Kernenergie

Kernenergie of nucleaire energie is energie opgewekt door kernreacties, de reacties waarbij atoomkernen zijn betrokken. Kernenergie komt in alle gevallen beschikbaar in de vorm van warmte, die in een kerncentrale op conventionele manier (via stoom, turbines en generatoren) in elektriciteit kan worden omgezet.

Percentage nucleaire energie per land
Locaties van kerncentrales.

Ondanks de zeer beperkte uitstoot van CO2 (waardoor deze energiebron bijdraagt aan het beperken van de opwarming van de aarde) is kernenergie geen onomstreden energiebron, voornamelijk door de veiligheidsrisico's en het overblijvende kernafval.

Op 1 januari 2021 waren er wereldwijd 442 kernreactoren operationeel. Ze produceren samen 10,3% van de elektriciteit in de wereld. Daarnaast hebben veel onderzeeërs nucleaire aandrijving alsook enkele (Russische) atoomijsbrekers.

KernsplijtingBewerken

  Zie Kernsplijting voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
 
Het hart van een onderzoeksreactor voor kernsplijting: splijt- en regelstaven in een waterbassin. De blauwe gloed ontstaat door het Tsjerenkov-effect.

De atoomkernen met een massa overeenkomend met die van ijzer (ca. 56 nucleonen) zijn energetisch bezien van alle kernen in het periodiek systeem het stabielst. Bij zwaardere of lichtere kernen is het theoretisch mogelijk energiewinst te halen door het samenvoegen van lichte (kernfusie) of het splijten van zware kernen (kernsplijting). De nieuwe atoomkernen die hierbij ontstaan, zijn samen wat lichter dan de som van de uitgangselementen . De ontbrekende massa is omgezet in energie volgens de beroemde formule van Einstein,

 

waarin

Omdat de term c2 zo groot is, komt er bij kernreacties zeer veel energie vrij, ook als maar een klein gedeelte (een tiende procent) van de massa in energie wordt omgezet. In de praktijk wordt vrijwel alleen gebruikgemaakt van de splijting van kernen van uranium- en plutonium-isotopen. Plutonium ontstaat vanzelf uit uranium tijdens de kernreacties in de reactorkern en wordt ook gedeeltelijk gespleten, waarbij natuurlijk ook energie vrijkomt. Gebruikte splijtstof kan voor circa 95% hergebruikt worden, men spreekt van opwerking. De overige procenten, en de materialen die als verpakking hebben gediend van de splijtingsmaterialen en die ook in meerdere of mindere mate radioactief zijn geworden, vormen samen het zogenoemde kernafval.

Wereldwijde toepassingBewerken

 
Kerncentrale Civaux van Électricité de France te Civaux in Frankrijk. Zichtbaar zijn een koeltoren en twee reactorkoepels.
  Zie Kerncentrale voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De commerciële opwekking van elektriciteit door middel van kernenergie gebeurt in kerncentrales. De warmte van het kernsplijtingsproces wordt gebruikt om water te verhitten tot superkritische temperaturen. Daarmee wordt stoom geproduceerd, die een turbine (soort schoepenrad) en vervolgens een generator aandrijft waarin elektriciteit wordt opgewekt. De productie van elektriciteit uit kernenergie was wereldwijd 2518 TWh in 2011, wat neerkomt op 13,5% van de totale productie van elektriciteit. Wereldwijd zijn er in 2020 circa 50 nieuwe kernreactoren in aanbouw in 15 landen.[1]

Noord-AmerikaBewerken

Canada heeft 19 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 15% van de elektriciteit van het land. Op een na staan alle 19 kernreactoren van het land in Ontario. Tien van die eenheden - zes in Bruce en vier in Darlington - zullen worden gerenoveerd. Het programma verlengt de operationele levensduur met 30-35 jaar. Dankzij vergelijkbare renovatiewerkzaamheden kon Ontario in 2014 steenkool geleidelijk afschaffen, waardoor een van de schoonste elektriciteitsmixen ter wereld werd bereikt.

Mexico heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 4,5% van de elektriciteit van het land.

