Gesmoltenzoutreactoren zijn één van de potentiële innovaties binnen de wereld van de kernenergie. Mogelijk grensverleggend, want de technologie staat nog niet volledig op punt.

‘MSR’s’ (of: molten salt reactors, red.) gelden nog steeds als the next big thing, hoewel het onderzoek ernaar al eind jaren 1950 is gestart. We hebben het er op deze site al eens eerder over gehad (zie hier, en hier). Maar… wat is weer het verschil met ‘gewone’ kernreactoren?

• De standaard kernreactor die wordt gebruikt is de lichtwaterreactor. Uraniumatomen worden gesplitst om energie te creëren, en de producten die overblijven, stralen enorme hoeveelheden warmte uit. Ze worden bewaard in vaste brandstofstaven, en er wordt water door de staven geleid om alles koel genoeg te houden.

• Als er niet genoeg koelwater is, kunnen de staven oververhit raken en loopt de hele installatie het risico te smelten (meltdown).

• In sommige MSR’s (niet allemaal, haasten we ons te zeggen) worden tijdens en na de kernreactie echter álle radioactieve bijproducten opgelost in gesmolten zout.

Gedaan met groot risico

Dit laatste “elimineert het risico van een meltdown”, schrijft de website Freethink, die een longread wijdde aan het onderwerp. 

• Verder: “de brandstof kan niet smelten als hij al vloeibaar is – en als er een lek zou ontstaan, zouden het zout en de brandstof die zouden ontsnappen, snel stollen tot een rotsachtig gesteente bij het afkoelen. Dit zou gemakkelijker op te ruimen zijn dan het radioactieve water of de stoom die vrijkomt als een drukwaterreactor lekt.

• Hoewel we niet zeker weten wat het zou kosten om een gesmolten zoutreactor te bouwen, verwachten analisten dat de bouw goedkoper zou zijn dan die van standaard waterreactoren, omdat het ontwerp minder onderdelen bevat.”

Werkpunt

Maar: “Het lastige van de gesmoltenzoutreactor is dat het gaat om hoge temperaturen en zout”, zegt Joost van den Broek, van nucleaire consultancygroep NRG tegen techsite Tweakers. “Dat betekent corrosie en spanningen, wat veel vergt van de materialen.”

• “Zoals iedereen die in de buurt van de kust woont weet, vreet chemisch corrosief zout water de meeste metalen voorwerpen aan”, schrijft de MSR-kritische natuurkundige M.V. Ramana op de site van The Bulletin, een non-profitorganisatie die zich buigt over veiligheidskwesties.

• De materialen die worden gebruikt voor de productie van MSR-onderdelen moeten dus hun integriteit behouden in een zeer radioactieve en corrosieve omgeving, en bij hoge temperaturen.

• Om het corrosieprobleem op te lossen, ontwikkelde het immense Amerikaanse laboratorium Oak Ridge eind jaren 1950 een nieuwe legering van kobalt, chroom, nikkel en molybdeen, Hastelloy genaamd.

• Ramana: “Hoewel Hastelloy niet op significante wijze aangetast raakte – althans tijdens de vier jaar van intermitterend gebruik – had het twee belangrijke problemen. Ten eerste had het materiaal moeite om met spanningen om te gaan. Het werd bijvoorbeeld broos. Ten tweede ontwikkelde het materiaal scheuren op oppervlakken die blootstonden aan het brandstofzout. In beide gevallen kon het onderdeel het begeven.”

• Deze problemen zijn nog steeds relevant, betoogt de fysicus. “Zelfs nu nog kan geen enkel materiaal bevredigend presteren in de hoge straling, hoge temperatuur en corrosieve omgeving binnenin een gesmoltenzoutreactor. Met andere woorden, vijftig jaar nadat de eerste MSR-installatie werd stilgelegd, hebben technische deskundigen nog steeds vragen over de ontwikkeling van materialen voor een nieuw MSR-ontwerp.”

Onderzoek

In onder meer de onderzoeksreactor van het Nederlandse Petten wordt intussen research verricht naar de ontwikkeling van nieuwe materialen die het corrosieprobleem het hoofd kunnen bieden.

• Jan Leen Kloosterman van het Reactor Instituut Delft, onderdeel van de Technische Universiteit Delft, zegt tegen Tweakers nog steeds te geloven in Hastelloy. “Met de juiste chemie kun je de corrosie in de hand houden”, klinkt het.

• Verder materiaalonderzoek vergt ook nog wat tijd. Intussen zijn er start-ups die werken aan modulaire MSR’s, aldus Kloosterman. Hierbij worden de belangrijkste onderdelen om de paar jaar verwisseld. Dit is evenwel ook geen ideale oplossing, want, net als bij ‘gewone’ small modular reactors, levert het meer kernafval op.

Dit stuk verscheen eerder in ingekorte versie in de energie-nieuwsbrief ‘Energy Insider’ – abonneer je hier

(bg)