Wat is kernenergie, hoe werkt het en wat zijn de voor- en nadelen?

Door HenkX gepubliceerd in Wetenschap en onderwijs

Wat is kernenergie? Hoe werkt kernenergie? Waar zijn kerncentrales in Nederland? En hoe zit het met de voor- en nadelen van kernenergie?

Wat is kernenergie, hoe werkt kernenergie en wat zijn de voor- en nadelen?

In dit artikel een uitgebreide beschouwing over kernenergie. Dit zal worden gedaan aan de hand van drie centrale vragen:

  1. Wat is kernenergie, en hoe werkt kernenergie?
  2. Waar ter wereld wordt kernenergie toegepast, en welke kerncentrales staan er in Nederland en in België?
  3. Wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie?

Dit artikel zal overigens enkel de nu gangbare methode van kernsplijting, ook wel bekend als kernsplitsing of kernfissie, behandelen. Aan de nu nog vooral theoretische methode van kernfusie worden veel voordelen toegedicht, ook ten opzichte van de conventionele kernenergietechnieken, maar er is vooralsnog geen commerciële toepassing en die lijkt er de komende decennia ook nog niet te komen.

1. Wat is kernenergie, en hoe werkt kernenergie?

In deze eerste paragraag wordt voor de leek een kort overzicht gegeven van wat kernenergie is en hoe kernenergie werkt. Degene die hiermee reeds bekend is verwijs ik graag door naar punt 2 in dit artikel: Waar ter wereld wordt kernenergie toegepast en welke kerncentrales staan er in Nederland en in België?

1.1 Wat is kernenergie?

Kernenergie is de energie die wordt opgewekt door reacties waarbij atoomkernen zijn betrokken, kernreacties dus. Dit worden ook wel nucliden genoemd, en de atoomkern zelf staat ook wel bekend als de nucleus. Vandaar dus ook de veelgehoorde term “nucleaire energie”.

Zoals hierboven is uitgelegd wordt alle commercieel toegepaste kernenergie momenteel opgewekt uit kernsplijting. Daarbij worden letterlijk atoomkernen gespleten. De nieuwe kernen die bij die kernreactie worden gevormd net een fractie lichter dan de oorspronkelijke kernen. Het verschil is omgezet in energie. Volgens de zeer bekende formule van Einstein, E = mc², is daarbij de vrijgekomen energie gelijk aan de massa maal de lichtsnelheid in het kwadraat. Aangezien de lichtsnelheid nogal een groot getal is hoeft men maar zeer weinig massa om te zetten om toch erg veel energie te verkrijgen. Dat betekent dat er, althans op gewichtsbasis, maar weinig atoomkernen, gewoonlijk afkomstig van het metaal uranium, nodig zijn om toch veel energie op te wekken. De brandstof is daarom op gewichtsbasis vele malen efficiënter dan bijvoorbeeld steenkool, aardgas of aardolie.

1.2 Hoe werkt kernenergie?

Zo’n kernreactie wordt typisch geïnitieerd met het afschieten van enkele neutronen (bepaalde deeltjes uit een atoomkern) op de brandstof, meestal uranium. Daardoor splitst die kern zich, waarbij wederom neutronen vrijkomen, die weer andere uraniumkernen doen splitsen, waardoor er weer neutronen vrijkomen, enzovoorts.

Omdat er over het algemeen gemiddeld meer neutronen vrijkomen dan er nodig zijn om hetzelfde aantal uraniumkernen te splitsen, verloopt de reactie zonder ingrijpen van buitenaf steeds sneller. Dit heet een (nucleaire) kettingreactie. Om deze onder controle te houden stopt men dan zogenaamde moderatoren in de reactor, die het teveel aan neutronen absorberen. Enigszins kort door de bocht kan men stellen dat die moderatoren het enige zijn dat een kernbom van een kernreactor onderscheiden. (Dat wordt dus ook erg vaak genoemd als één van de belangrijkste nadelen van kernenergie; zie verder onder punt 3.4.)

