Fotocredit: By Oak Ridge National Laboratory – US DOE, https://commons.wikimedia.org/
Thorium kan langetermijnoplossing zijn voor de energiebehoeften van de mensheid
China is niet het enige land dat de unieke eigenschappen van thorium wil benutten. In het verleden hebben India, Japan, het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten en andere landen blijk gegeven van enthousiasme voor onderzoek naar de mogelijke toepassing van thorium in kernenergie. De aantrekkingskracht van dit metaal is dat het een overvloediger en efficiënter substituut kan zijn voor uranium, de belangrijkste nucleaire brandstof.
Het gebruik van thorium voor energieproductie is echter niet zonder uitdagingen, en deze worden besproken in een nieuwe IAEA-publicatie Near-Term and Promising Long-Term Options for the Deployment of Thorium-Based Nuclear Energy. Het rapport bevat een uitgebreide samenvatting van de resultaten van een vier jaar durend, door de IAEA gecoördineerd onderzoeksproject naar de mogelijkheden om kernenergie op basis van thorium te ontwikkelen, en onderzoekt de voordelen en uitdagingen van het gebruik van thorium als brandstof en analyseert de toepassing ervan in verschillende soorten reactoren – van de meest gebruikte watergekoelde reactoren tot gesmoltenzoutreactoren.
“Veel landen beschouwen thorium als een levensvatbare en zeer aantrekkelijke optie om energie op te wekken en in hun groeiende energiebehoefte te voorzien”, aldus Kailash Agarwal, specialist in splijtstofkringloopfaciliteiten bij de IAEA en een van de auteurs van het rapport. “Ons onderzoeksproject heeft geholpen om waardevolle kennis en ervaring te delen tussen nationale laboratoria en onderzoeksinstellingen over het gebruik van thorium, met als hoogtepunt deze publicatie.”
Thorium is een zilverachtig, licht radioactief metaal dat vaak voorkomt in stollingsgesteenten en zwaar mineraal zand. Het is genoemd naar Thor, de god van de donder in de Noorse mythologie. Het komt drie tot vier keer meer voor in de natuur dan uranium, maar wordt van oudsher weinig gebruikt in de industrie of bij de opwekking van elektriciteit. Dit komt deels doordat thorium op zichzelf geen nucleaire splijtstof is, maar wel kan worden gebruikt om er een van te maken. Bij bestraling ondergaat thorium-232 een reeks kernreacties, waarbij uiteindelijk uranium-233 wordt gevormd, en dat is een splijtbaar materiaal dat kan worden ingezet als splijtstof in kernreactoren.
Wat heeft thorium te bieden?
Thorium heeft verschillende voordelen ten opzichte van de conventionele splijtstof uranium-235. Thorium kan meer splijtbaar materiaal (uranium-233) genereren dan het verbruikt in een watergekoelde of gesmoltenzoutreactor. Volgens schattingen bevat de aardkorst gemiddeld 10,5 delen per miljoen (ppm) thorium, tegenover ongeveer 3 ppm uranium. “Vanwege zijn overvloed en zijn vermogen om splijtbaar materiaal te kweken, zou thorium mogelijk een langetermijnoplossing kunnen bieden voor de energiebehoeften van de mensheid,” aldus Agarwal. Een ander voordeel is dat reactoren op basis van thorium veel milieuvriendelijker kunnen zijn dan hun tegenhangers op basis van uranium. Niet alleen stoten deze reactoren – en kernenergie in het algemeen – tijdens hun werking geen broeikasgassen uit, ze produceren ook minder langlevend kernafval dan de huidige reactoren die op uranium werken.
Niet zonder uitdagingen
Er zijn echter verschillende economische en technische obstakels die de toepassing van thorium bemoeilijken. Hoewel het metaal overvloedig aanwezig is, is de winning ervan momenteel duur. “Het mineraal monaziet, dat een belangrijke bron is van zeldzame aardelementen, is ook een primaire bron van thorium”, aldus Mark Mihalasky, specialist in uraniumbronnen bij de IAEA. “Zonder de huidige vraag naar zeldzame aardelementen zou monaziet niet alleen voor zijn thoriumgehalte worden gedolven. Thorium is een bijproduct, en de winning van thorium vereist methoden die duurder zijn dan voor uranium. De hoeveelheid thorium die op rendabele wijze uit de grond kan worden gehaald, is momenteel dus niet zo groot als voor uranium. Dit zou echter kunnen veranderen als er meer vraag zou zijn naar thorium en de toepassing ervan in kernenergie.” Even duur zijn onderzoek, ontwikkeling en testen van door thorium aangedreven nucleaire installaties, vanwege het gebrek aan significante ervaring met thorium en de historische voorrang van uranium in kernenergie. “Een ander obstakel voor thorium is dat het moeilijk te hanteren kan zijn”, aldus Anzhelika Khaperskaia, technisch hoofd voor splijtstoftechnologie en splijtstofkringloopfaciliteiten bij de IAEA. Omdat het een vruchtbaar en niet splijtbaar materiaal is, heeft het een ‘aandrijver’ nodig, zoals uranium of plutonium, om een kettingreactie op gang te brengen en te houden. “Om aan de groeiende vraag naar energie te voldoen en de mondiale klimaatdoelstellingen te verwezenlijken, is de wereld op zoek naar alternatieve duurzame en betrouwbare energietechnologieën. Thorium kan daar één van worden,” concludeerde Clément Hill, sectiehoofd bij de IAEA. “We zullen ons onderzoek voortzetten om geloofwaardige en wetenschappelijk onderbouwde resultaten te leveren voor degenen die geïnteresseerd zijn in het werken met thorium.”