Zijn kleine kerncentrales beter dan grote? 

Het Nederlandse kabinet kiest voor de bouw van vier grote kerncentrales. De provincies Gelderland en Overijssel richten zich echter op de komst van minikerncentrales. Ook de provincie Flevoland overweegt de bouw van deze kleine kerncentrales, ook wel SMR’s genoemd (Small Modular Reactors). Dit artikel bespreekt de voor- en nadelen van deze kleine kerncentrales.

Grootte en bouw van kleine kerncentrales

Traditionele kerncentrales zijn duur en de bouw ervan kost veel tijd. Volgens TNO bedragen de investeringskosten circa 10 miljard euro, met een bouwtijd van zo’n 11 jaar. Kleine kerncentrales, ofwel Small Modular Reactors (SMR’s), vormen een categorie kernreactoren die veel kleiner zijn dan conventionele kerncentrales. Ze zijn sneller te bouwen en doorgaans goedkoper. SMR’s leveren een vermogen van maximaal 300 MW, tegenover 1.000 MW of meer bij een klassieke kernreactor. Een kleine kerncentrale van 300 MW kan jaarlijks evenveel elektriciteit produceren als tachtig tot honderd grote windturbines op land.

De hoeveelheid stroom die een SMR oplevert, kan sterk variëren. Overijssel kiest bijvoorbeeld voor een SMR van slechts 20 MW. Dit is feitelijk een microcentrale, met een vermogen vergelijkbaar met dat van zes tot acht grote windturbines. De bouwkosten zijn echter niet proportioneel lager, omdat schaalvoordelen deels wegvallen. In de beginfase zal een SMR relatief duur zijn. Pas wanneer ze seriematig en op grote schaal worden gebouwd, zullen de kosten dalen.

"Kleine kerncentrales zijn als legostenen: modulair, schaalbaar en sneller te bouwen dan traditionele reactoren"

Bij SMR’s wordt voorzien dat meer onderdelen modulair in centrale fabrieken worden geproduceerd, in plaats van op de uiteindelijke locatie van de reactoren. Op die laatste locatie worden de componenten geassembleerd, wat de bouwtijd aanzienlijk verkort. De ruim drieduizend afzonderlijke onderdelen kunnen in een of meerdere fabrieken worden vervaardigd en op locatie als legosteentjes in elkaar worden gezet. Deze seriematige productiewijze moet bijdragen aan lagere bouwkosten. Modulaire fabricage op een vaste locatie vereenvoudigt bovendien de kwaliteitsbewaking. Na de productie kan een SMR eenvoudig per dieplader of schip naar de plaats van bestemming worden vervoerd.

Een bijkomend voordeel is de schaalbaarheid: meerdere modulaire reactoren kunnen bij elkaar worden geplaatst, waarmee een vermogen wordt bereikt dat vergelijkbaar is met dat van een grote kernreactor. Dankzij technische innovaties, verbeteringen in computermodellen en moderne bouwtechnieken hebben SMR’s een vereenvoudigd ontwerp dat minder materialen en een kleinere voetafdruk vereist. Hierdoor zijn ze eenvoudiger te bouwen, te bedienen en te onderhouden.

Aanvulling op zon- en windenergie

Kleine kerncentrales produceren koolstofvrije energie en vormen daarmee een stabiele aanvulling op hernieuwbare energiebronnen zoals zon- en windenergie, die sterk kunnen fluctueren. De meest geavanceerde modellen, met een vermogen van 10 tot 300 MW, zijn meestal drukwaterreactoren die werken met uranium als brandstof. Ze functioneren volgens hetzelfde principe als de huidige klassieke kerncentrales.

Daarnaast kunnen SMR’s niet alleen elektriciteit, maar ook waterstof en warmte produceren. Dankzij hun modulaire karakter zijn ze eenvoudig schaalbaar. Een kleine kerncentrale is meestal ongeveer tien keer kleiner dan een traditionele centrale. Ze zijn bovendien flexibeler inzetbaar, omdat meerdere reactoren met bescheiden vermogen modulair kunnen worden gecombineerd. Hierdoor is het mogelijk om snel te schakelen en de productie op te voeren als de vraag naar energie stijgt, bijvoorbeeld wanneer er weinig wind of zon is. Omgekeerd kan de productie worden verminderd als hernieuwbare bronnen voldoende leveren.

Bij grote kernreactoren, met vermogens van 1.000 tot 1.600 MW, is het kostbaar en complex om de productie op- of af te schalen. Daarom draaien deze centrales vrijwel altijd op volle kracht, ook wanneer er een groot aanbod is van goedkopere zonne- en windstroom.

Hoeveelheid radioactief afval

Wat betreft de hoeveelheid kernafval bieden SMR’s niet per definitie voordelen. Het verrijkingspercentage van de splijtstof in SMR’s is doorgaans hoger dan bij de lichtwaterreactoren van klassieke kerncentrales. Hoewel sommige nieuwe typen minireactoren minder afval genereren, leidt hun kleinere schaal tot een hoger neutronenverlies en is er een hogere concentratie splijtbare stoffen nodig. Dit resulteert in extra radioactief afval. Volgens schattingen kunnen SMR’s tot dertig keer meer radioactief afval per geproduceerde kilowattuur opleveren dan conventionele kerncentrales.

Ingenieurs wereldwijd werken echter aan SMR-concepten die gebruikmaken van gerecycleerd nucleair afval als brandstof. Bovendien gaan de brandstofelementen van SMR’s vaak langer mee, waardoor ze minder frequent hoeven te worden vervangen: eens per drie tot tien jaar, afhankelijk van het ontwerp. Ter vergelijking: bij grote klassieke kerncentrales is dat eens per één tot twee jaar. Sommige SMR’s zijn zelfs ontworpen om dertig jaar te functioneren zonder dat herladen nodig is. De hoeveelheid uitgeputte splijtstof per kilowattuur ligt daardoor lager dan bij conventionele reactoren.

