Weinig Nederlands aan nieuwe 'Nederlandse' kernreactor

ROTTERDAM, 10 JULI. Het was een bijeenkomst met een negentiende-eeuws karakter. Aan de ene kant een groep ingenieurs die een mooi plan ontwikkelden en zich door een kordate oud-kapitein-ter-zee lieten aanvoeren. Daar tegenover bijna honderd industriëlen die voor dat plan gewonnen moesten worden.

Zo beschrijven aanwezigen de besloten bijeenkomst in de senaatszaal van de TU Delft waar vorige week de plannen voor de ontwikkeling van een kleine Nederlandse kernreactor werden gepresenteerd. Wat ontbrak waren de sigaren en de hoge hoeden, en ook projectcoördinator mevrouw dr.ir. A.I. van Heek van het Energie-onderzoek Centrum ECN riep weinig associaties op met Stephenson of Eiffel.

De ingenieurs berichtten dat zij een warmtekracht-installatie konden bouwen die door kernergie werd aangedreven. “Inherent veilige” kernenergie, te leveren door een reactor die, zelfs als alle noodsystemen uitvielen, geen gevaar zou opleveren. In principe kon de installatie warmte en elektriciteit in elke verhouding leveren, zelfs uitsluitend warmte of uitsluitend stroom. En dat vanuit een gebouwtje weinig groter dan een badhuis.

De ingenieurs wilden nu van het bedrijfsleven weten of die er wel een wilde hebben en of het dan ook wilde meehelpen aan de ontwikkeling van het prototype. Nu, de industriëlen moesten daar nog even over nadenken, maar ze vroegen wel het naadje van de kous. Ze voelden wel voor deelname, maar er was ook veel terughoudendheid. Het was immers niet ondenkbaar dat de milieubeweging bezwaren zou hebben en voor je het wist had je een boycot aan je broek.

Onze nucleaire warmtekracht-installatie is nieuw en toch niet nieuw, betoogden de ontwerpers van de 'Incogen'-installatie. Met alle onderdelen afzonderlijk is ervaring opgedaan, alleen met de combinatie nog niet. De kernreactor is een Hoge Temperatuur Reactor (HTR) van een ontwerp dat al in Duitsland heeft gedraaid. De splijtstof bestaat uit een losse stapeling van tienduizenden grafietbollen, als tennisballen zo groot, waarin partikels nucleaire brandstof zijn opgenomen met een doorsnede van een millimeter. De partikels bestaan uit verrijkt uraniumoxide omhuld door een paar laagjes koolstof. Dat laatste remt neutronen af - wat een vereiste is - en absorbeert tegelijk de gevormde radioactieve splijtingsprodukten. Voor de grafietballen is een doorsnede van zes centimeter gekozen. Aan die maat is al veel gerekend voor Duitse HTRreactoren.

De wand van het stalen reactorvat is bekleed met grafiet van een meter dik. Dat weerkaatst de neutronen en houdt zo het splijtingsproces in stand. In het grafiet zijn kanalen uitgespaard voor neutronen-absorberende regelstaven waarmee de reflectie en dus het proces is bij te sturen. De nucleaire hitte uit de grafietballen wordt afgevoerd door helium dat door middel van een compressor door de ballen wordt gepompt. Anders dan andere gassen wordt helium onder het neutronenbombardement niet ook zelf radioactief (zolang het niet verontreinigd is). Daardoor kan het gas, dat met een temperatuur van bijna 900 graden uit de reactor stroomt, rechtstreeks een min of meer conventionele gasturbine aandrijven. Alleen zijn in plaats van olielagers geavanceerde magnetische lagers nodig om te verhinderen dat er olie in het gas terechtkomt. In alle eerdere ontwerpen verhitte het helium eerst water tot stoom, waarna dat een stoomturbine aandreef.

Het hete helium dat na gedane arbeid de gasturbine verlaat, staat zijn restwarmte in twee stappen af. Eerst stroomt het door een warmtewisselaar die hitte overdraagt aan helium dat net de reactor instroomt. Dat krijgt daardoor een intree-temperatuur van ongeveer 500 graden. De rest van de warmte gaat via een tweede warmtewisselaar naar een watercircuit dat het beschikbaar stelt aan een willekeurig industrieel proces, of zelfs ten behoeve van woningverwarming.

Afgezien van de directe helium-kringloop schuilt het bijzondere van het Incogen-ontwerp in de efficiënte wijze waarop met de warmte wordt omgesprongen. Gasturbine, compressor en warmtewisselaars zijn in een compacte machine geïntegreerd. Dat is een ontwerp van het Amerikaanse bedrijf LPI van Lawrence M. Lidsky, hoogleraar aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Lidsky bedacht ook de manier om het vermogen van de wk-installatie aan de behoefte aan elektriciteit aan te passen: eenvoudig door tijdelijk wat helium aan het circuit te onttrekken.

Een verbetering ten opzichte van de oude HTR's is het geringe formaat van de reactor. Een voldoende kleine reactor kan, als alle koeling uitvalt, toch altijd nog zoveel warmte naar de omgeving stralen dat oververhitting wordt voorkomen. Een grafietbrand zoals zich voordeed in Windscale (1957) en Tsjernobyl (1986) is uitgesloten.