De energie waar bij punt 1.1 over werd gerept komt vrij in de vorm van warmte. Het opwekken van energie met die warmte gaat exact hetzelfde als bij bijvoorbeeld een kolencentrale: de warmte wordt gebruikt om stoom te maken, die een turbine aandrijft waarmee elektriciteit wordt opgewekt. De enorme koeltorens die vaak met kerncentrales worden geassocieerd dienen enkel om voor koelwater te zorgen, en zijn simpelweg betrouwbaarder en onder meer omstandigheden inzetbaar dan de eveneens tamelijk gangbare methode om domweg koelwater van bijvoorbeeld nabijgelegen rivieren in te nemen.

Ook is er door het gebruik van koeltorens veel minder water benodigd. Koelwater kun je slechts een graadje of tien, twintig verwarmen eer het te warm wordt om terug in de rivier te lozen, maar met koeltorens kun je het tot wel een graad of tachtig of met zeer koud beginwater zelfs honderd graden verwarmen: het kookpunt van water. (Een interessante wetenswaardigheid is bijvoorbeeld dat er over de kerncentrale nabij Gravelines, Noord-Frankrijk, die weliswaar tamelijk groot is, berekend is dat het koelsysteem, dat primair op zeewater loopt, 216 miljoen vissen per jaar opzuigt. De daarmee samenhangende logistieke en milieuproblemen zijn niet te verwaarlozen.)

Zaken als CO₂-uitstoot van kernenergie en het afvalprobleem worden onder punt 3, de voor- en nadelen van kernenergie, besproken.

2. Waar ter wereld wordt kernenergie toegepast en welke kerncentrales staan er in Nederland en in België?

In 31 landen wordt kernenergie momenteel commercieel toegepast om energie mee op te wekken. In totaal zijn er daarmee 441 kerncentrales wereldwijd. In deze paragraaf een korte karakterisering van enkele belangrijke spelers wereldwijd, te weten China, Duitsland, Frankrijk en Japan, en de huidige stand van zaken met betrekking tot kernenergie in Nederland en België.

2.1 Kernenergie in China

Kernenergie staat in China nog in de kinderschoenen, maar net zoals zoveel zaken is er een ambitieuze planning voor de toekomst. Momenteel heeft China 14 werkende kernenergiecentrales en staan er nog eens 27 projecten op stapel.  Het aandeel van kernenergie in de Chinese elektriciteitsmarkt is momenteel slechts 1,9%, maar dat zou met de nieuwe kerncentrales moeten verdrievoudigen.  Echter, na de kernramp van Fukushima in Japan in maart 2011 kondigde de overheid aan alle in aanbouw zijnde projecten stop te zetten totdat er uitgebreide veiligheidscontroles waren geweest. Hoewel deze inmiddels zijn afgerond is er vooralsnog geen toestemming verleend de bouw weer te continueren en blijft het debat over kernenergie voortduren.

2.2 Kernenergie in Duitsland

Kernenergie maakte tot ruwweg 1985 snel opgang in Duitsland. Op dat punt stonden er zeventien kerncentrales in Duitsland. Sindsdien zijn er door een verschoven publieke opinie met betrekking tot kernenergie geen kerncentrales meer bijgebouwd. Vorig jaar werd 17,8% van de elektriciteit opgewekt in Duitsland. Dat zal naar verwachting dit jaar fors minder zijn. Na de ramp in Fukushima zijn zes van de zeventien Duitse kerncentrales per direct gesloten, en op 30 mei 2011 maakte de regering-Merkel bekend dat binnen een tijdsspanne van elf jaar kernenergie in Duitsland geheel zal worden uitgefaseerd. Dat betekent dat in 2022 geen enkele kerncentrale in Duitsland meer operabel zal zijn.

