De MSR gebruikt in het Oak Ridge Molten Salt Reactor experiment in de jaren 1960. US DOE, https://commons.wikimedia.org
Hoogwaardige warmte voor industriële processen, waaronder waterstofproductie
In veel opzichten verschillen gesmoltenzoutreactoren (MSR’s) niet zoveel van conventionele kernreactoren. Net als de druk- en kokendwaterreactoren die sinds de begindagen van kernenergie niet meer weg te denken zijn uit de industrie, maken MSR’s gebruik van gecontroleerde splijtingsreacties om elektriciteit te produceren. Maar in tegenstelling tot watergekoelde reactoren worden MSR-kernen gekoeld met zouten, een ontwerpkenmerk dat veel voordelen kan bieden op het gebied van efficiëntie en dat MSR’s bijzonder geschikt maakt voor niet-elektrische toepassingen.
MSR’s vinden hun oorsprong in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in de Verenigde Staten. In eerste instantie ontwikkeld als onderdeel van het Aircraft Reactor Experiment in de jaren 1950, voerde ORNL van 1965 tot 1969 een proef uit onder de naam Molten-Salt Reactor Experiment (MSRE), waarbij een experimentele 7,34 MW (th) MSR in bedrijf werd genomen. Het project bewees het concept van reactoren die worden aangedreven door vloeibare brandstof en gekoeld door gesmolten zouten.
“Hoewel MSR’s tientallen jaren geleden voor het eerst werden bedacht en getest, is dit reactortype nog niet commercieel toegepast, hoewel daar in de nabije toekomst verandering in kan komen”, zegt Tatjana Jevremovic, waarnemend hoofd van de Nuclear Power Technology Development Section van de IAEA. “Gesmoltenzoutkoelvloeistoffen hebben een uitzonderlijk vermogen om warmte te absorberen, waardoor MSR’s zouden kunnen werken bij de zeer hoge temperaturen die nodig zijn om hoogwaardige warmte te produceren voor industriële processen, waaronder waterstofproductie.”
MSR’s kunnen gesmolten zouten gebruiken als koelmiddel en/of brandstof. De meeste ontwerpen zijn gebaseerd op vloeibare brandstoffen die opgelost zijn in het koelmiddel op basis van gesmolten zout. Andere worden aangedreven door de meer traditionele vaste brandstofstaven, waarbij het gesmolten zout alleen dient als koelmiddel.
Voorblad van Technical Reports Series No. 489: Status of Molten Salt Reactor Technology
MSR's hebben het potentieel om het meest economische reactortype te worden voor een gesloten splijtstofcyclus
Een nieuwe publicatie in de Technical Report Series van de IAEA, Status of Molten Salt Reactor Technology, geeft een overzicht van de huidige status van MSR-technologie over de hele wereld. Er wordt een overzicht gegeven van de geschiedenis van MSR’s en van de huidige onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten. De voordelen van deze technologie, zoals een kleinere hoeveelheid hoogactief afval en passieve veiligheidsvoorzieningen, maar ook een aantal technische uitdagingen, zoals het ontwikkelen van componenten die kunnen werken in omgevingen met zeer hoge temperaturen, worden gedetailleerd beschreven.
“Zodra er voldoende ervaring is opgedaan, hebben MSR’s het potentieel om het meest economische reactortype te worden voor een gesloten splijtstofcyclus,” zegt Jiri Krepel, Senior Scientist in de Advanced Nuclear Systems Group aan het Paul Scherrer Institute en voorzitter van de MSR-werkgroep in het Generation IV International Forum. “Verschillende ontwerpen, die thorium-232 en uranium-238 gebruiken, zouden een ongekende combinatie van veiligheid en duurzaamheid van de splijtstofcyclus kunnen bieden.”
MSR-ontwerpen in ontwikkeling
Verschillende MSR-ontwerpen worden momenteel ontwikkeld en zijn bijna klaar voor gebruik. In Canada is een SMR-concept (Small Modular Reactor) op basis van gesmolten zout in 2023 geslaagd voor een cruciale beoordeling van het ontwerp voorafgaand aan het verlenen van een vergunning aan de verkoper. En andere projecten, waaronder in China en de VS, blijven vooruitgang boeken, met de hoop dat MSR’s al halverwege de jaren 2030 in gebruik kunnen worden genomen. “MSR’s kunnen de duurzaamheid van kernenergie helpen verbeteren, onder andere door bij te dragen aan het minimaliseren van nucleair afval, en de proliferatiebestendigheid vergroten”, aldus Kailash Agarwal, specialist in splijtstofkringloopfaciliteiten bij het IAEA. “MSR’s, met name die welke worden aangedreven door brandstof die bestaat uit U-233 en thoriumzouten, kunnen ook bijdragen aan het behoud van natuurlijke uraniumbronnen.”
Hoewel er optimisme heerst over de uitrol in de relatief nabije toekomst, moeten er nog belangrijke uitdagingen worden aangepakt. Er moeten nog normen worden ontwikkeld voor de veiligheid van het ontwerp en het transport van brandstofzout en er bestaan nog geen toeleveringsketens voor MSR-specifieke reactorcomponenten. Er moeten ook nog analyses worden uitgevoerd van potentiële ongevallenscenario’s die uniek zijn voor MSR’s.
“We weten dat MSR’s een levensvatbare optie zijn om plannen voor de uitbreiding van kernenergie te ondersteunen, maar er moet nog veel werk worden verzet voordat ze commercieel kunnen worden ingezet”, aldus Jevremovic. “Het verlenen van vergunningen voor nieuwe reactortechnologieën vereist veel grondige evaluatie, vooral met betrekking tot veiligheidsanalyses. Het is ook belangrijk dat geïnteresseerde landen nadenken over de specifieke rol die zij zien weggelegd voor MSR’s in hun energiesystemen.”
Ondersteuning voor MSR-ontwikkeling
Naast publicaties ondersteunt de IAEA de ontwikkeling en toepassing van MSR’s via een reeks andere initiatieven, waaronder technische bijeenkomsten en workshops. Afgelopen oktober organiseerden de IAEA en het Agentschap voor Kernenergie van de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO-NEA) gezamenlijk de internationale workshop over de chemie van brandstofcycli voor gesmolten-zoutreactortechnologieën in Wenen. Het Nuclear Harmonization and Standardization Initiative (NHSI) van de IAEA, opgericht in 2022, onderzoekt hoe geavanceerde reactoren, waaronder MSR’s, sneller kunnen worden ingevoerd door middel van harmonisering van de regelgeving en industriële standaardisering. Het Agentschap onderhoudt ook het Advanced Reactors Information System (ARIS), een webplatform dat informatie verzamelt, waaronder technische gegevens en andere kenmerken, over alle geavanceerde reactoren die momenteel in ontwikkeling zijn.
Emma Midgley, IAEA Office of Public Information and Communication
Matt Fisher, IAEA Department of Nuclear Energy