Dat is het ene deel van de inherente veiligheid. Het andere deel levert de zogeheten 'negatieve temperatuur coëfficiënt': de reactor is in nucleair opzicht zelfdovend. Het aantal splijtingen in de grafietballen daalt naarmate de temperatuur stijgt. Valt de heliumkoeling weg, dan wordt de ballenmassa zo heet dat het splijtingsproces stopt. Is de massa weer voldoende afgekoeld, dan komt het proces weer opgang.

Experimenten hebben bevestigd dat de ballenmassa zonder heliumkoeling gaat slingeren rond een temperatuur van 1100 graden, ruim beneden de 1600 graden waarboven aantasting van de bollen te verwachten is. Overwogen wordt de ballen nog een coating van siliciumcarbide te geven, waardoor ze zeker niet in brand kunnen vliegen.

De geestelijke vader van het HTR-concept is de onlangs overleden Duitse hoogleraar Rudolph Schulten die al in 1967 in Jülich (bij Aken) een experimentele HTR aan de gang kreeg. In 1985 ging in Hamm-Uentrop (bij Dortmund) een commerciële HTR van 300 MW, gebouwd door Brown Boveri (nu ABB), in bedrijf: de T-HTR bevatte ook thorium als kweekstof. Al in 1989 werd deze uit economische en politieke overwegingen gesloten. In de VS ontwierp de onderneming General Atomics in San Diego twee HTR-reactoren: een kleine bij Peach Bottom (1967-1974) en een grotere bij Fort St Vrain (1974-1989). De laatste sneuvelde op niet-nucleaire problemen.

Drie jaar geleden besloten ECN, IRI (de ondzerzoeksreactor van de TU Delft), KEMA en Nucon (Stork) in het kader van het Programma Instandhouding Nucleaire Competentie PINC (gefinancierd door het ministerie Economische Zaken) te onderzoeken of Nederlandse bouw van een HTR mogelijk was.

Weldra meldde zich oud-marineman Gulian Crommelin die in de VS enthousiast was geworden voor kleine, ja zelfs mobiele kernreactoren. Crommelin legde contact met Lidsky's LPI en wist de Nederlandse wetenschappers ervan te overtuigen dat een concreet technologisch project meer kans had op continuering van steun van Economische Zaken dan het bestaande stuurloze PINC-onderzoek.

Of dat zo is, staat nog te bezien. In Delft werd namens Economische Zaken aangevoerd dat het ministerie geen risico uit de weg gaat maar beducht is voor steun aan projecten die twee riskante technieken combineren: de ballenreactor en de heliumkringloop. Zou het niet verstandiger zijn de bruikbaarheid van de helium-cyclus aan te tonen met een conventionele brandstof? Afvalhout? Aardgas?

Maar dat is al gebeurd, betoogden de Incogen-sprekers. In Oberhausen heeft elektriciteitsbedrijf EVO 15 jaar lang een helium-gasturbine als wk-installatie laten draaien op cokesovengas. Alle Incogen-technieken hèbben zich bewezen. Mitsubishi Heavy Industries kan zonder veel moeite een helium-gasturbine leveren. Voor de magnetische lagering is er het Franse S2M en er is zelfs al een producent voor de speciale splijtstof: het Japanse Nuclear Fuel Industries.

Het blijkt dat het buitenland ver voor de Nederlandse muziek uitloopt. Het Japanse JAERI werkt aan een vergelijkbaar systeem dat volgend jaar in gebruik komt en China bouwt zelfs met kennis van Siemens/Interatom een kopie van de Duitse HTR's. Ook Zuid-Afrika (Eskom) overweegt een grootschalig HTR-project. Of deze stroomversnelling nog ruimte laat voor Nederlandse initiatieven is de vraag. De belangstelling om aan deze ontwikkeling mee te doen, is nog niet overweldigend. Ze komt voornamelijk van De Schelde, Holec en Interturbine. Urenco wil wel verrijken. In het buitenland toonden Rolls Royce en S2M zich geïnteresseerd. Als potentiële afnemers van een installatie meldden zich tot dusver Parenco en Van Gelder (papierfabrieken), Fuji (fotofilms) en het elektriciteitsbedrijf EPZ.

Afgezien van vergunningenprocedures is er als struikelblok de hoge kWh-prijs die Lidsky voor de Incogen-installatie berekende. Maar Van Heek van het ECN meent dat Lidsky te somber is. Zij ziet het juist als een uitdaging om aan te tonen dat de Incogen-installatie wel kan concurren met conventionele stroomopwekking. En dan is er nog de milieubeweging met haar afkeer van kernenergie. “Daar moeten we aan werken”, knikten de aanwezigen elkaar toe.

Daartoe deed zich een mooie gelegenheid voor: bij de uitgang van de senaatszaal had zich al een bedeesd clubje activisten in witte overalls verzameld. Maar tot een gedachtenwisseling kwam het niet.