Hoe kan de wereld de diepe reducties van de CO2-uitstoot bereiken die nodig zijn om de gevolgen van klimaatverandering te vertragen of om te keren? De auteurs van een nieuwe MIT-studie zeggen dat, tenzij kernenergie op een zinvolle manier wordt opgenomen in de wereldwijde mix van koolstofarme energietechnologieën, de uitdaging van klimaatverandering zal veel moeilijker en duurder zijn om op te lossen. Wil kernenergie zijn plaats innemen als een belangrijke koolstofarme energiebron, echter, kwesties van kosten en beleid moeten worden aangepakt.

In "De toekomst van kernenergie in een koolstofarme wereld, " vrijgegeven door het MIT Energy Initiative (MITEI) op 3 september, de auteurs analyseren de redenen voor de huidige wereldwijde stagnatie van de kernenergiecapaciteit - die momenteel slechts 5 procent van de wereldwijde productie van primaire energie uitmaakt - en bespreken maatregelen die kunnen worden genomen om die trend te stoppen en om te keren.

De studiegroep, geleid door MIT-onderzoekers in samenwerking met collega's van het Idaho National Laboratory en de University of Wisconsin in Madison, presenteert haar bevindingen en aanbevelingen op evenementen in Londen, Parijs, en Brussel deze week, gevolgd door gebeurtenissen op 25 september in Washington, en op 9 oktober in Tokio. MIT-afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten en postdocs, evenals faculteit van Harvard University en leden van verschillende denktanks, hebben ook bijgedragen aan het onderzoek als leden van het onderzoeksteam.

"Onze analyse toont aan dat het realiseren van het potentieel van kernenergie essentieel is voor het bereiken van een verregaand koolstofarme energietoekomst in veel regio's van de wereld, " zegt medevoorzitter van de studie Jacopo Buongiorno, de TEPCO Professor en associate afdelingshoofd van de Department of Nuclear Science and Engineering aan het MIT. Hij voegt toe, "Het integreren van nieuw beleid en bedrijfsmodellen, evenals innovaties in de bouw die de inzet van kosteneffectieve kerncentrales betaalbaarder kunnen maken, zou kernenergie in staat kunnen stellen om te voldoen aan de groeiende wereldwijde vraag naar energieopwekking en tegelijkertijd de uitstoot te verminderen om de klimaatverandering aan te pakken."

Het onderzoeksteam merkt op dat met name de elektriciteitssector een uitstekende kandidaat is voor verregaande decarbonisatie. Het wereldwijde elektriciteitsverbruik ligt op schema om tegen 2040 met 45 procent te groeien, en de analyse van het team laat zien dat de uitsluiting van kernenergie uit koolstofarme scenario's de gemiddelde elektriciteitskosten dramatisch zou kunnen laten escaleren.

"Het begrijpen van de kansen en uitdagingen waarmee de kernenergie-industrie wordt geconfronteerd, vereist een uitgebreide analyse van technische, reclame, en beleidsdimensies, " zegt Robert Armstrong, directeur van MITEI en de Chevron Professor of Chemical Engineering. "De afgelopen twee jaar dit team heeft elk probleem onderzocht, en het resulterende rapport bevat richtlijnen die beleidsmakers en industrieleiders waardevol kunnen vinden bij het evalueren van opties voor de toekomst."

Het rapport bespreekt aanbevelingen voor de bouw van kerncentrales, huidige en toekomstige reactortechnologieën, bedrijfsmodellen en beleid, en regelgeving en vergunningen voor reactorveiligheid. De onderzoekers vinden dat veranderingen in de constructie van reactoren nodig zijn om een ​​tijdperk van veiliger, meer kosteneffectieve reactoren, inclusief bewezen constructiebeheerpraktijken die nucleaire projecten op tijd en binnen het budget kunnen houden.

"Een verschuiving naar serieproductie van gestandaardiseerde fabrieken, inclusief agressiever gebruik van fabricage in fabrieken en scheepswerven, een haalbare kostenbesparingsstrategie kan zijn in landen waar de productiviteit van de traditionele bouwsector laag is, ", zegt MIT-bezoekonderzoeker David Petti, studie uitvoerend directeur en Laboratory Fellow aan het Idaho National Laboratory. "Toekomstige projecten moeten ook reactorontwerpen bevatten met inherente en passieve veiligheidskenmerken."