2.3 Kernenergie in Frankrijk

Uitgedrukt als percentage van het totale elektriciteitsverbruik heeft Frankrijk veruit het grootste aandeel kernenergie ter wereld. 78,8% van alle elektriciteit werd met kernenergie opgewekt. Daarmee heeft Frankrijk na de Verenigde Staten ook het grootste aantal kerncentrales wereldwijd, en de grootste capaciteit van kernenergie ter wereld. In de VS wordt echter nog geen 20% van de elektriciteit met kernenergie opgewekt. De ramp in Fukushima heeft niet tot een dramatische verschuiving in het nationale kernenergiedebat geleid, maar eerder uitfaseren van een aantal oudere Franse kernreactoren is wel in vooral de eerste fase van de presidentsverkiezingen een belangrijk thema geweest. Toch is zelfs de meest negatieve stem in het kernenergiedebat tegen sluiting van één of meerdere van de 105 operabele kerncentrales in Frankrijk vóór 2025.

2.4 Kernenergie in Japan

De nucleaire geschiedenis van Japan begon eigenlijk met de twee atoombommen die aan het einde van de Tweede Wereldoorlog op Nagasaki en Hiroshima zijn gegooid. Door het bijna volledig ontbreken van natuurlijke hulpbronnen is in de decennia daarna kernenergie toch aangemerkt als een strategische prioriteit, met name om de afhankelijkheid te verkleinen door de diversiteit te vergroten. Dientengevolge waren er begin 2011 55 kerncentrales in Japan operabel, die in totaal de op twee na grootste capaciteit ter wereld hadden en een aandeel in de elektriciteitsmarkt van ruim 18,1%.

Na de kernramp in Fukushima in begin 2011 is dat beeld echter sterk gewijzigd. Vlak na de ramp zijn alle kerncentrales in Japan op non-actief gezet, en nog altijd is driekwart niet in werking. Japanse kerncentrales en vooral het staatsbedrijf Tepco zijn symbolen van verzet geworden. Het kernenergiedebat is na Fukushima vrijwel omgedraaid en alle argumenten pro kernenergie worden van tafel geveegd. In oktober 2011 werd er een door het kabinet goedgekeurd witboek (ook wel white paper) gepubliceerd dat in het licht van het door Fukushima “sterk beschadigde publieke vertrouwen in nucleaire veiligheid” passend was het aandeel van kernenergie in Japan sterk terug te brengen.

2.5 Kernenergie in België

België kent één van de hoogste aandelen kernenergie wereldwijd als percentage van de totale elektriciteitsmarkt: 54,0% werd vorig jaar opgewekt met kernenergie, hetgeen na Frankrijk het hoogste percentage ter wereld is. Er zijn momenteel zeven kernreactoren in twee kerncentrales in België operabel.  De kerncentrale in Tihange heeft drie reactoren, en de kerncentrale in Doel (zie de afbeelding hieronder) zelfs vier. De kernramp in Fukushima heeft weinig weerslag gehad op de publieke opinie over kernenergie. Zo bleek uit een representatieve peiling eind februari 2012 (gepubliceerd in De Standaard, 23-02-12) dat ten opzichte van 2010 slechts een daling van 4% in het aantal voorstanders van kernenergie had plaatsgevonden, en dat nog altijd 58% kernenergie in België wilde behouden. Er dient wel de kanttekening te worden gezet dat de vier grootste milieuorganisaties de peiling “suggestief” vonden en de resultaten verwierpen. Fukushima gaf overigens wel een nieuwe impuls aan het kernenergiedebat en alle kerncentrales in België zijn na de ramp een extra keer kritisch geïnspecteerd.

