutonium.’ Sindsdien wordt alle commerciële splijtstof opgeslagen in bunkers in Doel en Tihange. Uiteindelijk komt het in een geologische berging terecht. Het Nederlandse kernafval van de centrale in Borssele gaat wel nog naar Orano, zo’n tien ton per jaar. ‘We vervoeren de splijtstoffen per trein, verpakt in speciale containers’, zegt Monique Linger, woordvoerder van EPZ, het bedrijf achter de centrales in Borssele. ‘De containers zijn ongevalbestendig en er ontsnapt geen straling naar de buitenwereld. We vullen ze onder water in de centrale en ze gaan pas open in de fabriek.’

De overgebleven afvalstoffen worden gemengd in gestold glas waaruit geen straling kan ontsnappen. ‘De verglaasde reststoffen gaan vervolgens in speciale containers per spoor terug naar Nederland, waar we ze in een goed beschermd gebouw honderd jaar opslaan’, zegt Linger. ‘Daarna gaan ze waarschijnlijk naar een ondergrondse berging, die moeten we nog bouwen.’

Kweekreactoren

Hoewel de commerciële Belgische kernreactoren hun splijtstoffen al sinds de jaren 1990 niet meer laten opwerken, wil dat niet zeggen dat het onmogelijk is. De onderzoeksreactor van SCK CEN stuurt zijn afval wel naar Frankrijk. De mogelijkheid van heropwerking is niet wettelijk gesloten, vertelt Bruggeman. ‘Je kan nog altijd contracten met die fabriek afsluiten. In de jaren 1990 is afgesproken om eerst een studie uit te voeren voor we weer commercieel kernafval laten opwerken. Zodat we duidelijk weten wat de voordelen zijn.’

Net als EPZ twijfelt Bruggeman niet aan de veiligheid van het hergebruik. ‘Of je het afval nu bergt of opwerkt, de splijtstoffen zijn onderhevig aan dezelfde strenge veiligheidsstandaarden. Het proces moet altijd voldoen aan nationale en internationale regels. Het enige verschil is de filosofie erachter: ben je tevreden met de lineaire route of wil je het materiaal nog een keer gebruiken? Bij SCK CEN geloven we in de toekomst van een duurzame nucleaire bevoorrading met een volledig gesloten brandstofcyclus.’

Daarnaast bestaat de veel minder toegepaste ‘multi-recycling-route’: gebruikte splijtstoffen meermaals hergebruiken. ‘Dat kan niet in conventionele kernreactoren, maar in kweekreactoren’, vertelt Laes. ‘Al in de jaren 1950 en 1960 is daar veel onderzoek naar gedaan. Het idee is dat je richting een gesloten systeem gaat en er veel meer energie uithaalt. Het is een complex proces met flink wat technische problemen, wat commercieel niet haalbaar is. Alleen in Rusland zijn er zulke installaties.’

De potentie van gerecycled kernafval als energiebron is echter enorm. Uit onderzoek van milieugroep WePlanet blijkt dat Europa er honderden jaren aan stroom mee zou kunnen genereren. Kweekreactoren die het afval vaker hergebruiken zouden daar zelfs duizenden jaren op kunnen draaien. Toch krijgt nog maar een derde van het wereldwijde kernafval een tweede leven.

‘Bevriende’ landen

Er is geen economisch belang. MOX-brandstof is relatief duur. Het is goedkoper om nieuwe brandstofstaven te kopen. Bovendien is er geen tekort aan uranium. Toch zijn er redenen om in te zetten op hergebruik, meent Bruggeman. ‘Bijvoorbeeld omdat Europa energie-onafhankelijk wil worden. Dan wil je ook voor de toevoer van kritieke grondstoffen zo min mogelijk naar het buitenland kijken.’ Uranium wordt weliswaar gewonnen door ‘bevriende’ landen als Australië en Canada, maar ook door Kazachstan en Oezbekistan. Daarnaast moet je het uranium omzetten in brandstof. Tot voor kort was Rusland daarin een belangrijke speler.

Door kernafval te recyclen, kan Europa zijn import van splijtstoffen verlagen. Door het gebruik van MOX-brandstoffen hebben kerncentrales vijftien tot twintig procent minder nieuwe grondstoffen nodig. Met kweekreactoren zijn de winsten nog veel groter. ‘Die kunnen vijftig tot honderd keer meer energie halen uit dezelfde hoeveelheid uranium’, zegt Laes.

Je kan ook de hoeveelheid afval in ondergrondse bergingen verkleinen. Hoe meer kernafval in de bodem, hoe groter de kans dat mensen er over honderden jaren aan gaan morrelen. Dat kan per ongeluk zijn, bijvoorbeeld tijdens de aanleg van diepe pompputten. Of opzettelijk, denk aan het opgraven van de splijtstoffen voor de productie van kernwapens.

Of er een circulaire kernbrandstoffenketen komt, valt nog te bezien. Voor kweekreactoren zijn aanzienlijke investeringen en bijkomend onderzoek nodig. Bovendien moet je een commerciële infrastructuur voor de multi-recycling-route uitbouwen. Dat kan ten snelste tegen 2050. Voor MOX-brandstoffen zit het anders, daar zouden landen meteen op kunnen inzetten. Nu het sentiment over kernenergie kantelt, wordt die optie realistisch. Uit onderzoek van SCK CEN blijkt dat ruim de helft van de Belgen voorstander is van kernenergie. Dat is het hoogste cijfer in twintig jaar. Goed mogelijk dat ook het debat over recycling binnenkort heropend wordt.