Het wordt al een aantal jaar gesuggereerd als het walhalla voor de toekomstige energiewinning: thorium. Zo is het veelvoorkomende metaal een ‘energiewonder’ (Volkskrant, 2013), ‘vermenigvuldiger van energie’ (NRC Handelsblad, 2011) en ‘het eind van fossiele brandstoffen’ (Daily Telegraph, 2010). Ook hier op Scientias hebben we ons afgevraagd of het binnen een paar jaar de energiewereld op zijn kop zou zetten. Toch gaat het nog zeker 20 tot 30 jaar duren voor we er echt iets van kunnen gaan merken.

Dat zegt althans één van Nederlands voornaamste wetenschappers op dit gebied, Jan Leen Kloosterman van de TU Delft. Hij doet al zo’n 10 jaar onderzoek naar de thoriumcyclus en zijn conclusie is duidelijk: “Er moet gewoon nog heel veel gebeuren voor we kunnen beginnen met energiewinning uit de thoriumcyclus.”

Wat is thorium?

Thorium is een metaal en heeft zijn naam te danken aan de Noorse god van de donder: Thor. Het spul komt zo vaak voor dat veel mijnwerkers het veelal als afval zien. Toch is een handvol thorium in de toekomst genoeg om een stad als Londen een week lang te verlichten.

De reden van de ‘hype’ rond thorium is simpel: het is veel schoner dan uranium. Het grootste punt is echter dat je het niet gewoon kan gebruiken in de huidige kernreactors en dan klaar bent. Om de ware potentie uit thorium te halen, moet er worden overgestapt op zogeheten gesmoltenzoutreactors (MSR). Dat is een heel ander type reactor, waar niet met water gekoeld wordt maar – zoals de naam al zegt – met gesmolten zout. “Het komt doordat je in de thoriumcyclus eerst thorium om moet zetten naar uranium-233, wat je vervolgens splijt en daar komt de energie vrij. Voor dat proces heb je twee neutronen nodig en dus een reactor die erg zuinig omgaat met neutronen, en daar is de MSR erg goed geschikt voor. Het zou ook in gewone reactors kunnen maar dat zou een stuk minder goed werken.”

De Amerikaanse gesmoltenzoutreactor

De Amerikaanse gesmoltenzoutreactor

Zo’n gesmoltenzoutreactor is nog maar één keer gebouwd. In de jaren zestig van de vorige eeuw bouwden de Amerikanen een testreactor, maar daar is daarna niks meer mee gedaan. “De laatste jaren is de MSR weer erg in opkomst omdat veel risico’s die we nog steeds met de andere reactoren lopen, met MSR’s grotendeels te vermijden zijn”, vertelt Kloosterman. Daar ligt volgens hem ook meteen een van de grootste en voornaamste redenen om over te stappen op MSR’s: de veiligheid. “Als je thorium gebruikt dan zet je dat dus eerst om in uranium-233, wat de beste splijtstof is die we kennen. Daar komt als restafval maar een heel klein beetje plutonium uit, de stof die gebruikt wordt om kernwapens te maken. Als je uranium als uitgangsstof gebruikt zit daar ook veel uranium-238 in en dat is waar plutonium vandaan komt.”

Toch is aangetoond dat met een kleine modificatie in de thoriumcyclus men alsnog vrij gemakkelijk stoffen kan produceren die te gebruiken zijn voor kernwapens, maar dat ziet Kloosterman niet als een probleem. “Om de thoriumcyclus te starten heb je al verrijkt uranium nodig. Dus als je de thoriumcyclus beheerst, dan heb je eigenlijk ook al de kennis om kernwapens te maken, want dan heb je al splijtbaar materiaal in huis. Dus de landen die dit willen gebruiken, kunnen toch al kernwapens maken als ze dat willen.”

China wel
Terug naar de gesmoltenzoutreactor. China is op het moment als eerste land bezig met de bouw van zo’n reactor, naar het voorbeeld van de Amerikanen uit de jaren zestig. “Dat lukt daar wel omdat zij er wel honderden miljoenen euro’s insteken. Dat gebeurt hier niet. Toch merk ik dat binnen Europa ook steeds meer enthousiasme komt, dus het benodigde onderzoeksgeld komt er misschien op korte termijn wel. Dat is wel nodig, willen we bijblijven met de Chinezen.”

Zijn er alternatieven?

Jazeker! Wetenschappers hopen dat de Z-machine ooit meer energie gaat produceren dan wat er benodigd is. De Z-machine is de grootste röntgengenerator ter wereld. Als deze machine tienduizend keer zoveel neutronen genereert, dan heeft de mensheid oneindig veel energie tot zijn beschikking.