2.6 Kernenergie in Nederland

Van alle 31 landen met kernenergie wereldwijd heeft Nederland relatief gezien het op vier na kleinste aandeel kernenergie in de algehele elektriciteitsmarkt: 3,9%. Dat is allemaal afkomstig van de kerncentrale in Borssele (de kerncentrale van Petten levert geen energie). In 1994 werd door het kabinet-Paars 1 besloten de kerncentrale in 2003 te sluiten, aan het einde van de geplande levensduur. Balkenende-II besloot toen het zover was dat een sluiting toch niet ging gebeuren, en op 16 juni 2006 legde de regering contractueel vast (het Borssele-convenant)  dat de kerncentrale Borssele tot 2033 in operatie kon blijven. De kernramp in Fukushima heeft daar niets aan gewijzigd. Wel werd in januari 2012 bekend dat de plannen voor een tweede kerncentrale in Nederland – Borssele 2 – in de ijskast zouden worden gezet. (Officieel was dat overigens omdat er door de crisis overcapaciteit is op de elektriciteitsmark en vanwege het verslechterde investeringsklimaat en de onzekerheid rond het beleid over verhandelbare rechten voor CO₂-uitstoot.)

3. Voor- en nadelen kernenergie

Het kernenergiedebat centreert zich gewoonlijk rond een vijftal vermeende voor- en nadelen van kernenergie. Het betreft om kernafval, duurzaamheid, CO₂-uitstoot en het klimaatvraagstuk, veiligheid en nucleaire proliferatie. Van land tot land zijn er bovendien vragen met betrekking tot het kostenplaatje en het al of niet wenselijk achten van een gediversifieerde energieportefeuille, maar omdat die zaken zeer specifiek zijn en de onderstaande vijf punten wel algemeen geldig zijn zal er in dit artikel geen aandacht aan worden besteed.

3.1 Kernafval

Kernenergie wordt door zowel voor- als tegenstanders van kernenergie als één van de belangrijkste nadelen van kernenergie gezien. Het debat rond kernafval concentreert zich dan ook vooral rond de vraag hoe groot het probleem precies is. Het probleem is het ernstigste bij de vroegste kernreactoren. Het afval dat deze reactoren produceren is hoogenergetisch en blijft nog vele tienduizenden tot zelfs miljoenen jaren actief. Voorstanders van kernenergie zeggen typisch dat er ook al meer geavanceerde reactoren bestaan die dat probleem minder of niet hebben (zie de volgende alinea), maar feit is dat nog vele van de nu in werking zijnde kerncentrales wereldwijd dergelijk afval produceren.

Aangezien de gegeven tijdsspanne vele malen langer is dan onze beschaving bestaat is er geen enkele manier om te garanderen dat dit afval altijd veilig blijft opgeslagen. Het hiernaast afgebeelde logo is bijvoorbeeld onder meer bedacht voor beschavingen die niets van de onze meer weten en bij een opgraving of iets dergelijks ons dodelijke afval tegenkomen. Maar als zij net zoveel moeite met ontcijferen hebben als wij indertijd hadden om hiëroglyfen te lezen biedt dat weinig garantie dat wij toekomstige generaties niet met onze problemen schade toebrengen.

Daarnaast kan dergelijk afval in sommige gevallen nog gebruikt worden om bommen van te maken. Terroristen hebben daar dus een goed doelwit aan, en het is nog maar de vraag hoe science-fiction een dergelijk scenario is.

Bij modernere kerncentrales komt er dus niet zulk langlevend en hoogradioactief afval vrij. Toch wordt ook daarbij de levensduur van het afval op zo’n 300 jaar geschat. Dat is relatief weinig, maar in absolute zin nog altijd veel. In beide gevallen blijft het opslaan nog zonder menselijke interventie mee te rekenen een probleem. De voorbeelden zijn ruim beschikbaar. Zo zijn er in Duitsland meerdere malen lekken geweest in opslagplaatsen van radioactief afval, die dreigden het grondwater te besmetten. En dan gaat het dus over een termijn van enkele tientallen jaren.

In theorie zijn er dus voldoende oplossingen, maar de praktijk is weerbarstig. Kernafval wordt dus terecht aangezien voor één van de grootste nadelen van kernenergie.

