KP-FHR

Type: SMR zoutgekoelde HTR – VS

Onderstaand zijn de nieuwsberichten vermeld, die op de KP–FHR betrekking hebben.

Achtergrondinformatie:

Kairos Power ontwikkelt een SMR, een kleine modulaire reactor. Het betreft een zoutgekoelde kogelbedreactor. De reactor heet KP–FHR. Dat staat voor: Kairos Power Fluoride Salt-cooled High-temperature Reactor. De reactor is dus een Hoge Temperatuur Reactor, waarbij de koeling niet met helium, maar met gesmolten zout plaatsvindt. Het heet FLiBe en het is een mengsel van lithiumfluoride (LiF) en berilliumfluoride (BeF2). FLiBe is doorzichtig en heeft een lage dampdruk bij een hoge temperatuur.

Een kogelbedreactor heeft bolvormige splijtstofelementen ter grootte van een tennisbal, die los, dus ongeordend gestapeld zijn in een reactorvat, dat aan de binnenzijde is bekleed met een dikke laag grafiet. Tot nu toe is dit type reactor gekoeld met het edelgas helium. Het Amerikaanse bedrijf Kairos Power is op de gedachte gekomen om een fluoridezout als koelmiddel toe te passen. Dat zout heeft voordelen ten opzichte van helium. Om goed te koelen moet het helium onder een druk staan van minimaal 40 bar. Het probleem is, dat helium bij die druk gemakkelijk uit het primaire systeem lekt. Dat probleem doet zich bij FLiBe niet voor, omdat het onder atmosferische druk staat.

Bij kogelbedreactoren vindt het wisselen van de splijtstof tijdens normaal bedrijf plaats. Dat heeft het voordeel, dat er bijna geen overreactiviteit is. Wat er niet is, hoef je ook niet te beheersen. Vanwege de natuurlijke remmen, die aanwezig zijn, kan het kernsplijtingsproces onmogelijk uit de hand lopen. De reactor is in hoge mate inherent veilig. Temeer, omdat de splijtstofelementen uit grafiet bestaan, dat een matrix vormt voor de geavanceerde splijtstof in de vorm van kleine gecoate bolletjes ofwel coated particles. De splijtstofbolletjes houden de kernsplijtingsproducten vast tot hoge opbrand en hoge temperatuur. Deze splijtstof staat bekend onder het acroniem TRISO. TRISO is een samenvoeging van tristructural isotropic, ofwel drie structuurmaterialen. Gaande van binnen naar buiten is er eerst het splijtstofbolletje van uraniumoxicarbide, een mengsel van uraniumdioxide (UO2) en uraniumcarbide (UC), met een diameter van 0,5 millimeter, dan een poreuze koolstoflaag, een dichte koolstoflaag, een laag van siliciumcarbide (SiC) en tenslotte nog een laag van koolstof. De buitendiameter is 0,92 millimeter. De coatings, de buitenste lagen, werken als insluiting. Dat wil zeggen, dat de kernsplijtingsproducten er tot een temperatuur van 1600 Celsius niet uit kunnen lekken. Omdat de heetste plaats in de reactorkern die temperatuur nooit kan bereiken is een veiligheidsomhulling in de vorm van een dubbel gebunkerd reactorgebouw is niet nodig uit oogpunt van interne veiligheid. De reactor is zo ontworpen, dat na afschakelen er geen externe koeling nodig is om de vervalwarmte af te voeren. De natuurlijke warmtestroom door de vatwand volstaat.

De heliumgekoelde kogelbedreactor is ontwikkeld in Duitsland, waar er twee in bedrijf zijn geweest. De AVR (13 MWe) in Jülich van 1966 tot 1988. Hij was redelijk succesvol. De THTR (300 MWe) in Schmehausen draaide maar twee jaar, was een mislukking en sloot in 1989 vanwege de materiaalproblemen, die optraden bij de hoge temperatuur van 900 Celsius. China adopteerde de Duitse technologie en nam in 2003 de HTR-10 in bedrijf. Voorts heeft China sinds december 2012 een tweelingreactor, de HTR-PM (210MWe) in aanbouw. Deze centrale is bijna af.

