Kernenergie

Kernenergie komt in praktijk neer op splijting van uranium; thorium- en kernfusiecentrales zijn er voorlopig nog niet.

Kernenergie omvat zowel kernsplijting als kernfusie. In operationele kerncentrales wordt uranium als splijtstof gebruikt. Ook andere elementen kunnen als splijtstof worden toegepast, zoals thorium. Bij kernfusie combineren lichte elementen tot zwaardere, maar deze techniek is nog in de onderzoeksfase en beschikbaarheid voor energieopwekking is de komende decennia nog niet te verwachten. Bestaande kerncentrales gebruiken de uit splijting afkomstige warmte om stoom mee te maken die een generator aandrijft waarmee elektriciteit wordt opgewekt. Wereldwijd zijn er zo’n 450 kerncentrales in bedrijf (bron: IAEA). Op dit moment zijn de meest toegepaste reactortype de drukwaterreactor (pressurized water reactor, PWR) en de kokend-waterreactor (boiling water reactor, BWR). In West-Europa worden nieuwe reactoren gebouwd van het European Pressurized Reactor (EPR) type. Deze derde-generatie-reactor moet de standaard worden voor toekomstige kernreactoren met verbeterde veiligheid en hogere efficiëntie. EPR-reactoren worden gebouwd in Finland (Olkiluoto), Frankrijk (Flamanville) en in het Verenigd Koninkrijk (Hinkley Point). Er wordt ook onderzoek gedaan naar het toepassen van thorium in toekomstige centrales. Thorium kan worden gebruikt in een klassieke kerncentrale ook al gebeurt dat in praktijk nu niet, of in een reactor waarin thorium is opgelost in gesmolten zout. Een commerciële centrale die werkt met gesmolten zout zal echter nog decennia op zich laten wachten.

Kernenergie kan bijdragen aan een klimaatneutrale energievoorziening, maar het is niet hernieuwbaar.

In Nederland staat een gesloten kerncentrale in Dodewaard en een operationele in Borssele, die zo’n 3% van de in Nederland geproduceerde elektriciteit opwekt (bron: CBS). Bij het kernsplijtingsproces komt geen CO2 vrij, maar wel tijdens de bouw van de centrale en bij winning en transport van splijtstof (net als de productie van installaties voor duurzame energie). Per kilowattuur elektriciteit is de CO2-emissie zeer laag, en vergelijkbaar met die van windenergie als daarbij ook de emissies bij de bouw en installatie van de turbines wordt meegerekend. Na gebruik van de splijtstof blijft er kernafval over dat nog gedurende duizenden jaren radioactieve straling afgeeft. Dit hoogradioactief afval wordt tijdelijk opgeslagen in de HABOG (Hoogradioactief Afval Behandelings- en OpslagGebouw). Voor de definitieve opslag van het kernafval is door Nederland nog geen besluit genomen. Omdat de splijtstof afkomstig is uit mijnbouw, en daarmee eindig is, wordt kernenergie niet beschouwd als hernieuwbare energie.

Een voordeel van kernenergie is dat de elektriciteitsproductie niet afhankelijk is van het weer zoals bij elektriciteit uit zon en wind.  In een klimaatneutraal elektriciteitssysteem met een kerncentrale zijn minder voorzieningen nodig om de fluctuaties van wind- en zonne-energie op te vangen dan een systeem waarbij de elektriciteitsproductie vrijwel volledig van zon en wind afkomstig is. Een kerncentrale kan ook worden gebruikt om waterstof te produceren of warmte te leveren aan de industrie. Op die manier zou kernenergie een nuttige bijdrage kunnen leveren aan een klimaatneutrale energievoorziening.

De voor- en nadelen vergen een zorgvuldige afweging.

Naast de voordelen van een vrijwel CO2-vrije en niet van het weer afhankelijke vorm van elektriciteitsopwekking met een kleiner direct ruimtebeslag dan bij energie uit zon en wind, zijn er ook belangrijke nadelen aan kernenergie verbonden. Het is nog onduidelijk wat de beste manier is om het hoogradioactieve kernafval definitief op te slaan. Andere nadelen zijn dat splijtingsproducten kunnen worden gebruikt in kernwapens en in vuile bommen (conventionele explosieven gecombineerd met radioactief materiaal), en dat ongelukken met kerncentrales grote gebieden onbewoonbaar maken. Een praktisch bezwaar is dat de bouwkosten en de bouwduur van nieuwe kerncentrales in Europa en de VS hoog zijn opgelopen. In China en rest van Zuidoost-Azië zijn die kosten lager en de bouwtijd korter. De hogere kosten in Europa en de VS hebben vooral te maken met verhoogde veiligheidseisen, nieuwe en complexere reactorontwerpen en materialen, hoge arbeidskosten en het opnieuw moeten opdoen van ervaring met de bouw van kerncentrales. Die hoge kosten zijn vooral een probleem voor de rentabiliteit van een kerncentrale als die niet continu kan draaien. Die situatie kan zich voordoen in elektriciteitssystemen met veel elektriciteitsproductie uit wind en zon. Bij nieuwe innovatieve reactortypen die in ontwikkeling zijn (generatie 4), zoals de thoriumreactor, komt minder kernafval vrij met een kortere levensduur en is de veiligheid beter gewaarborgd. Verwacht wordt dat deze reactoren sneller gebouwd kunnen worden, vanwege de kleinere omvang en fabrieksmatige productie.

