Kernenergie is schoon

Het argument is bekend: kernenergie vervuilt met kernafval voor vele millennia. Onze kindskinderen zullen wellicht niet eens meer weten hoe gevaarlijk het allemaal is, zo zegt men. Laten we dit argument voor eens en altijd tackelen: kernafval is geen daadwerkelijk probleem.

Aan de voorkant

Voordat we het afval zelf bespreken, is het zinnig om kort te wijzen op het grondstoffenverbruik van de bouw van diverse energiebronnen. Zonnepanelen groeien immers niet aan bomen, en kernreactors zijn geen knollen.

Dit stuk van de World Nuclear Association geeft een nuttig overzicht van de materialen die worden gebruikt:

Wat hierbij opvalt is dat per TWh er best wat grondstoffen worden gebruikt voor de fossielvrije energiebronnen, met name beton en staal, welke grote hoeveelheden CO2 uitstoten. Voor waterkracht is het hoge getal te verwachten, gezien de enorme hoeveelheden beton die een dam gemiddeld bevat.

Maar de hoeveel beton en staal voor zon en wind vallen op. Dit heeft te maken met de lage energiedichtheid van deze twee. Hierdoor zijn een heleboel grondstoffen nodig om aan een TWh aan energie te komen. Bovendien is dit ook nog eens periodieke stroom, in de tabel benoemd als ‘capacity f.(actor)’, en moet je er eigenlijk nog de grondstoffen bij optellen voor de opslag of achtervang (meestal door aardgas).

Kernenergie valt daarentegen erg mee. Omdat uranium een van de hoogste energiedichtheden heeft die we kennen, is er relatief weinig nodig om een TWh te halen, wat ook nog eens een vaste levering heeft.

Het afval

Dan nu de “achterkant”, het afval. Laten we eerst beginnen met een overzicht van Our world in data:

Hier worden al een paar dingen meteen heel duidelijk. De fossiele brandstoffen zijn verreweg het meest vervuilend, in CO2 uitstoot, op afstand gevolgd door biomassa. Voor fossiele brandstoffen is het plaatje hier eigenlijk nog niet mee compleet, want fossiele brandstoffen veroorzaken ook irritatie aan de luchtwegen en andere ziekteverwekkende verschijnselen, die tot 8 miljoen mensen per jaar het leven kosten.

Maar ook zon en wind hebben zo hun problemen. Deze pagina van het European Environment Agency verpakt het bijvoorbeeld leuk door er een draai aan te geven middels ‘circulaire economie’, maar terloops worden wel de volgende ‘challenges’ genoemd voor zonne-energie:

  • Key challenges in PV recycling, both in economic and technological terms, are the delamination, separation and purification of the silicon from the glass and the semiconductor thin film.
  • Other challenges for recycling of PV modules come from the presence of hazardous substances such as cadmium, arsenic, lead, antimony, polyvinyl fluoride and polyvinylidene fluoride.

Voor wind:

  • Recycling infrastructure is still under development for turbine blades made of lightweight materials like carbon fibre, glass fibre and composite materials, with further research and implementation needed.

En voor opslag:

  • There is a variety of different battery designs requiring specific and different logistics approaches.
  • The infrastructure to transport and store the growing number of waste batteries is deficient and needs to be built up to cope with predicted future high volumes of EoL [=End of Life] batteries.
  • Currently, there is also a lack of battery recycling technologies and large-scale recycling capacities in Europe.
  • Economic efficiency of battery recycling can be difficult to achieve, due to fluctuating material values.
  • Measures to reduce safety risks of a “thermal runaway” during logistics and reprocessing are expensive.

Voor PV-panelen wordt verder genoemd dat ‘tot 95%’ kan worden gerecycled, maar de EU vereist slechts 85%. De facto betekent dit dat nog steeds een hoop gewoon op de vuilnisbelt terecht komt. In een recent stuk in de LA Times worden hiervan de consequenties duidelijk gemaakt:

Many are already winding up in landfills, where in some cases, they could potentially contaminate groundwater with toxic heavy metals such as lead, selenium and cadmium.

Het moge duidelijk zijn dat dit, zelfs bij 5%-15% van een zeer grote hoeveelheid zonnepanelen een serieus milieuprobleem in wording is. Lood, arsenicum, cadmium, en dergelijke zijn voor altijd heel erg giftig.

Halfwaardetijden

Dit brengt ons bij kernafval. Anti-kernenergie lobbygroep WISE zegt er dit over:

Na de periode van opslag wil men graag dat er een definitieve oplossing voor het afval komt: een plek waar men het achter kan laten totdat het over een paar honderdduizend jaar geen kwaad meer kan. Het grote probleem is dat de oplossing nog niet gevonden is. Nergens ter wereld.

Laten we dit verder bekijken. In de eerste plaats is het zo dat er heel erg weinig van dit ‘afval’ (in jargon high-level waste genoemd) is. Dit stukje op Nuclear Pride geeft een helder beeld hierin: Borssele produceert slechts 1,5 m³ per jaar aan hoogradioactief afval. Na bijna 50 jaar productie sinds 1973 heeft het dus in totaal 75 m³ geproduceerd. Dit zijn ongeveer twee zeecontainers aan volume.