Benodigde stappen
Wat moet er dan nog precies gebeuren met dat onderzoeksgeld? Jan Leen Kloosterman somt het op: “Er zitten een aantal concepten in de MSR die echt op grote schaal getest moeten worden. De data over MSR’s zouden nog nauwkeuriger kunnen zijn. De viscositeit, de warmtegeleiding, dat zijn data die gemeten moeten worden. De chemie van het zout moet nog verbeterd worden. Je moet in een MSR het zout ook constant zuiveren, dus heb je een paar chemische processen nodig die dat kunnen doen. Die processen moeten ook nog verder ontwikkeld worden. Je hebt nog materiaalonderzoek. De Amerikanen hebben in de jaren ’60 een bepaalde staalsoort gebruikt, dat heeft vijf jaar lang heel goed gewerkt, er was geen corrosie te zien. Maar als je een centrale wilt gaan bouwen die zestig jaar meegaat moet je wel weten dat dat goed gaat, dus dat moet ook nog goed onderzocht worden. Over dat alles gaat gewoon nog 15 tot 20 jaar voordat dat echt goed uitgevoerd is, en dat is als er nu op dit moment budget voor vrij zou komen.”

Maar niet alleen aan de gesmoltenzoutreactor moet nog veel gebeuren, ook het overstappen van uranium naar thorium brengt het nodige onderzoek met zich mee. De chemie van thorium is anders dan die van uranium. De splijtstofcyclus zoals we die nu kennen is gebaseerd op uranium. “Omdat het voor thorium toch net iets anders is dan voor uranium, moet je de chemische processen helemaal opnieuw ontwikkelen. Dat betekent ook dat alle investeringen tot nu toe… overbodig is een groot woord maar die zijn dan niet meer rendabel in ieder geval. Dus dat is wel een hobbel die genomen moet worden”, legt Kloosterman uit.

Noodzaak
De combinatie van thorium en een gesmoltenzoutreactor heeft dus veel voordelen; het is vooral schoner en veiliger. Het grote nadeel is dat er nog heel veel onderzoek naar moet gebeuren. Ondanks de aanzienlijke voordelen komt er nog maar bar weinig onderzoeksbudget voor vrij. Is de noodzaak er misschien dan gewoon niet? “Die noodzaak is er eigenlijk wel vind ik. De voordelen zijn zo groot dat ik er wel optimistisch over ben. Het is zóveel beter dan de bestaande reactoren, als je een beetje naar de lange termijn kijkt kan ik me niet voorstellen dat het niet verder ontwikkeld zou worden. We zullen het hard nodig hebben als de wereldbevolking blijft groeien zoals die nu doet en iedereen meer energie wil gaan gebruiken. Dus de behoefte zal er zijn, zeker aan energie die geen CO2 produceert.”

“Vooral de veiligheid en het feit dat de splijtstofcyclus zoveel schoner is zijn argumenten vóór thorium!”

Het grootste probleem is dat het economisch gezien niet aantrekkelijk is. Er is vaak geopperd dat thorium de aarde voor tienduizenden jaren aan energie zou kunnen voorzien, maar dat kan uranium haast ook. Bovendien is uranium net als thorium erg goedkoop. Het verschil is te klein om het economisch gezien aantrekkelijk te maken. “Maar daarom denk ik dus dat vooral de veiligheid en het feit dat de splijtstofcyclus zoveel schoner is veel sterkere argumenten zijn.” Die argumenten heeft Kloosterman niet alleen nodig om de overheid te overtuigen, ook het grote publiek moet overtuigd worden. Veel mensen zijn huiverig over het woord ‘kernenergie’, vooral door de veiligheidskwesties en het radio-actieve afval. Het gebruik van thorium zorgt niet alleen voor minder afval dan uranium, de thoriumcyclus kan ook aangewakkerd worden met het huidige kernafval. Vooral dat punt helpt, merkt Kloosterman. “Je merkt gewoon elke keer als je een voordracht geeft dat mensen enthousiast raken, dus het spreekt blijkbaar wel tot de verbeelding. Persoonlijk zie ik het als een nieuwe start van kernenergie. We doen ons best om Nederland ook te overtuigen. Als je er nu snel op inspeelt, zou je ook als Nederland zijnde echt een voortrekkersrol kunnen spelen en er ook geld aan kunnen verdienen, door het concept weer aan andere landen te verkopen. Dan kost het niet alleen maar geld, maar kan het ook economisch grote impulsen geven.”

Ondanks Kloostermans optimisme en enthousiasme, moet er dus nog veel gebeuren voordat grootschalige energiewinning uit thorium werkelijkheid kan worden. Het is nog maar de vraag of het ooit gaat lukken. Als het aan Kloosterman ligt gebeurt dat uiteraard, maar: “Het heeft zijn tijd nodig.”