VS ontwikkelt revolutionaire kerntechniek voor opwerken en kweekreactor

De Verenigde Staten ontwikkelen een aantal innovatieve kernreactoren. Deels zijn dat thermische reactoren met HALEU-splijtstof, dat is tot 20% verrijkt uranium. Deels snelle kweekreactoren, die ook op die splijtstof draaien of op splijtstof, die plutonium bevat. Vanwege het nog hoge percentage splijtbaar materiaal aan het einde van een reactorcyclus loont het de splijtstof op te werken, de splijtbare materialen af te scheiden om ze te hergebruiken.

Het opwerken van uitgeputte splijtstofelementen van lichtwaterreactoren is in VS nooit van de grond gekomen. President Ford legde in oktober 1976 het opwerken stil en president Carter deed deze activiteit in april 1977 in de ban. Vervolgens vond onder leiding van het Internationaal Atoom Energie Agentschap (IAEA) een grote internationale evaluatie ˚) plaats, waarna president Reagan in 1981 de ban weer ophief. Een initiatief om in samenwerking met de Fransen een opwerkingsfabriek te bouwen liep op niets uit. Die fabriek zou, net als in Frankrijk en Engeland, gebruikmaken van het PUREX-proces, waarbij de afscheiding van het bestraalde uranium en het plutonium langs chemische weg plaatsvindt.

Sinds de besluiten van de presidenten Ford en Carter vond in VS geen civiele opwerking meer plaats en zijn de uitgeputte splijtstofelementen van de lichtwaterreactoren in interim opslagfaciliteiten geplaatst. De hoeveelheid elementen is inmiddels opgelopen tot 85000 ton en jaarlijks komt daar 2000 ton bij. Het voordeel van opwerken is, dat de hoeveelheid radioactief afval fors afneemt. Dat is van belang, omdat VS vooralsnog niet over een eindberging beschikt.

Vanwege het volumeprobleem en de hernieuwde interesse in de kernenergie in VS subsidieert het energieministerie Department of Energy (DoE) onderzoek naar geavanceerde technologie voor het opwerken van splijtstof. Het bedrijf Oklo Inc verwierf subsidie om in samenwerking met de kernenergieonderzoekinstituten in Argonne en Idaho een opwerkingsfabriek te ontwikkelen. De gekozen technologie is elektro-extractie, waarbij eerst de splijtstof uit de uitgeputte splijtstofelementen in metallische vorm, inclusief het kernsplijtingsafval, wordt opgelost in een vloeibaar zout, waarna met elektrolyse de scheiding plaatsvindt. Er zijn drie fracties: uranium; een mengsel van uranium en transuranen, waaronder plutonium; als ook een fractie met de overige radioactieve bestanddelen.

Het plan van Oklo is om eerst een prototype installatie met een capaciteit van 100 ton per jaar te bouwen en daarna een fabriek met een capaciteit van 400 ton per jaar. De bouw van het prototype moet in 2027/2028 starten. Daartoe is in 2025 een bouwvergunning nodig van de Amerikaanse vergunningverlener NRC ˚˚). In economisch opzicht ziet het plan er goed uit. De fabriek van 400 ton kan metallische splijtstof uit een kweekreactor opwerken en produceren voor een prijs van $ 210 per kilogram. Die splijtstof is gelijkwaardig aan verse HALEU, die $ 8000 per kilogram kost. De fabriek kan ook uitgeputte elementen met oxidische splijtstof van lichtwaterreactoren opwerken, maar dan komt de prijs uit op een bedrag tussen $ 1900 en $ 4000 per kilogram.

Oklo Inc is ook het bedrijf, dat een heel kleine kweekreactor met een vermogen van slechts 1,5 MWe ontwikkelt. Deze machine is eventueel te gebruiken als warmtekrachtinstallatie. In het KernVisie nieuwbericht van 24 maart 2020, dat is getiteld “Hybride elektriciteitsproductie-eenheid met microreactor vraagt vergunning aan” is over deze ontwikkeling bericht. Bijzonder is, dat de reactorkoeling plaatsvindt met hittepijpen, die de warmte afgeven aan superkritische CO2. De CO2 drijft een kleine turbine aan. De reactor heeft een splijtstofcyclus van 20 jaar en is gericht op het marktsegment van verafgelegen nederzettingen, grote bedrijven, industrieterreinen, campussen van universiteiten en dergelijk. Het prototype komt op het terrein van Idaho National Laboratory (INL).

Meer informatie:
https://waste-management-world.com/materials/klo-selected-for-a-u-s-doe-project-to-demonstrate-fuel-recycling/

˚) INFCE: International Nuclear Fuel Cycle Evaluation
˚˚) NRC: Nuclear Regulatory Commission

Terug naar het nieuwsoverzicht