Het primair systeem van KP–FHR heeft een drietal koelcircuits. Het heeft een temperatuur aan de reactoruitgang van 650 Celsius. De verrijkingsgraad is bijna 20%. Een koelmiddelpomp stuwt het FLiBe door de kern en vervolgens door een tussenwarmtewisselaar. Het secundaire systeem is de schakel tussen de tussenwarmtewisselaar en de stoomgenerator. Het bevat een gesmolten zout, waarmee veel ervaring is opgedaan met zonne-energiecentrales op basis van geconcentreerde zonne-energie (CSP) in de vorm van een nitraat (60% NaNO3 en 40% KNO3). In het tertiaire systeem is de turbine opgenomen, die de generator aandrijft.

In de Verenigde Staten is in de periode tussen 1965 en 1969 ervaring opgedaan met een prototype gesmoltenzoutreactor. Dat was MSRE, ofwel Molten Salt Reactor Experiment. Het koelmiddel van deze reactor bestond uit een FLiBe. Het LiF is moeilijk te maken vanwege de noodzakelijke isotopenscheiding. In FLiBe zit geen lithium-6, omdat dat neutronen vangt, in tegenstelling tot de andere in natuurlijk lithium voorkomende isotoop, lithium-7. In de MSRE was de splijtstof opgelost in het gesmolten zout. Bij KP–FHR is dat dus niet het geval.

Stand van de ontwikkeling:

Kairos Power kreeg een overheidssubsidie van 303 miljoen dollar van het Amerikaanse energieministerie Department of Energy voor de ontwikkeling van de KP–FHR en om de vergunningverlening te versnellen. Het is een van de twee Amerikaanse bedrijven, die sinds 2019 overheidssubsidie ontvangt voor de ontwikkeling van een SMR.

Eind mei 2020 ging Kairos Power een strategische samenwerking aan met het eveneens Amerikaanse bedrijf Materion Corporation voor de levering tegen aanvaardbare kosten van het koelmiddel, inclusief het Be2F-zout. Materion Corporation is een bedrijf, dat is gespecialiseerd in de productie van geavanceerde materialen, inclusief berylliumhoudende materialen. Beryllium is berucht vanwege zijn grote giftigheid. Daarnaast levert Materion Corporation technisch advies en ondersteuning.

Begin mei 2021 volgde een samenwerking met Tennessee Valley Authority (TVA). Dat is Amerika’s grootste elektriciteitsbedrijf, dat 40% van zijn stroom met kernenergie opwekt. TVA en Kairos gaan een klein prototype van de zoutgekoelde kogelbedreactor bouwen in Oak Ridge, vlakbij het kernenergieonderzoekcentrum. Deze proefreactor heeft een vermogen van 50 MWe. TVA brengt zijn kennis in op het gebied van de SMR en is ook betrokken bij de vergunningaanvrage. De uiteindelijke commerciële reactor moet 140 MWe gaan leveren. Die reactor moet nog dit decennium beschikbaar komen en elektriciteit leveren, die concurreert met die uit een gascentrale.

Google sloot in het najaar van 2024 een overeenkomst met het bedrijf Kairos Energy voor de bouw van een zevental KP-FHR eenheden. De eerste komt al in 2030 in bedrijf. In totaal zullen de zeven eenheden een vermogen hebben van 500 MWe.

Referenties

De volgende nieuwsberichten hebben betrekking op de KP–FHR. U kunt ze lezen door op de desbetreffende titel te klikken.

1. “Gesmoltenzoutreactor krijgt zout dankzij samenwerking” van 2 juni 2020
2. “Amerikaans elektriciteitsbedrijf bouwt prototype zoutgekoelde kogelbedreactor” van 1 juni 2021
3. “Amazon, Google en Microsoft hebben straks hun eigen kernenergie” van 28 oktober 2024.