De Verenigde Staten hebben 94 werkende kernreactoren, met een gecombineerd nettocapaciteit van 96,6 GW. In 2019 produceerde kernenergie 20% van de elektriciteit van het land. Er waren vier AP1000-reactoren in aanbouw, maar twee daarvan zijn geannuleerd. Een van de redenen voor het feit dat er tot nu toe geen nieuwbouw in de VS is gebouwd, is de uiterst succesvolle evolutie in onderhoudsstrategieën. In de afgelopen 15 jaar heeft de verbeterde operationele prestatie het gebruik van Amerikaanse kerncentrales vergroot, waarbij de verhoogde output gelijk staat aan 19 nieuwe 1000 MWe-centrales die worden gebouwd. In 2016 werd de eerste nieuwe kernreactor in gebruik genomen in het land sinds 20 jaar. Desondanks is het aantal werkende reactoren de afgelopen jaren afgenomen, vanaf een piek van 104 in 2012. Vroegtijdige sluitingen zijn veroorzaakt door een combinatie van factoren, waaronder goedkoop aardgas, liberalisering van de markt, oversubsidie van hernieuwbare bronnen en politieke campagne voeren.

Zuid-AmerikaBewerken

Argentinië heeft drie reactoren. In 2019 wekte het land 6% van zijn elektriciteit op uit kernenergie. Brazilië heeft twee reactoren. In 2019 produceerde kernenergie 3% van de elektriciteit van het land.

West-EuropaBewerken

 
Zicht op de kerncentrale van Tihange vanaf Fort in Hoei

In België zijn twee kerncentrales voor elektriciteitsproductie: Doel (4 reactoren) en Tihange (3 reactoren). Samen zorgden zij in 2013 voor 52,08% van de Belgische elektriciteit.[2]

Het Studiecentrum voor Kernenergie SCK•CEN in Mol werd opgericht in 1952. Het SCK•CEN beschikt over een park van meerdere onderzoeksreactoren. Finland heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 35% van de elektriciteit van het land. Een vijfde reactor - een EPR van 1720 MWe - is in aanbouw en er zijn plannen om op een nieuwe locatie (Hanhikivi) een Russische VVER-1200-eenheid te bouwen.

Frankrijk heeft 58 reactoren, verdeeld over 19 elektriciteitscentrales. Samen zijn deze goed voor 416 TWh per jaar. Dat is 71% van de elektriciteitsproductie in Frankrijk (2019). Een nieuwe Europese kernreactor (EPR) is in aanbouw in Flamanville.

In Nederland zijn twee kerncentrales gebouwd, in Dodewaard (gesloten in 1997) en in Borssele. Die laatste is nog in werking en is goed voor 3,9 procent van de Nederlandse productie van stroom.[3] In 2013 werd door staatssecretaris Pieter van Geel besloten de kerncentrale van Borssele open te houden tot 2033.[4]

In Duitsland produceerde kernenergie in 2019 12,5% van de elektriciteit van het land. Als onderdeel van de Energiewende wil Duitsland stoppen met kernenergie.

Spanje heeft zeven werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 21% van de elektriciteit van het land.

Zweden heeft zes werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 34% van de elektriciteit van het land. Het land sluit enkele oudere reactoren, maar investeert in verlengingen en verbeteringen van de levensduur.

Zwitserland heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 24% van de elektriciteit van het land.

Het Verenigd Koninkrijk heeft 15 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 16% van de elektriciteit van het land. De Britse overheid besloot in 2006 tot de vervanging van verouderde kernreactoren en de bouw van een nieuwe kerncentrale.

Centraal- en Oost-EuropaBewerken

Armenië heeft één kernreactor. In 2019 produceerde kernenergie 28% van de elektriciteit van het land. Bulgarije heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 38% van de elektriciteit van het land. Hongarije heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 49% van de elektriciteit van het land. Roemenië heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 19% van de elektriciteit van het land.

Rusland heeft 38 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 20% van de elektriciteit van het land. Een regeringsbesluit in 2016 voorzag in de bouw van 11 kernreactoren tegen 2030, naast de reeds in aanbouw zijnde reactoren. Begin 2020 had Rusland vier reactoren in aanbouw. De nucleaire industrie van het land is momenteel betrokken bij nieuwe reactorprojecten in Wit-Rusland, China, Hongarije, India, Iran en Turkije, en in verschillende mate als investeerder in Algerije, Bangladesh, Bolivia, Indonesië, Jordanië, Kazachstan, Nigeria, Zuid-Afrika,

Slowakije heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 54% van de elektriciteit van het land. Er zijn nog twee units in aanbouw.

