U.S. Ministerie van Energie haast zich om geavanceerde nieuwe kernreactoren te bouwen

In de laatste poging om de kwijnende nucleaire industrie van de Verenigde Staten nieuw leven in te blazen, wil het Department of Energy (DOE) binnen 7 jaar twee nieuwe prototype kernreactoren selecteren en helpen bouwen, zo kondigde het agentschap vorige week aan. De reactoren zouden het middelpunt vormen van het nieuwe Advanced Reactor Demonstration Program van het DOE, waarvoor dit belastingjaar 230 miljoen dollar wordt uitgetrokken. Elke reactor zou worden gebouwd als een 50-50 samenwerking met een industriële partner en zou uiteindelijk tot $4 miljard aan financiering van DOE kunnen ontvangen.

“Dit kan een spelwisselaar zijn,” zegt Jacopo Buongiorno, een nucleair ingenieur aan het Massachusetts Institute of Technology. “Het is tijd voor de gemeenschap om van het ontwerpen van papieren reactoren naar het bouwen van demonstraties te gaan.”

Maar zelfs sommige voorstanders van kernenergie betwijfelen of het programma de bouw van nieuwe commerciële reactoren zal stimuleren, zolang aardgas en hernieuwbare energie relatief goedkoop blijven. “Nieuwbouw kan niet concurreren met hernieuwbare energie,” zegt Robert Rosner, een natuurkundige aan de Universiteit van Chicago. “Zeker nu niet.”

Commerciële kernreactoren leveren 20% van de elektrische energie van de Verenigde Staten en 50% van de koolstofvrije energie. De Amerikaanse nucleaire industrie heeft het echter al tientallen jaren moeilijk. De vloot telt nu 96 reactoren, tegen 113 begin jaren negentig. Nog meer reactoren zullen worden gesloten en het aandeel van de nucleaire industrie in de elektriciteitsvoorziening zal naar verwachting beginnen af te nemen. Ondanks dit sombere beeld zijn ingenieurs doorgegaan met het ontwikkelen van ontwerpen voor geavanceerde reactoren die volgens hen veiliger en efficiënter zouden zijn.

De regering-Trump wil de nucleaire industrie nieuw leven inblazen. In april kondigde DOE plannen aan om de binnenlandse uraniumontginning uit te breiden en een nationale uraniumreserve aan te leggen. En het zal 160 miljoen dollar van de 230 miljoen dollar die het Congres voor het reactordemonstratieprogramma heeft uitgetrokken, besteden aan het selecteren van twee ontwerpen die met spoed moeten worden gebouwd, waarschijnlijk in het Idaho National Laboratory (INL) van DOE.

Het programma is bedoeld om ideeën uit te broeden die nog niet ver in de ontwikkeling zijn, zegt Ashley Finan, een nucleair ingenieur en directeur van het National Reactor Innovation Center bij INL. DOE werkt bijvoorbeeld al samen met NuScale Power om de fabrieksmatig gebouwde kleine modulaire reactoren van het bedrijf te ontwikkelen, wat betekent dat het niet in aanmerking komt voor het nieuwe programma. Het geld zal ook niet gaan naar de ontwikkeling van een reactor genaamd de Versatile Fast Neutron Source, die DOE al is begonnen met de voorbereidingen om te bouwen in INL of Oak Ridge National Laboratory in Tennessee en die zal dienen als een faciliteit voor materiaalwetenschappelijk onderzoek.

Overige, “Dit is een open oproep,” zegt Finan. “Ik denk dat we veel belangstelling zullen zien en veel geweldige toepassingen voor een verscheidenheid van verschillende reactortypes,” zegt ze. Buongiorno zegt dat recente ontwerpen de neiging hebben zich te richten op reactoren die kleiner zijn dan de standaard gigawatt energiereactor. Een standaard commerciële reactor verbrandt brandstof met tussen 3% en 5% splijtbaar uranium-235 om water te verhitten en stoomturbines aan te drijven. Nieuwe ontwerpen kunnen koelmiddelen zoals gesmolten zout laten circuleren en splijtstoffen verbranden die tot 20% uranium-235 bevatten, waardoor ze efficiënter zouden kunnen zijn.

Sommige waarnemers zeggen dat het initiatief onrealistisch is. DOE-functionarissen zouden wel eens moeite kunnen hebben om de meest veelbelovende van de vele verschillende ontwerpen te identificeren, voorspelt M. V. Ramana, een natuurkundige aan de University of British Columbia, Vancouver. “Je zult appels, peren, druiven, pruimen, alles met elkaar vergelijken,” zegt hij. Het tijdsbestek van 7 jaar is ook ongeloofwaardig, zegt Ramana, vooral omdat DOE wil dat de reactoren door de Nuclear Regulatory Commission worden goedgekeurd, wat normaal gesproken enkele jaren duurt. “Het is absurd om te denken dat ze dat kunnen doen.”

Buongiorno merkt echter op dat de prototypes tegelijkertijd een licentie voor commercieel gebruik en een bouwvergunning zouden kunnen krijgen als ze zouden worden gevestigd in een DOE-faciliteit zoals INL, dat 52 verschillende experimentele reactoren heeft gebouwd sinds het in 1949 werd opgericht als het National Reactor Testing Station. Finan zegt dat het tijdschema “agressief” is, maar bedoeld is om de ontwikkelaars aan te sporen hun werk te doen. “Dit is een moeilijk maar haalbaar doel”, zegt ze, “en dat is de juiste plaats om te zijn.”

Ramana vraagt zich af of de Amerikaanse nucleaire industrie kan worden gered. Hoewel er nog steeds problemen zijn met de verwerking van afval en de bezorgdheid van het publiek over radioactiviteit, is het grootste probleem van de nucleaire industrie de hoge kapitaalkosten van nieuwe reactoren, die kunnen oplopen tot 7 miljard dollar of meer. In gedereguleerde markten kunnen nutsbedrijven zich dergelijke kapitaaluitgaven niet veroorloven, waardoor goedkopere hernieuwbare energiebronnen kernenergie uiteindelijk kunnen vervangen, zegt hij. “Dit is een industrie die op zijn retour is,” zegt hij, “en hoe eerder je dat inziet, hoe beter.”

Maar de kosten van wind- en zonne-energie zullen stijgen, betoogt Rosner. Elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen is oncontroleerbaar sterk wisselend, en wanneer zij 20% of 30% van de markt gaan uitmaken, zullen zij door die wisselvalligheid aanzienlijk duurder worden, zegt hij. Kernenergie zal dan economisch concurrerend worden en een aanvulling vormen op hernieuwbare energiebronnen als een stabiele bron van koolstofvrije energie, voorspelt hij. “

Als de Verenigde Staten in 2030 een aantal ontwerpen hebben die vergevorderd zijn, is dat een goede investering, want uiteindelijk zullen we die centrales nodig hebben,” zegt Rosner.

Maar om in de toekomst reactoren te bouwen, moeten de Verenigde Staten nu hun capaciteiten op peil houden, zegt Buongiorno. “Als we de hele vloot door de plee laten gaan en verwachten dat we over 20 jaar onze nucleaire expertise als een schakelaar kunnen omzetten, hebben we een illusie”, zegt hij. “Je moet die capaciteit behouden.”

Dat is wat het nieuwe DOE-programma beoogt. De intentieverklaringen moeten in juni binnen zijn, en het DOE wil de winnende ontwerpen aan het eind van het fiscale jaar, 30 september, selecteren.