3.2 Duurzaamheid van kernenergie

Strikt genomen is kernenergie een uitputtelijke grondstof, omdat de grondstof uranium niet door de natuur wordt aangemaakt, en is kernenergie dus niet duurzaam. Maar op de menselijke tijdsschaal zou het nog wel eens zeer lang kunnen duren voordat uranium is uitgeput. De eerste generatie reactoren brandt in 40-50 jaar door de nu bewezen voorraden heen, maar nieuwere types zouden dat kunnen rekken tot wel duizenden jaren. De levensduur van het afval, zoals onder punt 3.1 beschreven, is namelijk een goede maat voor de efficiëntie van de reactor. Nu is het de vraag of dit een goed criterium is en of dit echt een voordeel van kernenergie kan worden genoemd. Kolen en gas zullen bijvoorbeeld ook nog vele decennia meegaan. Maar daar geldt dan weer het CO₂-probleem voor; zie de alinea hieronder.

3.3 De CO₂-uitstoot van kernenergie en het klimaatvraagstuk

Bij de directe productie van kernenergie komt weinig CO₂ vrij. Dat is echter niet de meest relevante maat; idealiter neemt men de gehele levenscyclus van kernenergie mee in een zogeheten levenscyclusanalyse (LCA). Daaruit blijkt dat de CO₂-uitstoot (uiteraard per geproduceerde hoeveelheid energie) over het geheel genomen bepaald niet verwaarloosbaar is, maar wel belangrijk veel lager dan bij kolen- of gascentrales het geval is.

Op dat punt dient zich echter wel de vraag op waarmee men kernenergie wil vergelijken. Als men de CO₂-uitstoot van kernenergie afzet tegen die van daadwerkelijk duurzame energietechnologieën zoals windenergie blijkt dat kernenergie tot wel meer dan tien keer zoveel CO₂ uitstoot. (Belangrijke kanttekening is wel dat kernenergie in de huidige stand van zaken veel beter opschaalbaar en dus breder inzetbaar is dan de meeste duurzame energietechnologieën.) Dat betekent dus dat de lagere CO₂-uitstoot van kernenergie wel degelijk kan worden aangemerkt als één van de voordelen van kernenergie, maar nuancering blijft vereist.

3.4 Veiligheid van kernenergie

Zoals onder punt 2 uitvoerig uit de doeken is gedaan wordt de publieke opinie sterk gestuurd door veiligheidsgerelateerde zaken. Fukushima roept (terecht) zeer negatieve associaties op, net als Tsjernobyl. Het is echter maar de vraag of daarmee ook direct kernenergie mag worden afgeschreven als zijnde onveilig.

Een veelzeggend inkijkje in de psyche van mensen biedt bijvoorbeeld een studie van de universiteit van Cornell, in de VS. Zij tonen daarin aan dat het aantal directe doden door de terroristische aanvallen op 11 september 2001 wordt geëvenaard door het aantal indirecte doden ten gevolge van mensen die vliegtuigen gingen vermijden. Vliegen is namelijk veel veiliger (per passagier-kilometer) dan autorijden, en al die extra automobilisten zorgen voor zo’n 2.170 extra doden.

Maar natuurlijk was geen van die doden echt direct veroorzaakt door de terroristische aanslag, en datzelfde geldt indien bijvoorbeeld kolen- en kerncentrales worden vergeleken. Een kolencentrale is een echte sluipmoordenaar, die iedere dag onder meer minuscule hoeveelheden kwik uitstoot. Voor ieder mens in de rook van de centrale zorgt dat voor een minieme verhoging van de kans op kanker, zodat er uiteindelijk indirect duizenden statistische doden door kolencentrales vallen. Bij hen wordt echter geen verband tussen de kolencentrale en hun dood gelegd door het publiek, ongeveer net zoals het anekdotische bewijs dat bijna iedereen wel een opa van 95 kent die tot aan zijn sterfbed een pakje sigaretten per dag rookte.