Slovenië heeft één werkende kernreactor. In 2019 produceerde Slovenië 37% van zijn elektriciteit uit kernenergie. Oekraïne heeft 15 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 54% van de elektriciteit van het land. Tsjechie heeft zes werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 35% van de elektriciteit van het land. Wit-Rusland heeft één werkende kernreactor, die in november 2020 op het net is aangesloten, en een tweede reactor in aanbouw.

AziëBewerken

Bangladesh is in 2017 begonnen met de bouw van de eerste van twee geplande Russische VVER-1200-reactoren. De bouw van de tweede startte in 2018. Het is van plan de eerste unit in 2023 in bedrijf te hebben. Het land produceert momenteel vrijwel al zijn elektriciteit uit fossiele brandstoffen.

China heeft 49 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 5% van de elektriciteit van het land. Het land blijft de markt voor nieuwe nucleaire bouwwerken domineren. Begin 2020 bevonden zich 11 van de 53 reactoren die wereldwijd in aanbouw waren in China. In 2018 werd China het eerste land dat opdracht gaf voor twee nieuwe ontwerpen: de AP1000 en de EPR. China begint met de exportmarketing van de Hualong One, een grotendeels inheems reactorontwerp. De sterke impuls voor de ontwikkeling van nieuwe kernenergie in China komt voort uit de noodzaak om de luchtkwaliteit in steden te verbeteren en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

India heeft 23 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 3% van de elektriciteit van het land. De Indiase regering zet zich in om haar kernenergiecapaciteit te vergroten als onderdeel van haar omvangrijke programma voor infrastructuurontwikkeling. De regering stelde in 2010 een ambitieuze doelstelling om tegen 2024 14,6 GWe nucleaire capaciteit online te hebben. Begin 2020 waren in India zeven reactoren in aanbouw met een gecombineerd vermogen van 5,3 GWe.

Japan heeft 33 werkende kernreactoren. Aan het begin van 2020 waren slechts negen reactoren actief, en nog eens 17 in de procedure voor goedkeuring voor een herstart, na het ongeval in Fukushima in 2011. In het verleden was 30% van de elektriciteit van het land afkomstig van kernenergie; in 2019 was dat nog maar 8%.

Zuid-Korea heeft 24 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 26% van de elektriciteit van het land. Zuid-Korea heeft in eigen land vier nieuwe reactoren in aanbouw en vier in de Verenigde Arabische Emiraten. Het land is ook betrokken bij intensief onderzoek naar toekomstige reactorontwerpen.

Pakistan heeft vijf werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 7% van de elektriciteit van het land. Pakistan heeft twee Chinese Hualong One-eenheden in aanbouw.

Afrika en het Midden-OostenBewerken

Turkije is in april 2018 begonnen met de bouw van zijn eerste kerncentrale waarvan de ingebruikname in 2023 wordt verwacht.

Zuid-Afrika heeft twee werkende kernreactoren en is het enige Afrikaanse land dat momenteel elektriciteit produceert uit kernenergie. In 2019 produceerde kernenergie 7% van de elektriciteit van het land. Zuid-Afrika blijft zich inzetten voor plannen voor verdere capaciteit al zijn de financieringsbeperkingen aanzienlijk.

Iran heeft één werkende kernreactor. In 2019 produceerde kernenergie 2% van de elektriciteit van het land. Een tweede VVER-1000-eenheid is in aanbouw.

De Verenigde Arabische Emiraten hebben één werkende kernreactor. Nog eens drie eenheden zijn in aanbouw in Barakah.

Maatschappelijke discussieBewerken

  Zie Kernenergiedebat voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Er is veel discussie over de invoering en het gebruik van kernenergie, die een hoogtepunt bereikte tijdens de jaren 1970 en 1980. In sommige landen werd dit een verhitte discussie als nooit tevoren.

Voorstanders van kernenergie tonen met wetenschappelijke gegevens aan[5] dat kernenergie een schone en veilige energiebron is, met een CO2-uitstoot die zelfs onder die van zonnepanelen valt, dat kernenergie in tegenstelling tot de verbranding van fossiele brandstoffen vrijwel geen luchtvervuiling produceert en benadrukken dat de risico's van de reactoren zelf nihil zijn. De opslag van kernafval, hoewel vaak in de pers genoemd, betreft zeer kleine volumes, zeker in vergelijking met fossiele brandstoffen. Deze volumes kunnen verder worden verminderd door gebruik te maken van de nieuwste technologie in nieuwe reactoren, zoals het gebruik van alternatieve brandstofcycli zoals de snelle kweekreactor. Dezelfde voorstanders wijzen er ook op dat de energievoorziening hiermee minder afhankelijk wordt van fossiele brandstoffen uit instabiele regio's.

