Bij kernreactoren denkt men al gauw aan energie opwekking. Er zijn echter meerdere toepassingen mogelijk om de grote hoeveelheid warmte en neutronen die deze reactoren produceren te benutten. Hierbij kan men denken aan voorstuwing van voertuigen, medicijnen, verwerken van plastic afval en industriële processen die veel warmte nodig hebben. In dit artikel zullen we de belangrijkste uitlichten en laten we de toepassing van nucleaire technologie voor het verwerken van plastic afval nog even achterwege…..

Voorstuwing voertuigen
Kenmerkend voor nucleaire energie is dat een zeer kleine massa zeer veel energie bevat. Deze opvatting maakte dat het Amerikaanse leger al in een heel vroeg stadium investeerde in reactoren voor de propulsie van onderzeeboten. De eerste nucleaire onderzeeboot van de US Navy was de Nautilus die tijdens zijn eerste vaart het telegram uitstuurde: “Under way on nuclear power”. Deze boot was niet meer gelimiteerd door hoe vaak die brandstof moest tanken maar door hoe vaak er opnieuw het voedsel voor de bemanning bijgevuld moest worden. Een veel grotere actieradius dus. Een tweede voordeel van een grote opslagcapaciteit van energie is dat schepen minder efficiënt hoeven te zijn en daarom op hogere snelheden kunnen varen. Vliegdekschepen zijn om die reden eveneens uitgevoerd met kernreactoren om ze voort te bewegen.

Andere toepassingen van nucleaire aandrijving is bij  ijsbrekers en in de ruimtevaart. Het Russische bedrijf, Rosatom, produceert ijsbrekers die door drie meter dik ijs kunnen breken waardoor de arctische oceaan tien maanden per jaar bevaarbaar is i.p.v. twee, aldus de World Nuclear Association. Na eerdere succesvolle experimenten doet NASA sinds 2015 onderzoek naar de Kilopower reactoren die 1-10 kilowatt kunnen opwekken voor propulsie of als elektriciteitsbron voor in de ruimtevaart.

Medicijn toepassing
Op het gebied van medicijnen ontwikkeling speelt kernenergie ook een belangrijke rol. De neutronen die geproduceerd worden in een kernreactor kunnen gebruikt worden om elementen te bestralen en radioactief te maken, te weten radioactieve isotopen. Deze isotopen worden dan weer gebruikt om zogenaamde radiofarmaceutica te maken. Dit type medicijn is een combinatie van het radioactieve isotoop en een stof die bindt aan de tumorcellen. Wanneer de stof is gebonden aan de cel en het radioactieve element vervalt komt er veel warmte vrij die de tumorcel kan doden. Op die manier werken deze medicijnen doelgericht op het tumor weefsel. In Nederland zit een grote producent van deze isotopen, NRG, die 35% van het wereldwijde en 65% van het Europese aanbod dekt van deze isotopen.

De industrie
Veel industrieën maken gebruik van hoge temperaturen. Momenteel gebruiken fabrieken bijvoorbeeld voor staal, vaak kolen en gas om deze warmte op efficiënte wijze op te wekken. Deze warmte zou in principe ook elektrisch gegenereerd kunnen worden maar dit vereist dat het electriciteitsnet constant een hoge hoeveelheid elektriciteit moet leveren. Aangezien zon- en windenergie veel fluctuaties hebben in de opbrengst is er heel veel opslag nodig  om deze extra base-load te kunnen leveren. Kernreactoren kunnen hiervoor een oplossing bieden. Hierbij spreken we  niet over het opwekken van elektriciteit door geproduceerde warmte om te zetten in elektriciteit, dit heeft namelijk een lage efficiëntie van ongeveer 35%. Maar het idee is juist om de warmte direct te gebruiken voor deze processen. Op dit moment worden reactoren al gebruikt voor het ontzouten van zeewater, zoals te lezen in ons vorige artikel, en het verwarmen van districten.

Op dit moment is het merendeel van de reactoren lichtwaterreactoren die temperaturen tot ongeveer 300 graden Celsius bereiken. Met nog hogere temperaturen komen er nog meer kansen om kolen en gas te vervangen. Momenteel is het mogelijk om met de High Temperature Gas Reactors, HGTR’s, temperaturen tot wel 900 graden Celsius te produceren alleen zijn deze reactoren nog niet in grootschalig gebruik. Daarnaast zijn er op dit moment reactoren in ontwikkeling die eveneens hoge temperaturen kunnen produceren, namelijk de gesmolten zout reactoren, MSR’s. In deze reactoren circuleert een heet zout waarin Thorium opgelost zit als brandstof. De warmte van de gespleten atoomkernen die vrijkomt wordt afgevangen door een andere loop zout dat hiermee wel tot temperaturen van 550 graden Celsius kan komen. Deze warmte kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor het raffineren van olie en het produceren van synthetische brandstoffen van staal en waterstof. Het voordeel van deze reactoren is dat ze vrij klein zijn en makkelijk te plaatsen zijn naast de fabriek of op een industrieterrein. Een ander bijkomend voordeel van  deze reactoren is de mogelijkheid om het langlevende kernafval op te branden dat geproduceerd wordt door lichtwater reactoren.

Om het verhaal samen te vatten zijn er veel kansen om nucleaire reactoren toe te passen waar interne verbranding, zoals in dieselmotoren, simpelweg te weinig energie capaciteit hebben, zoals in onderzeeërs. Daarnaast bieden kernreactoren kansen om de industrie te verduurzamen. Het diagram  laat zien dat wel 19% van het totale energieverbruik in de EU bestaat uit industriële warmte. Op dit moment wordt het merendeel van deze warmte nog met kolen- en gascentrales opgewekt. De warmte van kerncentrales zou dus ingezet kunnen worden om onze CO­₂ uitstoot sterk te verminderen.

Figuur 1 Weergave energieverbruik EU, Lauterbach 2012

Dit artikel is geschreven door MareVisie projectmanagement met dank aan Thorben Besseling.
Nieuwsgierig naar onze andere artikelen over kernenergie? Bekijk de website: https://marevisie.nl/artikelen/