Deze veiligheidsvoorzieningen kunnen bestaan ​​uit kernmaterialen met een hoge chemische en fysische stabiliteit en geconstrueerde veiligheidssystemen die een beperkte of geen noodstroomvoorziening en minimale externe interventie vereisen. Functies zoals deze kunnen de kans op ernstige ongevallen verkleinen en de gevolgen van een incident buiten de locatie beperken. Dergelijke ontwerpen kunnen ook de licentiëring van nieuwe fabrieken vergemakkelijken en hun wereldwijde implementatie versnellen.

"De rol van de overheid zal van cruciaal belang zijn als we willen profiteren van de economische kansen en het koolstofarme potentieel dat kernenergie te bieden heeft. " zegt John Parsons, studeer co-voorzitter en hoofddocent aan de Sloan School of Management van MIT. "Als deze toekomst gerealiseerd moet worden, overheidsfunctionarissen moeten een nieuw decarbonisatiebeleid ontwikkelen dat alle koolstofarme energietechnologieën (d.w.z. hernieuwbare energiebronnen, nucleair, fossiele brandstoffen met koolstofafvang) op gelijke voet, terwijl we ook opties onderzoeken die particuliere investeringen in nucleaire vooruitgang stimuleren."

De studie schetst gedetailleerde opties voor overheidssteun aan nucleair. Bijvoorbeeld, de auteurs bevelen aan dat beleidsmakers voortijdige sluitingen van bestaande fabrieken moeten vermijden, die de inspanningen om emissies te verminderen ondermijnen en de kosten voor het behalen van emissiereductiedoelstellingen verhogen. Een manier om deze sluitingen te voorkomen, is de implementatie van emissievrije kredieten - betalingen aan elektriciteitsproducenten waar elektriciteit wordt opgewekt zonder uitstoot van broeikasgassen - die volgens de onderzoekers momenteel in New York worden toegepast. Illinois, en New Jersey.

Een andere suggestie van de studie is dat de regering de ontwikkeling en demonstratie van nieuwe nucleaire technologieën ondersteunt door het gebruik van vier "hefbomen":financiering om de kosten van de regelgevende licenties te delen; financiering om onderzoeks- en ontwikkelingskosten te delen; financiering voor het bereiken van specifieke technische mijlpalen; en financiering voor productiekredieten om succesvolle demonstraties van nieuwe ontwerpen te belonen.

De studie omvat een onderzoek van het huidige nucleaire regelgevingsklimaat, zowel in de Verenigde Staten als internationaal. Hoewel de auteurs opmerken dat belangrijke sociale, politiek, en culturele verschillen kunnen bestaan ​​tussen veel van de landen in de kernenergiegemeenschap, zij zeggen dat de fundamentele basis voor de beoordeling van de veiligheid van kernreactorprogramma's vrij uniform is, en moet worden weerspiegeld in een reeks fundamentele, op elkaar afgestemde regelgevingsbeginselen. Ze bevelen aan dat de wettelijke vereisten voor geavanceerde reactoren internationaal worden gecoördineerd en afgestemd om de internationale inzet van commerciële reactorontwerpen mogelijk te maken, en om wereldwijd een hoog veiligheidsniveau te standaardiseren en te waarborgen.

De studie wordt afgesloten met de nadruk op de dringende noodzaak van zowel kostenbesparende verbeteringen als vooruitstrevende beleidsvorming om de toekomst van kernenergie te realiseren.

"The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World" is de achtste in de "Future of..." reeks studies die bedoeld zijn als gids voor onderzoekers, beleidsmakers, en industrie. Elk rapport onderzoekt de rol van technologieën die op grote schaal kunnen bijdragen aan het voldoen aan de snelgroeiende wereldwijde vraag naar energie in een wereld met koolstofbeperkingen. Kernenergie was het onderwerp van de eerste van deze interdisciplinaire studies, met het rapport "Future of Nuclear Power" uit 2003 (een update werd gepubliceerd in 2009). De serie bevat ook een studie over de toekomst van de splijtstofcyclus. Andere rapporten in de serie waren gericht op de opslag van kooldioxide, natuurlijk gas, het elektriciteitsnet, en zonne-energie. Deze uitgebreide rapporten zijn geschreven door multidisciplinaire teams van onderzoekers. Het onderzoek wordt geïnformeerd door een vooraanstaande externe adviescommissie.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.