Het artikel ‘De maritieme atoombatterij gaat het helemaal maken’ dat NT vorige week op zijn site plaatste, werd opvallend goed gelezen. Mogelijk was de wat ironiserende kop daar mede debet aan, maar duidelijk is dat de belofte van een echt schone brandstof, een die een structurele oplossing van het emissieprobleem in het vooruitzicht stelt, de gemoederen bezig houdt.

Alternatief

Dat roept wel de vraag op hoe kansrijk de nucleaire voortstuwing als alternatief voor de zeer vervuilende maritieme stookolie nu eigenlijk is. Technisch journalist Harry Valentine, gespecialiseerd in thermodynamica, deed in het Amerikaanse blad The Maritime Executive een moedige poging de initiatieven op het gebied van kleinschalige nucleaire aandrijving op een rijtje te zetten.

Als daar een ding uit duidelijk wordt, is dat er hoe dan ook nog een lange weg te gaan is alvorens schepen op andere vormen van kernenergie zullen varen dan die uit traditionele lichtwaterreactoren. Die worden behalve in energiecentrales gebruikt in nucleair aangedreven schepen als onderzeeërs, vliegdekschepen en ijsbrekers. Zo nam het Russische Rosatom vorige week nog het vaartuig ‘Russia’ in aanbouw, een next level atoomijsbreker die wordt voorzien van een reactor van 120 Megawatt, oftewel ruim 160.000 ouderwetse paardenkrachten. Het moet in 2027 in de vaart komen.

Nucleaire voortstuwing

Nucleaire voortstuwing heeft theoretisch ontegenzeggelijk grote voordelen. Schepen hoeven (bijna) nooit meer te tanken, zij het dat de brandstofstaven van een conventionele reactor na een jaartje of vijftien vervangen moeten worden: een gecompliceerde en kostbare operatie. Daarnaast is varen op kernenergie in principe emissieloos, al is met de bouw van reactoren en de productie en opwerking van verrijkt uranium wel de nodige CO2 gemoeid. Over de nadelen kunnen we kort zijn. Denk aan Tsjernobyl, denk aan Fukushima, om nog maar te zwijgen van het bijna eeuwigdurende probleem van nucleair afval.

Een project dat Valentine beschrijft, is het Amerikaanse TerraPower, alweer twaalf jaar geleden opgericht op initiatief van ene Bill Gates. Dat werkt sinds die oprichting aan de ontwikkeling van een zogenoemde kweek- en verbrandingsreactor (breed and burn). Die verbruikt niet alleen de ongeveer 5% hoogverrijkte uranium 235, maar ook de veel grotere hoeveelheid aan laag verrijkt uranium uit de brandstaven die de reactor in gaan. Die kunnen daardoor veel langer mee. ‘Zie het als een haardblok dat zestig jaar blijft branden’, zo zei de oprichter van Microsoft destijds op een presentatie van TerraPower.

Jaren ’50

Maar zo simpel als het concept op papier is, zo gecompliceerd is de technologie om een werkende breed-and-burn-reactor te ontwikkelen. Sterker: ook al dateert het concept al uit de jaren vijftig, nog niemand is erin geslaagd om er een te bouwen. Dat geldt ook voor TerraPower, dat de hoop evenwel nog niet heeft opgegeven om zo tegen 2027 een werkend exemplaar in gebruik te kunnen nemen.

Maar uitgerekend vorige week publiceerde het bedrijf een persbericht dat erop wijst dat het bedrijf het roer heeft omgegooid. In samenwerking met GE Hitachi Nuclear Energy wil Terra nu een natriumreactor van 345 Megawatt ontwikkelen gecombineerd met een energie-opslagsysteem voor gesmolten zout. Volgens TerraPower-baas Chris Levesque zou zo’n installatie tegen 2030 ‘als een van de eerste commerciële nucleaire systemen’ operationeel kunnen zijn.

Smeltwarmte

Het project is gericht op vergroting van de efficiency van het Amerikaanse elektriciteitsnet, maar Valentine ziet ook mogelijkheden voor maritieme toepassingen. Volgens hem zouden schepen uitgerust kunnen worden met zo’n energie-opslagsysteem, dat gevoed wordt door een natriumreactor aan de wal of offshore. Aan boord kan de smeltwarmte worden omgezet in stoom, waarmee vervolgens een turbine wordt aangedreven. Als alternatief ziet hij een ponton met zo’n smeltwarmte-installatie, dat meegesleept wordt door het schip dat de energie uiteindelijk verbruikt.

DCIM100MEDIADJI_0073.JPG

In een later stadium zou er ook een reactor op dat ponton geplaatst kunnen worden. Met grote schepen die meer dan tachtig Megawatt motorvermogen nodig hebben, zou een schip met een kernreactor van 345 Megawatt in een konvooi van vier of vijf schepen mee kunnen varen om onderweg de benodigde energie te leveren. Het lijkt allemaal wat vergezocht en het illustreert hoe lastig het is om commercieel haalbare kleinschalige nucleaire toepassingen voor de scheepvaart te ontwikkelen.

Mijlpaal

Een ander bedrijf dat al jaren werkt aan de ontwikkeling van een kleinschalige reactor, is het eveneens Amerikaanse NuScale Power. Dat meldde afgelopen week een belangrijke mijlpaal: de definitieve goedkeuring door de Amerikaanse nucleaire toezichthouder NRC van het ontwerp van zijn small modular reactor van 60 Megawatt. De vlag ging uit bij het in Portland gevestigde bedrijf, maar ook hier is het een kwestie van heel lange adem. Het bedrijf hoopt zijn eerste van de twaalf geplande modules medio 2029 in gebruik te kunnen nemen.

