Kernenergie is een beladen onderwerp: voor sommigen is het dé oplossing in de klimaatcrisis en voor anderen is het een techniek die geen plek heeft in een duurzame maatschappij. Wat is kernenergie? Wat zeggen de voor- en tegenstanders? En: hoe duurzaam is het nou eigenlijk?
Dé oplossing voor het energieprobleem?
Vanaf de jaren vijftig werd kernenergie als dé oplossing gezien voor alle energieproblemen. Een daarvan was de oliecrisis in 1973, waardoor de energievoorziening in Nederland onder druk stond. Maar in de jaren erna kwam er veel kritiek op en protest tegen kernenergie. De reden: het radioactief afval dat overblijft. De weerstand tegen kernenergie werd nog groter na de ramp in Tsjernobyl, waarbij zeker 1.000 doden vielen. Zelfs in Nederland was er een hogere straling meetbaar.
Kernenergie ligt dus gevoelig. Maar de meningen over deze kwestie verschillen per land. Over de hele wereld staan er zo’n 440 werkende kerncentrales. In Nederland staat er één in Borssele die goed is voor zo’n 3 procent van de totale energieopwekking. In Frankrijk stonden vorig jaar nog 19 kerncentrales die in 75 procent van het energiegebruik voorzien. Duitsland sluit de ene na de andere kerncentrale, terwijl ze in China het tegenovergestelde doen. Hoe landen in de kernenergie discussie staan, verschilt behoorlijk.
Wat is de grondstof voor kernenergie?
De grondstof voor kernenergie is voornamelijk uranium – het zwaarste element dat voorkomt in de natuur. Een uraniumatoom bestaat zoals elk atoom uit protonen, neutronen en elektronen. De protonen en neutronen vormen samen de kern. De neutronen werken als een soort lijm en houden de protonen bij elkaar. Door in een kernreactor losse neutronen op de kern af te vuren, splijt de atoomkern uit elkaar en schieten de neutronen uit de kern weg. De wegvliegende neutronen botsen tegen het volgende uraniumatoom aan en zetten een kettingreactie in gang.
Wat is kernenergie en hoe werkt het?
Energie uit kerncentrales komt van de splitsing van bepaalde atoomkernen, ook wel kernsplijting (in het engels: nuclear fission). Er wordt daarbij geen (fossiele) grondstof verbrand, zoals bij de opwek van energie uit fossiele grondstoffen. En dat betekent dat er geen broeikasgassen vrijkomen bij de opwek van kernenergie.
Het splitsen van atomen vindt plaats in een kernreactor. In het hart van de reactor zit de splijtstof, in veel gevallen uranium. Die is veilig afgeschermd door staal en beton. In de kern wordt warmte geproduceerd door uraniumkernen te splijten. Als een atoom splijt, komt daar veel heel veel energie bij vrij in de vorm van warmte.
Door de kernreactor stroomt constant water. Dat water wordt gebruikt om te koelen en zorgt ervoor dat de kern niet te heet wordt en smelt (meltdown). Het koelwater in een kernreactor wordt warm door het proces van kernsplijting, waar een heleboel energie bij vrij komt en zich uit in warmte. Het koelwater stoomt door de reactor en brengt het warme water naar een turbine. In de turbine verdampt het warme water tot stoom. De stoom drijft een generator aan, die de energie omzet in elektriciteit.
Wat is een meltdown?
Bij een ongeluk in een kernreactor kan er een meltdown plaatsvinden, waarbij de kern van de reactor oververhit raakt omdat er geen koelwater meer door de reactor stroomt. De reactor ‘kookt droog’. Bij de kernramp in Fukushima vond een meltdown plaats, net als bij de minder bekende kernramp in Three Mile Island in de Verenigde Staten.
De kernramp in Tsjernobyl in 1986 had een iets andere oorzaak dan de bovenste twee. Na fout op fout nam het vermogen in de kernreactor steeds verder toe. De noodknop zou het proces moeten stoppen, maar door een ontwerpfout in de reactorstaven gebeurde het omgekeerde. De reactorstaven zouden alle neutronen moeten opnemen, waardoor er geen neutronen meer over zijn om de kettingreactie in gang te houden. Maar deze reactorstaven hadden door een ontwerpfout een punt van grafiet. In plaats van dat het vermogen afnam en de reactie stopte, versterkte het de reactie alleen maar. Er volgde een explosie. De kettingreactie kon niet meer gestopt worden.
Wat zijn de voordelen van kernenergie?