In een aantal veel getoonde IPCC-scenario’s voor een klimaatneutrale energievoorziening is er een rol voor kernenergie, maar dat betekent niet dat een CO2-vrij energiesysteem niet zonder kernenergie zou kunnen. Het IPCC stelt zelf ook dat deze scenario’s geen opties voorschrijven of dat ze onontkoombaar zijn. Het gaat bovendien om wereldwijde scenario’s. Er zijn grote verschillen in de energiesystemen van verschillende landen waardoor de inpasbaarheid van kernenergie ook sterk kan verschillen. Die verschillen kunnen leiden tot verschillende combinaties van CO2-vrije energietechnieken om tot een lokaal optimale aanpak te komen, en daarmee tot een keuze om kernenergie al dan niet in te zetten.

Of kernenergie nodig is voor de Nederlandse energietransitie hangt af van het al dan niet uitsluiten van opties.

Kernenergie wordt veel besproken als een optie om te komen tot een CO2-vrije energievoorziening. Gezien de bouwtijd zal het dan wel pas na 2030 een bijdrage kunnen leveren, en voorlopig in de vorm van een 3e-generatie kerncentrale. Er zijn felle tegenstanders, maar ook grote voorstanders die stellen dat de energietransitie zonder kernenergie niet mogelijk zou zijn. De vraag of bepaalde opties noodzakelijk zijn kan echter niet zonder overzicht van het gehele toekomstige energiesysteem worden beantwoord. Je moet weten wat de toekomstige elektriciteitsvraag is en welke beperkingen er aan verschillende opties worden opgelegd. Enerzijds zijn er al plannen voor sterke groei van wind op zee en van zonne-energie. Door het grote ruimtegebruik kunnen deze bronnen binnen Nederland echter niet onbeperkt worden ingezet. Ook andere keuzes voor het energiesysteem zijn van invloed. Nu importeert Nederland grote hoeveelheden aardolie, steenkool en aardgas. Als import van hernieuwbare energie (niet alleen biomassa maar ook blauwe en groene waterstof) sterk zou worden beperkt, wat de aanname lijkt te zijn van de meeste milieuorganisaties en een deel van de politieke partijen, betekent dat dat er meer energie binnen Nederland zou moeten worden opgewekt. Het bereiken van een CO2-neutrale energievoorziening wordt dan lastiger. Ook CO2-opslag in lege gasvelden onder de Noordzee is een optie die volgens sommigen meer beperkt zou moeten worden dan nu het plan is. Al deze voorkeuren zullen leiden tot een politieke keuze voor in te zetten opties, en tot randvoorwaarden waarbinnen de energietransitie tegen de laagst mogelijk maatschappelijke kosten gerealiseerd kan worden. Een interessante manier om naar deze keuzen en hun gevolgen te kijken is de “beslisboom” van eRisk. Daarin komt de vraag naar zelfvoorzienendheid al aan het begin aan bod.

De beste aanpak is om te besluiten over kernenergie nadat de gevolgen van de randvoorwaarden voor de toekomstige hernieuwbare energievoorziening zijn geanalyseerd.

De beste volgorde om te komen tot een besluit over kernenergie in Nederland lijkt dus te zijn om eerst de randvoorwaarden vast te stellen (het geraamde toekomstig energieverbruik, de gewenste hoeveelheid import van hernieuwbare energie, de gewenste hoeveelheden van verschillende soorten hernieuwbare energie uit Nederland, leveringszekerheid) en dan binnen die randvoorwaarden de mix van opties met de laagste maatschappelijke kosten te bepalen. Subsidies kunnen in de discussie buiten beschouwing blijven omdat die bij het bepalen van de maatschappelijke kosten geen rol spelen, maar pas bij de verdeling van de maatschappelijke kosten. Als kernenergie niet in deze kostenoptimale mix voorkomt hoeft er ook niet meer over de voors en tegens ervan gediscussieerd te worden.

TNO heeft in 2020 twee scenario’s opgesteld voor de toekomstige energievoorziening in Nederland en die doorgerekend met een kostenoptimalisatiemodel. Hierbij zijn voor sommige opties restricties opgelegd aan de omvang van de inzet (zoals wind op land en op zee, biomassa en CCS), maar niet voor kernenergie. De kosten van extra benodigde flexibiliteit en van infrastructuur voor transport en opslag van energie zijn in de kosten meegenomen. De gehanteerde technische en economische parameters voor kerncentrales zijn te vinden in de fact sheets op deze site. Door de grote hoeveelheid elektriciteit uit wind en zon zullen kerncentrales weinig draaiuren kunnen maken. Daardoor zal kernenergie, op basis van de verwachte kosten van alle opties, in de Nederlandse context duurder zijn dan alternatieve technieken. Vanwege de hoge kosten komt kernenergie niet voor in de kostenoptimale energiemix in beide TNO scenario’s. Het aantal draaiuren verhogen door kernenergie in te zetten voor waterstofproductie is volgens onderzoek van Berenschot en Kalavasta hiervoor een onvoldoende oplossing.

TNO heeft in opdracht van de provincie Noord Brabant onderzoek verricht naar welke rol kernenergie kan spelen in de provincie Noord Brabant. TNO heeft daarbij in samenwerking met de Nuclear Research Consultancy Group (NRG) gekeken naar recente inzichten met betrekking tot onder andere kosten, veiligheid en de rol en inpasbaarheid van kernenergie in een CO2-arme energiehuishouding. Hierbij is ook gekeken naar de potentie van zogeheten vierde generatie kerncentrales.