Tegenstanders van kernenergie beweren dat deze vorm van energieopwekking vele bedreigingen voor mens en milieu met zich meebrengt. Deze bedreigingen zijn de gezondheidsrisico's, het vrijkomen van radioactieve stoffen na kernrampen zoals in Tsjernobyl en Fukushima en de milieuschade als gevolg van uraniumwinning. Verder zijn, aldus de tegenstanders, de verwerking en het vervoer van de kernbrandstof, het risico van verspreiding van kernwapens, sabotage en het onopgeloste probleem van radioactief afval nadelig. Critici twijfelen aan de veiligheid van kerncentrales en wijzen op eerdere ernstige rampen. Zij geloven niet dat de risico's voldoende verminderd kunnen worden door nieuwe technologie. Daarnaast wijzen zij erop dat, wanneer men de gehele keten van kernenergie van de uraniumwinning tot de ontmanteling van kerncentrales in aanmerking neemt, kernenergie geen duurzame energiebron is.

In 2019 publiceerde de Duitse economische denktank DIW een onderzoek waaruit bleek dat kernenergie nergens op de wereld ooit winstgevend was.[6] Stuk voor stuk zijn de centrales alle verliesgevend. Gedurende een 40-jarige levensduur was er gemiddeld 5 miljard euro verlies. Daarop komen dan nog de kosten van ontmanteling, en de langdurige opslag van radioactief afval. Zelfs bij voortdurend hoge energieprijzen is het verlies van een centrale nog steeds iets van 1,5 miljard euro. Volgens Christian von Hirschhausen, de chef-onderzoeker van deze studie, werd kernenergie nooit ontwikkeld om op commerciële wijze energie op te wekken, maar was het vooral bedoeld voor de productie van kernwapens. Nieuwe kerncentrales worden almaar duurder. Denktank DIW meldt daarboven het gevaar van het vrijkomen van nucleaire straling bij ongelukken, zoals die in Harrisburg (1977), Tsjernobyl (1986), en Fukushima (2011). "Het gebrek aan economische efficiency gaat hand in hand met een hoog risico".

In 2020 publiceerde het Weense onderzoeksbureau Enco in opdracht van de Nederlandse overheid een rapport waarin wordt gesteld dat kernenergie niet duurder hoeft te zijn dan wind- of zonnestroom. Eerdere rapporten stelden dat kernenergie duurder was dan wind- of zonnestroom, deze rapporten hielden volgens Enco echter onvoldoende rekening met de hoge investeringen in het elektriciteitsnet ten behoeve van het aansluiten van grote aantallen zonne- en windparken.[7]

KernfusieBewerken

  Zie Kernfusie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar kernfusie, vooral omdat de hierbij gebruikte grondstoffen (zware waterstof, of deuterium) in nagenoeg onbeperkte hoeveelheden uit zeewater kunnen worden gewonnen. Het blijkt echter niet makkelijk om omstandigheden te scheppen waaronder waterstofkernen zo dicht bij elkaar worden gebracht en gehouden dat er een waarneembare hoeveelheid fusie-energie ontstaat. Er wordt onder andere gewerkt aan tokamak-reactoren en laser-implosiereactoren.

Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energieproductie op gaat treden en de materialen waaruit de reactor moet bestaan. Deze moeten extreem sterk zijn en bestand zijn tegen hoge temperaturen. Bovendien worden ze na gebruik zelf radioactief, wat weer een nieuw afvalprobleem schept. Dit afval zal echter redelijk snel zijn radioactiviteit verliezen (de helft minder radioactief na 12 jaar), zodat opslag maar voor een beperkte periode nodig is. Tevens wordt er gewerkt aan materialen die niet of minder radioactief worden door bestraling.

Zie ookBewerken

Externe linkBewerken

  Mediabestanden die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Nuclear energy op Wikimedia Commons.
  Zoek kernenergie op in het WikiWoordenboek.