Een kernramp is echter veel ingrijpender dan dit soort indirecte sterftes. Als er eens een kolencentrale in brand vliegt en niet meer te redden is, ontstaat er op de keper beschouwd een enorm groot kampvuur waar eigenlijk geen schadelijke stoffen vandaan komen. Als dat bij een kerncentrale gebeurt, heet het een “meltdown” en kunnen er duizenden mensen radioactief besmet raken en sterven, zoals bij Tsjernobyl. Over het algeheel genomen zeggen velen dat kernenergie veel veiliger is dan andere vormen van energieopwekking, maar door de bank genomen worden grote rampen nu eenmaal veel zwaarder opgevat door het publiek dan telkens weer één klein en apart geval. Daardoor wordt ook het kernenergiedebat enorm gekleurd. Het is de vraag of dat onterecht is; zoals te zien was bij Fukushima is een kernramp praktisch oncontroleerbaar dus de door het publiek relatief zware weging van unieke, zeer ernstige rampen weegt wellicht terecht op tegen de over het geheel genomen goede staat van dienst op veiligheidsgebied van de nucleaire industrie.

Bovendien pleit ook de mogelijkheid van terrorisme tegen kernenergie om precies deze reden. Als de vliegtuigen van 9/11 energiecentrales als beoogd doelwit hadden gehad in plaats van onder meer het World Trade Center was een kerncentrale vanuit het oogpunt van wijlen Bin Laden het beste doelwit geweest. Tamelijk kort door de bocht maar in dit geval ter zaken doende: een vliegtuig in een kolencentrale had als slachtoffers van de aanval de medewerkers van de centrale en de vliegtuigpassagiers gehad; een aanval van een kerncentrale had tot een tweede Tsjernobyl kunnen leiden.

3.5 Nucleaire proliferatie

Nog even los van het argument dat kernafval door kwaadwillenden kan worden gebruikt om kernwapens mee te maken, is nucleaire proliferatie in het algemeen een belangrijk nadeel van kernenergie. Zoals namelijk op dit moment de internationale reacties op zowel Noord-Korea als Iran bewijzen is het nagenoeg onmogelijk om het vermogen om kernenergie te produceren los te zien van het vermogen om kernwapens te maken. In de praktijk is er echter heel andere technologie nodig om kernbommen te maken dan om kernenergie op te wekken. Dat betekent dat, alhoewel dit punt in die zin tegen kernenergie pleit dat het internationale spanningen kan veroorzaken ten gevolge van deze associatie, het geen principieel bezwaar tegen kernenergie kan zijn, omdat het verband enkel geconcipieerd is vanuit een algemene angst tegen “het nucleaire” en niet tegen kernenergie an sich. 

4. Conclusie

Ten opzichte van de beste huidige energieopwekkingmethoden is er een aantal nadelen van kernenergie op te noemen, maar in vergelijking met de meest gebruikte conventionele methoden (zoals kolencentrales) kent kernenergie ook ontegenzeglijk een aantal voordelen. De kernramp van Fukushima zorgde voor een grote publieke terugslag wereldwijd, maar tezelfdertijd is er nog een fors aantal landen dat voor een belangrijk gedeelte van de energievoorziening afhankelijk is van kernenergie en ook een heel aantal landen dat ondanks deze ramp eerdere investeringen in kernenergie doorzet. In Nederland en België heeft de ramp weinig tot geen weerslag gehad op het overheidsbeleid ten aanzien van kernenergie. Kortom: het kernenergiedebat is nog lang niet ten einde.

©HenkX, april 2012
Laatste update: 4 februari 2016

24/01/2016 23:23

Reacties (0) 

Copyright © Tallsay.com. Alle rechten voorbehouden.
Door gebruik te maken van deze website geef je aan dat je onze Algemene voorwaarden en ons Privacy statement accepteert