Bij de productie van kernenergie komt geen CO2 vrij. Het is daarom een duurzame energiebron, aangezien CO2 de grote boosdoener is bij klimaatverandering. Maar kernenergie is niet hernieuwbaar, want de voorraad uranium – de grondstof van kernenergie – is eindig. Zonne- en windenergie zijn wel hernieuwbaar omdat er in praktische zin onbeperkte hoeveelheden zon en wind zijn.
Kerncentrales zijn, vergeleken met zonne- en windparken, redelijk compact. Dat betekent dat ze relatief weinig ruimte nodig hebben om stroom op te wekken.
En misschien wel het grootste voordeel van kernenergie is de constante stroom die de centrales leveren. Bij hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne- en windenergie is de productie afhankelijk van het weer. Daardoor moet er altijd een schatting gemaakt worden van de opbrengst voor de volgende dag. Kernenergie is stabiel en levert een constante hoeveelheid energie.
Wat zijn de nadelen van kernenergie?
Het grootste nadeel van kernenergie is het radioactieve afval dat overblijft. Bij de productie van kernenergie wordt uranium in de vorm van tabletjes in een staaf gezet. Die staaf met uraniumtabletten is de grondstof voor kernenergie. Het wordt ook wel de splijtstof genoemd: de kern van uranium splijt uit elkaar, waardoor er energie vrijkomt. Zodra de slijtstof gebruikt is, blijft er radioactief uranium over.
Maar ook als een kerncentrale afgebroken wordt komt er radioactief afval vrij. Denk aan bouwmaterialen zoals pijpleidingen die in contact zijn geweest met radioactief afval uit de kern, zoals de splijtstof. In volume komt bij de ontmanteling het meeste radioactieve afval vrij. Maar tijdens de productie van kernenergie is de radioactiviteit een stuk hoger.
Het afval blijft wel duizenden jaren radioactief en zendt straling uit waardoor weefsel van levende planten en dieren beschadigt. Er is nog geen permanente oplossing gevonden voor radioactief afval.
Daarnaast is een kerncentrale duur. De bouw ervan kost miljarden euro’s en het duurt minstens tien jaar voordat een centrale klaar is. Als we willen verduurzamen, is kernenergie dus een oplossing voor de lange termijn en niet een oplossing die we nu direct kunnen toepassen en opschalen.
Bovendien is de grondstof voor kernenergie, uranium, niet onuitputtelijk. Met de huidige voorraad en ons gebruik zou het volgens Milieucentraal over 130 jaar op zijn. En hoewel de kans op kernrampen extreem klein is, is er nog steeds een minimale kans dat zoiets kan gebeuren. En áls zich dan een kernramp voordoet, zijn de gevolgen daarvan enorm.
Ook is er een kans dat landen die investeren in kernenergie minder investeren in zon en wind. Uit een onderzoek van Nature Energy bleek dat landen die geld pompen in een kerncentrale, minder geld overhouden voor hernieuwbare energie zoals zonne- en windenergie.
Wat gebeurt er met het radioactief afval?
Het radioactieve afval in Nederland is onderverdeeld in drie categorieën: hoog-, middel-, en laagradioactief afval. Bijna al het afval uit kerncentrales valt onder hoogactief afval en is zeer gevaarlijk. Het moet minstens 100.000 jaar veilig bewaard worden om te voorkomen dat er straling vrijkomt.
Het radioactieve afval uit de centrale uit Borssele wordt eerst naar Frankrijk vervoerd. Daar worden de bruikbare bestanddelen gescheiden van de rest. Het afval dat niet hergebruikt kan worden, wordt verwerkt in glas of beton. Dat gebeurt door het Nederlandse afvalverwerkingsbedrijf Covra in Zeeland. Daar wordt het afval in betonnen vaten opgeslagen in speciale gebouwen, waar de straling niet door de muren heen komt.
De betonnen vaten blijven daar in ieder geval de komende honderd jaar liggen en worden gekoeld. Na die honderd jaar moet er een definitieve opslagplaats zijn voor de betonnen vaten. “We gebruiken de komende honderd jaar om die definitieve oplossing te vinden”, zegt Ewoud Verhoef, directeur van Covra. En dat is nog niet zo makkelijk. “Ieder land heeft een eigen beleid. Maar om radioactief afval voor de lange termijn op te slaan, moet je verder denken dan landgrenzen”, zegt Verhoef.