Veiligheid

Kleine kerncentrales kennen een kleinere kans op een nucleair ongeluk dan grote reactoren. Dit komt door het gebruik van passieve koeling in geval van een noodstop. Waar een grote kerncentrale continu actieve koeling en stroomvoorziening vereist—met noodgeneratoren als back-up—kunnen kleine kerncentrales gebruikmaken van natuurlijke circulatie voor koeling, zonder pompinstallaties. Dit voorkomt dat bij stroomuitval een meltdown optreedt, zoals gebeurde in Tsjernobyl. SMR’s hebben ook minder koelwater nodig, waardoor ze niet per se aan zee of een rivier hoeven te worden gebouwd.

Alternatieve typen kleine kerncentrales

Sommige typen SMR’s bereiken extreem hoge temperaturen door gebruik te maken van hittebestendige materialen en koelmiddelen zoals vloeibare metalen of gesmolten zout. In een gesmoltenzoutreactor wordt geen water, maar vloeibaar zout gebruikt als koelmiddel. Dit blijft vloeibaar bij hogere temperaturen zonder te koken, wat het geschikt maakt voor industriële toepassingen zoals waterstofproductie of staalfabricage, zonder uitstoot van kooldioxide.

Vanaf 2030 wordt de ingebruikname verwacht van de eerste thoriumreactor in China, ook een vorm van gesmoltenzoutreactor. De Nederlandse startup Thorizon gaat nog een stap verder: hun reactor lost de nucleaire brandstof op in gesmolten zout, wat de kans op een meltdown vrijwel uitsluit. Amazon investeerde recent in X-Energy, een bedrijf dat werkt aan een gasgekoelde reactor. Daarmee kunnen kleine kerncentrales beter worden afgestemd op specifieke industriële behoeften.

"Een Small Modular Reactor kan functioneren waar de stroomvraag groot is, maar het elektriciteitsnet tekortschiet – van de Maasvlakte tot afgelegen industriegebieden"

Locatie van kleine kerncentrales

Voor de haalbaarheid van SMR’s is plaatsing nabij de vraag essentieel. Zo zijn ze vooral interessant in de directe nabijheid van grote industriële agglomeraties, bijvoorbeeld op de Maasvlakte bij Rotterdam. Door hun beperkte omvang kunnen SMR’s eenvoudiger worden geïntegreerd op industrieterreinen, waar ze naast elektriciteit ook proceswarmte en waterstof kunnen leveren.

SMR’s zijn bovendien geschikt voor afgelegen locaties, bijvoorbeeld in gebieden waar sprake is van netcongestie. Dankzij hun efficiënte gebruik van ruimte en grondstoffen beperken ze de impact op natuur en biodiversiteit. Door proceswarmte te leveren, kunnen SMR’s een substantiële bijdrage leveren aan de CO₂-reductie van industriële processen. Volgens studies is er in Nederland in 2050 ruimte voor minimaal twee en mogelijk meer dan dertien SMR’s. Dit is afhankelijk van de toekomstige industriële activiteit en de warmtevraag, bijvoorbeeld vanuit raffinaderijen en chemische fabrieken.

Lopende projecten voor kleine kerncentrales

Wereldwijd bestaan er circa 120 initiatieven om SMR’s te ontwikkelen. De meeste bevinden zich nog in de ontwerpfase, enkele zijn verder gevorderd en een klein aantal zit in de testfase. Er is nog geen enkele SMR commercieel in bedrijf.

In het Verenigd Koninkrijk investeert de overheid miljarden in de ontwikkeling van SMR’s. Pas als de eerste installaties hun betrouwbaarheid en economische haalbaarheid aantonen, zullen bedrijven instappen in de financiering. Het grootste voordeel van SMR’s is de lagere financiële drempel: een land of bedrijf kiest sneller voor een reactor van één miljard euro dan voor een klassieke kerncentrale met een prijskaartje van tientallen miljarden.

In de westerse wereld lijkt het Amerikaanse bedrijf NuScale het verst gevorderd. NuScale ontwikkelde een drukwaterreactor met een vermogen van 45 tot 80 MW. Dit type reactor wordt gekoeld met water onder een druk van meer dan 100 bar, waardoor het kookpunt van het water sterk verhoogd wordt en efficiëntie wordt gewonnen.

 

Referenties
https://www.autoriteitnvs.nl/voorlichting/nieuwe-ontwikkelingen-in-kernreactoren
https://www.nrg.eu/onderzoek/onderzoek-naar-kernenergie/small-modular-reactors
https://www.nucleairforum.be/SMR
https://dit.eo.nl/artikel/kleine-kerncentrales-nederland-kernreactor-smr
https://www.tno.nl/nl/newsroom/2024/11/kleine-kernreactoren-rol-energiesysteem
https://group.vattenfall.com/nl/newsroom/achtergrondartikel/new-page/kleine-kernreactoren-het-volgende-grote-ding
https://www.kernvisie.com/innovatie/kleine-en-middelgrote-kernreactoren.html
https://informatiegidsen-nederland.nl/zakelijk/nederland-kerncentrales-smr
https://www.ewmagazine.nl/kennis/achtergrond/2024/11/vvd-en-cda-willen-kleine-kerncentrales-maar-zijn-ze-echt-beter-dan-grote-reactoren-1437344