Kernenergie is nodig

TOEN IK natuurkunde studeerde – zo’n twintig jaar geleden – was de discussie rond kernenergie in volle gang. Voor- en tegenstanders probeerden elkaar in felle debatten de loef af te steken. Mijn omgeving dacht dat ik over die materie ook wel een zinnige mening zou hebben, gezien mijn toekomstige status als natuurkundig ingenieur. Helaas, ik moest hen telkens teleurstellen. Is kernenergie gevaarlijk? Ik wist het niet.

Heeft kernenergie wel zin? Geen idee. Is een kerncentrale niet net zoiets als een kernbom? Het klonk wel ongeveer hetzelfde … Ik had nu juist geleerd vragen te beantwoorden door uit te gaan van feiten en aan feitelijke kennis ontbrak het mij.

Gedreven door nieuwsgierigheid en gefascineerd door de natuurkunde rondom kernenergie ben ik 1985 in Delft gestart met mijn promotieonderzoek. Wat een mooi vak! Ik kwam voortdurend namen tegen van illustere fysici als Fermi, Pauli, Bohr, Feynman. Ik wist dat het neutron pas in 1932 was ontdekt, maar dat men in 1939 het fenomeen kernsplijting aantoonde en dat op basis daarvan Fermi reeds drie jaar later een kettingreactie in stand kon houden, was geheel nieuw. In 1951 kwam de eerste kerncentrale in bedrijf; in 1958 deed de eerste nucleaire onderzeeër, de Nautilus, de wereld versteld staan door onder het Noordpoolijs door te varen. In de tijd daarna werden honderden kerncentrales gebouwd die de wereld bedienen met elektriciteit. Momenteel zijn er wereldwijd meer dan 400 civiele kernreactoren in bedrijf; de ervaring met kernenergie beloopt 10.000 reactorjaar.

Ik bevond me tijdens die promotieperiode in de goede omgeving voor het stellen en beantwoord krijgen van kritische vragen: is er wel genoeg uranium op aarde, wat nu als het koelsysteem wegvalt, hoe zit het met het radioactief afval, wat zijn de gevolgen van een aardbeving, wat als …?

Het bleek dat sommige vragen zeer snel en eenvoudig beantwoord kunnen worden.

Alledaags

De specifieke energie (die hoeveelheid energie die per kilogram grondstof kan worden vrijgemaakt) van uranium is zeer hoog: in principe meer dan 2 miljoen maal zo hoog als die van fossiele brandstoffen. Er zijn dus zeer geringe hoeveelheden grondstoffen nodig en er wordt relatief weinig afval geproduceerd. Uranium is in grote mate aanwezig op aarde: het is net zo alledaags als tin. Behalve als ballast is er geen andere toepassing van uranium. Thorium, ook een potentiële splijtstof, komt nog eens viermaal zoveel voor als uranium. De feitelijke hoeveelheid winbare splijtstof is hiermee onuitputtelijk.

Andere vragen vereisen een gedegen fysisch begrip: fysische processen garanderen immers de veiligheid van een kernreactor; zaken als uitzetting bij toenemende temperatuur, warmteafvoer door zwaartekracht-gedreven koelmiddelstromen, en toenemende neutronenvangst bij hogere temperaturen zorgen voor een stabiel reactorbedrijf en een veilige afschakeling van de reactor bij incidenten.

Kernreactorkunde bleek een multidisciplinair vak: veel fysica, maar ook veel andere disciplines zoals materiaalkunde, chemie, regeltechniek, numerieke wiskunde en risicoanalyse. De hoeveelheid reeds vergaarde kennis bleek immens, d.w.z. te omvangrijk om door een enkel persoon te kunnen worden overzien; op elk deelgebied bleken experts aanwezig, helaas in steeds mindere mate in Nederland.

In de loop van de tijd ben ik ervan overtuigd geraakt dat we het ons niet kunnen veroorloven kernenergie niet te benutten.

Natuurlijk was en ben ik niet blind voor de nadelen van kernenergie: een kernreactor is een kostbaar apparaat dat een flinke investering vergt, de radioactiviteit van het afval baart zorgen, radioactiviteit wordt als iets geheimzinnigs ervaren en schrikt daarom mensen af.

Dan maar niet doen? Dat is een wel heel gemakkelijke keuze, die alleen mogelijk is vanuit de luxe positie waarin we denken te verkeren. Elektriciteit komt toch gewoon uit de muur! Een blik om ons heen en in de toekomst leert dat de werkelijkheid anders is: het is de hoogste tijd om alle zeilen bij te zetten. De vraag naar energie zal deze eeuw zeer sterk toenemen. De zogenoemde ontwikkelingslanden zullen zich daadwerkelijk gaan ontwikkelen. Vervulling van de eerste levensbehoeften aldaar kan alleen opgebouwd worden door een toename van energiegebruik. Momenteel gebruikt de rijkste 20% van de wereldbevolking 80% van de wereldenergie.

Combinatie

Zelfs in die hoog ontwikkelde streken neemt het energiegebruik jaarlijks met nog ongeveer twee procent toe. Bovendien zal de wereldbevolking sterk toenemen. Door de combinatie van deze twee effecten, een afname van het regionaal verschil in welvaart en een groei van de wereldbevolking, zou de behoefte aan energie deze eeuw wel eens met een factor 8 kunnen toenemen. Hoe gaan we daarop inspelen? Of wachten we tot de wal het schip keert? Is het niet verstandig om alle energieconversiesystemen in te zetten, of om op zijn minst die mogelijkheid open te houden? Het lijkt er op dat we zowel de fossiele energie’bronnen’, als kernenergie, als de andere duurzame opties hard nodig zullen hebben. Vanwege onzekerheid rondom een toename van het broeikaseffect verdienen opties zonder CO²-uitstoot – zoals kernenergie – de voorkeur.

Mix

Energiebronnen dienen niet geïsoleerd beoordeeld te worden; een welafgewogen mix van energiebronnen dient te worden gemaakt op basis van het zorgvuldig vergelijken van de voors en tegens van de diverse opties en van het bezuinigen op energie. Bij zo’n vergelijking blijken moderne kerncentrales ondanks de hoge investeringskosten economisch competitief. Internationaal worden acties ontplooid om met behoud van het veiligheidsniveau de operationele en investeringskosten verder terug te dringen en om de hoeveelheid geproduceerd afval te verminderen. Bovendien is er uitzicht op een techniek voor het versneld onschadelijk maken van het afval.

Kerntechnologie is een relatief jong vakgebied dat haar beste jaren nog voor zich heeft. Het is een uitdaging bij uitstek voor fysici om kernkrachten in te zetten voor de vervulling van behoeften van deze en volgende generaties. Huidige natuurkundestudenten zijn de experts van de toekomst.

Zonder energie geen mondiale welvaart en zonder welvaart geen toekomst.

Prof. dr. ir. Tim van der Hagen is werkzaam bij de TU Delft en Interfacultair Reactor Instituut. Prof. dr. ir. Tim van der Hagen is werkzaam bij de TU Delft en Interfacultair Reactor Instituut.

Dit artikel is eerder gepubliceerd in BN De Stem