Concreet is het project in elk geval wel. Volgens NuScale is er al een half miljard dollar in geïnvesteerd en wordt het project gesteund door Fluor Corporation, Amerika’s grootste bouw- en ingenieursbedrijf, bouwer van onder meer raffinaderijen, hangbruggen en centrales. Ook is er al een locatie geselecteerd voor het eerste reactorpark: de Idaho National Laboratory site. Dat is geen verrassing, want die bijna 2500 vierkante kilometer lap woestijngrond is al sinds de Tweede Wereldoorlog ‘s werelds grootste testlocatie voor kernreactoren.

Containerschip

Het NuScale-ontwerp voorziet in een reactor met een hoogte van slechts twintig meter en een doorsnee van nog geen drie meter, ingepakt in een drukvat van 23 meter hoog met een doorsnee van vijf meter. Zo’n unit zou in principe aan boord van een groot containerschip ingebouwd kunnen worden, ware het niet dat het geheel in een ondergronds waterbassin geplaatst wordt. Het water fungeert als koeling en als transportmiddel voor de opgewekte warmte, waarmee dan weer stoomgeneratoren aangedreven kunnen worden. Het water kan in principe eindeloos worden hergebruikt.

Behalve de bekende veiligheidsrisico’s van traditionele reactoren is er volgens Valentine nog een specifieke reden waarom nucleaire voortstuwing in de commerciële scheepvaart op problemen stuit: de vaak gespannen situatie in de regio rond de Rode Zee. Het lijkt nauwelijks denkbaar dat er op afzienbare termijn containerschepen op atoomkracht gaan pendelen tussen Europa en Azië. Daarmee zouden ze alleen inzetbaar zijn op de andere grote vaargebieden: de trans-Pacific, de trans-Atlantic en de intra-Aziatische vaart. Zo’n beperkte inzetbaarheid is voor rederijen weinig aantrekkelijk.

Atoombatterijen

In het licht van dit soort praktische bezwaren, de voortdurende controverse over het gebruik van kernenergie en de immense technische complexiteit lijkt de ronkende aankondiging van de ‘atoombatterijen’ van Core-Power van vorige week weinig realistisch. De Londense start-up van ene Mikal Bøe zegt die toch binnen enkele jaren te willen introduceren.

De claims van het bedrijf, dat in Singapore ook aan de weg timmert, liegen er niet om. Volgens het bedrijf stelt de atoombatterij alle andere mogelijke manieren van emissieloze voortstuwing in de schaduw en is het ‘de enige levensvatbare rendabele, veilige nul-emissie technologie’. Andere alternatieven, zoals waterstof en ammoniak als brandstof, zijn volgens Core-Power veel te duur en onveilig.

Nieuwe technologie

Het bedrijf benadrukt dat het niet gaat gaat om ‘oude’ nucleaire technologie met lichtwaterreactoren zoals die worden gebruikt op onderzeeërs, vliegdekschepen en ijsbrekers, maar om nieuwe geavanceerde atoombatterij-technologie. Bij nadere beschouwing blijkt het te gaan om een maritieme variant van een Molten Salt Reactor (MSR), ofwel gesmolten zoutreactor, ook wel bekend als thoriumreactor. Die is gebaseerd op een ook al in de jaren vijftig ontwikkelde technologie waarbij splijtstof (thorium of uranium) opgeslagen wordt in gesmolten zout, dat tevens als koelmiddel dient.

Ondanks een eindeloze reeks experimenten heeft de technologie tot nu toe nauwelijks werkende systemen opgeleverd. Op papier hebben MSR’s potentieel grote voordelen ten opzichte van conventionele reactoren. Zo kunnen ze in principe bij normale luchtdruk werken, terwijl lichtwaterreactoren een druk tot 150 atmosfeer nodig hebben. Daardoor is de constructie van een MSR in principe vele malen goedkoper.

Tsjernobyl

Core-Power stelt dat ‘de brandstof de koelvloeistof van een MSR is en de koelvloeistof de brandstof, die dus niet weg kan lekken’. ‘Wat in Tsjernobyl of Fukushima is gebeurd, is ondenkbaar met een MSR’, zegt de start-up. Volgens het bedrijf ‘groeit de opwinding in de maritieme sector’ omdat MSR’s grote schepen als supertankers en 24.000 teu-containerschepen dertig jaar lang volledig elektrisch zouden kunnen aandrijven zonder dat ze hoeven te tanken.

Het bedrijf zegt samen te werken met ‘een consortium van vooraanstaande MSR-ontwikkelaars’. Welke partijen dat zijn, is evenwel onduidelijk. Ook geeft Core-Power geen enkele indicatie van de ontwikkelingskosten of de prijs van zo’n maritieme gesmolten zoutreactor. Van de afmetingen van zo’n installatie evenmin. Wel is de site van Core-Power onwaarschijnlijk optimistisch over het tempo waarin de scheepvaart kan overschakelen op atoombatterijen.

Elektrobrandstoffen

De huidige vloot van naar schatting 40.000 kleinere schepen zou in de periode 2024-2028 al kunnen gaan varen op synthetische ‘elektrobrandstoffen’ zoals groene ammoniak, dat geproduceerd wordt met atoomstroom uit MSR’s. En vanaf 2028 zou er een nieuwe generatie grote schepen met een eigen reactor in de vaart komen die nooit meer hoeven te tanken. Bovendien worden ze groter, sneller en goedkoper dan de huidige schepen, belooft Core-Power. Kortom, de technologie opent ‘een nieuwe toekomst voor de wereldwijde scheepvaart’. Wie daar vertrouwen in heeft, is zeer welkom om te investeren.