Na een aantal jaar in de reactor te hebben gezeten, moeten oude brandstofstaven afkoelen. Dit gebeurt eerst vijf jaar in een koelbad, hierna worden ze droog bewaard en luchtgekoeld. Dit ‘afval’ bestaat bovendien vooral nog uit brandstof, te weten uranium en plutonium. Meer dan 95% zelfs na drie jaar! De rest zijn de daadwerkelijke afvalproducten:

Je ziet dat dit afval bestaat uit diverse radioactieve elementen. Deze hebben allemaal een eigen halfwaardetijd, de tijd waarna de helft van de massa bestaande uit die elementen is vervallen tot lichtere elementen. Laten we de halfwaardetijden doornemen:

  • Uranium-235, alfa: 704 miljoen jaar (dit is brandstof)
  • Uranium-236, alfa: 23 miljoen jaar (dit is in potentie brandstof)
  • Uranium-238, beta: 4,47 miljard jaar (dit is in potentie brandstof)
  • Plutonium-239, alfa: 24.125 jaar (dit is brandstof)
  • Plutonium-240, alfa: 6.561 jaar (dit is in potentie brandstof)
  • Plutonium-241, beta: 14 jaar (dit is brandstof)
  • Xenon-135, beta: 9 uur
  • Zirconium-88, gamma: 83 dagen
  • Zirconium-89, gamma: 78 uur
  • Molybdenum-99, beta en gamma: 66 uur (heeft medische toepassingen)
  • Cerium-144, beta: 285 dagen
  • Cesium-134, beta: 2 jaar
  • Cesium-137, beta: 30 jaar
  • Ruthenium-106, beta: 374 dagen
  • Barium-133, gamma: 10,5 jaar
  • Praseodymium-143, beta: 14 dagen

Van deze rij heeft dus alleen cesium-134 een wat langer durende halfwaardetijd. Maar ook in dit geval is de radioactiviteit na 10 halfwaardetijden minder dan 1 promille, en daarmee op het niveau van achtergrondstraling. Bij elke vervalproduct heb ik ook het type straling gezet, te weten alfa, beta of gamma. Alfa-straling is volledig ongevaarlijk en komt niet eens door een blad papier. Beta-straling is iets krachtiger en kan je huid doen verbranden zoals bij een verbranding in de zon. Gamma-straling is het gevaarlijkst en heeft een dikke laag beton of lood nodig om tegen te houden. Je ziet dat er maar vier gamma-stralers in deze rij zitten die een korte halfwaardetijd hebben. Cesium is ook een beta-straler en kun je met enige beschermende kleding hanteren. Na 300 jaar is ook dit verder ongevaarlijk. Je kunt het zonder probleem oppakken.

Verder zijn er inmiddels een aantal ‘vierde generatie’ reactors in ontwikkeling, in aanbouw en zelfs in productie. Deze reactors kunnen dit ‘afval’ daadwerkelijk verbruiken. Zo is er het MYHRRA-project dat nu in België wordt gebouwd. Het IAEA zegt er dit over:

MYRRHA (Multi-purpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications) is a project currently under construction at the Belgian Nuclear Research Centre (SCK CEN) based on the accelerator-driven system (ADS) concept that aims to address actinides, and, more particularly, the minor ones. The project seeks to demonstrate, at the engineering level, ADS and the feasibility of the transmutation of the minor actinides on an industrial scale. By reducing radiotoxicity, this could reduce the volume of high level radioactive waste by 99 per cent and the time required for storage to just 300 years.

Concreet zou er van die 75m³ die Borssele heeft produceert dus 0,75 m³ aan echt afval overblijven. Dat is best een nette prestatie na 50 jaar!

Waar slaan we dit afval vervolgens op? Het moet immers nog steeds voor 300 jaar veilig worden opgeslagen. Finland heeft hier Onkalo voor gebouwd, waar dit zonder probleem voor altijd kan worden opgeslagen in stabiele geologische opslag van dikke kleilagen die al vele honderden miljoenen jaren niet zijn verandert.

De stelling van WISE is dus op alle vlakken volledig onwaar: het is niet honderdduizenden jaren gevaarlijk, maar slechts 300 jaar, er zijn meerdere oplossingen in ontwikkeling, en de definitieve opslag ligt in Finland.

Bovendien is het goed om te benadrukken dat in de afgelopen 70 jaar aan kernenergie er precies nul doden zijn gevallen als gevolg van de tijdelijke opslag van het afval, een schril contrast met de fossiele industrie. Het afval is een bekende hoeveelheid, die zich goed laat beheren en in die zin eigenlijk een werelddeal is ten opzichte van alle andere vormen van energieopwekking.

Hoeveel?

In een vorig stuk hebben we een rekenvoorbeeld gebruikt waarbij we Europa voor vrijwel alle energie voorzien middels 250 EPR kernreactors (* zie correctie onderaan deel 1). Hoeveel afval levert dit dan op?

In de eerste plaats is het vermogen van de EPR 1650 MWe, wat een stuk hoger is dan de 485 MWe van Borssele. Grofweg zou een EPR daarom 5 m³ aan hoogradioactief afval produceren per jaar. Voor 250 reactors gaat het dan om 1250 m³ elk jaar. Zetten we echter vierde generatie reactor technologie in op een later tijdstip, het is immers niet alsof dit materiaal ergens naartoe zal gaan, dan verlagen we dit volume naar 1%, oftewel 12,5 m³ per jaar. Dit zullen we dan voor 300 jaar moeten opslaan in Finland, wat neerkomt op 3750 m³ voor deze hele periode. Dit zijn, pak ‘em beet, honderd zeecontainers.

Kernafval is geen daadwerkelijk bestaand probleem.