Het lag niet voor de hand dat Lucas Pool met kompaan Sander de Groot zou gaan werken aan een nieuw type kernreactor. „Ik kom uit een nogal nucleairsceptisch gezin. Uit idealistische overwegingen deed ik een studie duurzame energie. Vooral wind en zon moesten het gaan maken. Het alternatief was ondergrondse opslag van CO2. Het was destijds vooral een uitdaging om de CO2-uitstoot omlaag te krijgen.”

Aan al die technieken zitten nogal wat haken en ogen, vervolgt Pool. „Wind- en zonne-energie hebben veel ruimte nodig. En ondergrondse CO2-opslag is niet zonder risico’s.” Het zette hem aan het denken. Toen kwam kernenergie in beeld. „Dat is een heel handige technologie om elektriciteit op te wekken. Je hebt geen CO2-uitstoot, en het ruimtebeslag is beperkt”, weet Pool. „Bovendien hebben we straks heel veel stroom nodig. Dat ga je nooit redden met alleen windmolens en zonnepanelen.”

Natuurlijk weet de Amsterdamse ondernemer dat kerncentrales langlevend radioactief afval produceren. Maar daar biedt zijn concept juist een oplossing voor. „Ik ben kernenergie pragmatisch gaan benaderen. Als ik er iets mee doe, moet onze centrale energie uit het afval halen. Ik moest dus een volgende generatie kernenergie gaan bedenken.”

Zijn werk voor onderzoeksinstituut NRG in Petten bleek daarvoor een sterke stimulans. „Ik heb daar vijf jaar onderzoek gedaan naar de gesmoltenzoutreactor. Langzaam maar zeker ontwikkelden we onze ideeën over een nieuwe generatie kernreactoren.”

Het resultaat is het Amsterdamse bedrijf Thorizon, een spin-off van NRG. Het eerste doel van de start-up was de ontwikkeling van een gesmoltenzoutreactor die kon draaien op thorium, een zilverwit metaal dat wereldwijd beschikbaar is. Pool: „Daarna kwam het plan om de reactor ook geschikt maken voor het verbranden van hoogradioactief afval. Momenteel zijn we bezig met een reactor die draait op een mengsel van thorium en kernafval.”

De thoriumreactor verschilt op heel wat punten van een gewone kernreactor. Een van de belangrijkste is dat een kernreactor staven met uraniumbrandstof koelt met water. Als de brandstofstaven droog komen te staan, kan dat aanleiding zijn tot een meltdown. Daarbij loopt de temperatuur van de brandstof zo hoog op dat de staven dwars door het reactorvat heen smelten.

„Dat is bij een gesmoltenzoutreactor onmogelijk”, verklaart de oprichter van Thorizon. „De brandstof van uranium of thorium en kernafval bevindt zich in gesmolten zout van 700 graden Celsius. Dat is een chloridezout dat lijkt op keukenzout. En nee, de exacte samenstelling daarvan vertellen we niet, die is bedrijfsgeheim.”

Een reactorvat telt zeven modules, langwerpige staven, elk met een hoeveelheid splijtstof die te weinig is om een kernreactie op gang te brengen. Wanneer alle zeven modules in het reactorvat hangen, kan er boven in de modules een kernreactie op gang komen. De kernreactie loopt zolang er gesmolten zout wordt rondgepompt in de reactormodules.

Onmogelijk

„Als er iets misgaat, zakt het zout door de zwaartekracht vanzelf naar de bodem van de module. Op dat moment stopt de reactie. Wanneer één module uit het reactorvat wordt gehaald, stopt de kernreactie ook. Door deze opzet is het vrijwel onmogelijk dat er in een gesmoltenzoutreactor een meltdown plaatsheeft”, legt Pool uit.

Elke module gaat zo’n vijf jaar mee. Omdat de kernreactie in het bovenste deel van de module plaatsheeft, slijt deze door het voortdurende bombardement met radioactieve deeltjes. Na vijf jaar moet de module met de brandstof worden vervangen, nog voordat het materiaal van de module is verzwakt door het onophoudelijke neutronenbombardement. De onderkant heeft daarvan geen hinder en is waarschijnlijk herbruikbaar.

De bovenkant van de module en de opgebruikte brandstof zijn radioactief; ze bestaan uit kortdurend radioactief afval. Dat produceert hooguit enkele honderden jaren ioniserende straling en moet gedurende die tijd worden opgeslagen. Afval uit een gewone kerncentrale blijft honderdduizenden jaren radioactief.

Een uitdaging is het materiaal waardoor het gesmolten zout van 700 graden Celsius moet gaan stromen, stelt Pool. „Vloeibaar zout van hoge temperatuur vreet de meeste materialen gewoon weg. Daarbij komt dat de materialen ook slijten door het voortdurende bombardement met radioactieve deeltjes. We gaan de komende tijd onderzoek doen naar een materiaal dat daar wel tegen kan. Welk materiaal dat is, is bedrijfsgeheim.”

In een verbeterd ontwerp van de centrale hopen de initiatiefnemers nog meer hoogradioactief afval te kunnen ‘verstoken’, dat bestaat uit plutonium en andere langlevende radioactieve elementen. „Bij kernsplijting levert 1 gram plutonium ongeveer 10.000 kilowattuur elektriciteit op”, laat Jan-Leen Kloosterman, hoogleraar kernreactorfysica aan TU Delft, desgevraagd weten. En dat is genoeg om 20.000 wasmachines met A-label een uur te laten draaien.

Of de reactor van Thorizon een permanente ondergrondse opslag voor langlevend kernafval helemaal overbodig maakt, is echter de vraag. Kloosterman: „Ondergrondse opslag is nog steeds nodig, omdat er altijd wat sporen van langlevende radionucliden in het afval zullen zitten. De radioactiviteit is na 300 jaar wel sterk afgenomen.”

Stoom

Een kernreactie wekt heel veel energie op uit een klein beetje brandstof. De gesmoltenzoutreactor van Thorizon levert via een warmtewisselaar stoom van 550 graden Celsius. „Deze stoom kan direct aan industriële gebruikers worden geleverd die met hoge temperaturen werken, zoals de chemische industrie, die nu afhankelijk is van fossiele brandstoffen. Deze toepassing zou al direct veel CO2-uitstoot schelen”, verwacht Pool. Wat hem betreft is de industrie„ een interessante niche”. De reactor levert dan een vermogen van 250 megawatt, maar kan met dezelfde stoom ook 100 megawatt aan elektriciteit opwekken.

Met de Thorizonreactor kan dat allemaal, maar het bedrijf is afhankelijk van de benodigde vergunningen om ergens een centrale te mogen bouwen. „Daarom zijn we nu al bezig met vergunningen voor de toekomstige bouw van een centrale”, verklaart de Amsterdamse ondernemer. Met name Borssele, de Tweede Maasvlakte en het Eemshavengebied noemt hij als mogelijke locatie. „Maar in principe kan zo’n centrale overal komen te staan.”

De bedoeling is om in 2035 de eerste gesmoltenzoutreactor draaiend te hebben. „Dat is realistisch”, meent Pool. „Dat hebben we laten uitzoeken door het onafhankelijke Belgische bureau Tractebel Engie. En misschien kan het wel veel eerder als we sommige ontwikkelingsfases parallel laten lopen. Dat zou het hele proces kunnen versnellen.”