Zo zijn sommige plekken op de wereld beter geschikt om radioactief afval voor de lange termijn op te slaan dan anderen. Finland zette eerder als eerste land ter wereld stappen naar een permanente opslagplaats voor radioactief afval. De Finnen bouwden tunnels in grotten op 450 meter diepte. Het gangenstelsel is gemaakt uit Fins graniet van een paar miljard jaar oud en vormt een stad op zich.
Het kernafval uit de kerncentrales zal daarin worden opgeslagen in verzegelde koperen buizen. Vervolgens worden de tunnels gevuld met klei. Als de ingang is afgedicht, is het gangenstelsel onbereikbaar. Het radioactieve afval ligt daar volgens de Finnen veilig voor natuurrampen en wereldoorlogen. Een graftombe voor kernafval voor 100.000 jaar. Maar niet ieder land beschikt over gesteente waar geen straling doorheen komt. “Daarom is er internationale samenwerking nodig”, zegt Verhoef.
Is kernenergie duurzaam?
Bij de opwekking van kernenergie komt geen CO2 vrij. Het is dus duurzamer dan fossiele brandstoffen zoals olie en gas. Maar tijdens de bouw en afbouw van een kerncentrale, de winning en het vervoer van de grondstof uranium en bij het transport van het kernafval komt wel CO2 vrij. Wetenschappers van het IPCC hebben een berekening gemaakt over de hoeveelheid CO2 die vrijkomt tijdens de hele levenscyclus van kernenergie en bij fossiele energie. Het verschil is groot: over de hele keten is de uitstoot bij kernenergie 40 keer lager dan bij fossiele energie.
Hoewel de uitstoot van CO2 een stuk lager is dan bij die van fossiele energiebronnen is kernenergie niet onomstreden. Naast dat er nog geen permanente opslagplaats is voor kernenergie, is het ook geen hernieuwbare energiebron, zoals zonne- en windenergie. De voorraad van zon en wind is oneindig, terwijl dat voor uranium niet geldt.
Kernenergie versus kernfusie
Er wordt gewerkt aan nieuwe technieken om kernenergie op te wekken. Kernfusie is hier één van. In plaats van dat de atoomkernen uit elkaar gaan, worden ze bij kernfusie met elkaar versmolten. En ook hierbij komt veel energie vrij. Maar bij fusie is er geen afvalprobleem en er is ook geen schaars uranium nodig.
Wat is een thoriumreactor?
Een andere mogelijke toekomstige techniek is de thorium-gesmoltenzoutreactor. Hierbij wordt geen uranium, maar het metaal thorium gebruikt. Voor de techniek wordt gesmolten zout gebruikt waarin de kernreacties plaatsvinden. Tegelijkertijd heeft het zout een koelende functie, waardoor het dient als koelvloeistof. Bij deze techniek wordt minder langlevend kernafval geproduceerd.
Om beide technieken op te schalen en toe te passen, moeten nog veel uitdagingen overwonnen worden. Zelfs als dat lukt, duurt het nog tientallen jaren voordat er met de technieken elektriciteit geproduceerd kan worden.
Hoe veilig is een kerncentrale?
Bij veel mensen heeft kernenergie een negatief imago door de rampen die in het verleden zijn gebeurd. "Maar een tweede Tsjernobylramp is bijna onmogelijk”, zegt expert Jan Leen Kloosterman, Hoogleraar Nuclear Reactor Physics aan TU Delft. “Dat komt vooral omdat de techniek en veiligheid verbeterd zijn.” Ook een kernongeluk als in Fukushima, dat veroorzaakt werd door een tsunami, is volgens experts enorm klein. Maar Nederland lijkt voor de veiligste weg te gaan en mijdt vooralsnog kernenergie.
Kunnen we met kernenergie onze klimaatdoelen halen?
Volgens experts kunnen we met behulp van kernenergie de klimaatdoelen van 2050 halen: volledig CO2-neutraal zijn. Het klimaatdoel van 2030 is volgens experts met kernenergie niet te bereiken. In 2030 moet Nederland namelijk de helft minder CO2 uitstoten ten opzichte van 1990. Omdat de bouw van een kerncentrale vaak meer dan tien jaar duurt, is dat doel buiten zicht.
Nederland zet vooral in op zonne- en windenergie, maar de deur naar kernenergie staat op een kier. Omdat de bouw zo duur is durft geen (commerciële) investeerder zijn vingers eraan te branden. Dat komt ook omdat de overheid geen duidelijk standpunt inneemt over kernenergie.
schrijf je in voor de nieuwsbrief
Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan!
Schrijf je nu in
