We staan ​​misschien aan de vooravond van een nieuw paradigma voor kernenergie, suggereerde een groep nucleaire specialisten onlangs in The Bridge, het tijdschrift van de National Academy of Engineering. Net zoals grote, dure en gecentraliseerde computers plaatsmaakten voor de wijdverbreide pc's van vandaag, is een nieuwe generatie relatief kleine en goedkope fabrieksgebouwde reactoren, ontworpen voor autonome plug-and-play-werking, vergelijkbaar met het aansluiten van een extra grote batterij, aan de horizon, zeggen ze.

Deze voorgestelde systemen zouden kunnen zorgen voor warmte voor industriële processen of elektriciteit voor een militaire basis of een wijk, vijf tot tien jaar onbeheerd draaien en vervolgens terug naar de fabriek worden vervoerd voor renovatie. De auteurs:Jacopo Buongiorno, MIT's TEPCO-hoogleraar Nuclear Science and Engineering; Robert Frida, een oprichter van GenH; Steven Aumeier van het Idaho National Laboratory; en Kevin Chilton, gepensioneerd commandant van het Amerikaanse Strategische Commando, hebben deze kleine energiecentrales 'nucleaire batterijen' genoemd. Vanwege hun eenvoud van bediening zouden ze een belangrijke rol kunnen spelen bij het koolstofarm maken van de elektriciteitssystemen in de wereld om catastrofale klimaatverandering af te wenden, zeggen de onderzoekers. MIT News vroeg Buongiorno om het voorstel van zijn groep te beschrijven.

V:Het idee van kleinere, modulaire kernreactoren wordt al enkele jaren besproken. Wat maakt dit voorstel voor nucleaire batterijen anders?

A:De eenheden die we beschrijven, drijven dat concept van fabrieksfabricage en modulariteit tot het uiterste. Eerdere voorstellen hebben gekeken naar reactoren in het bereik van 100 tot 300 megawatt elektrisch vermogen, die een factor 10 kleiner zijn dan de traditionele grote beesten, de grote kernreactoren op gigawattschaal. Deze kunnen worden geassembleerd uit in de fabriek gebouwde componenten, maar ze vereisen nog steeds wat montage op de locatie en veel voorbereidingswerk. Het is dus een verbetering ten opzichte van de traditionele planten, maar het is geen enorme verbetering.

Dit kernbatterijconcept is echt iets anders vanwege de fysieke schaal van deze machines - ongeveer 10 megawatt. Hij is zo klein dat de hele energiecentrale eigenlijk in een fabriek is gebouwd en in een standaardcontainer past. Het idee is om de hele elektriciteitscentrale, bestaande uit een microreactor en een turbine die de warmte omzet in elektriciteit, in de container te plaatsen.

Dit biedt verschillende voordelen vanuit economisch oogpunt. U ontkoppelt uw projecten en uw technologie volledig van de bouwplaats, die de afgelopen 20 jaar de oorzaak is geweest van elke mogelijke vertraging en kostenoverschrijding voor nucleaire projecten.

Op deze manier wordt het een soort energie op afroep. Als de klant warmte of elektriciteit wil, kan hij die binnen een paar maanden of zelfs weken krijgen, en dan is het plug-and-play. Deze machine arriveert op de site en slechts een paar dagen later begint u uw energie te krijgen. Het is dus een product, het is geen project. Zo typeer ik het graag.

V:U spreekt over het potentieel om dergelijke eenheden wijdverspreid te hebben, zelfs in woonwijken om hele buurten van stroom te voorzien. Hoe zeker kunnen mensen zijn over de veiligheid van deze fabrieken?

A:Het is uitzonderlijk robuust - dat is een van de verkoopargumenten. Allereerst is het feit dat het klein is om verschillende redenen goed. Om te beginnen is de totale hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd evenredig met het vermogen, dat klein is. Maar wat nog belangrijker is, het heeft een hoge oppervlakte-tot-volume verhouding omdat het, nogmaals, klein is, wat het een stuk gemakkelijker maakt om onder alle omstandigheden koel te blijven. Het wordt passief gekoeld, tot een punt waarop niemand iets hoeft te doen. Je hoeft niet eens een klep of iets dergelijks te openen. Het systeem regelt zichzelf.

Het heeft ook een zeer robuuste insluitingsstructuur eromheen om te beschermen tegen het vrijkomen van straling. In plaats van de traditionele grote betonnen koepel zijn er stalen schalen die in feite het hele systeem inkapselen. En wat de beveiliging betreft, verwachten we dat deze op de meeste locaties onder de maat zouden zijn. Dat biedt enige bescherming en fysieke beveiliging tegen externe aanvallers.

Wat betreft andere veiligheidskwesties, weet je, als je denkt aan de beroemde nucleaire ongevallen, Three Mile Island, Tsjernobyl, Fukushima, alle drie deze problemen worden bemiddeld door het ontwerp van deze nucleaire batterijen. Omdat ze zo klein zijn, is het in principe onmogelijk om dat soort resultaten te krijgen uit een reeks gebeurtenissen.

V:Hoe weten we dat deze nieuwe soorten reactoren zullen werken, en wat zou er moeten gebeuren om dergelijke eenheden algemeen beschikbaar te maken?

A:NASA en Los Alamos National Laboratory hebben een soortgelijk demonstratieproject gedaan, dat ze een microreactor noemden, voor ruimtetoepassingen. Het kostte hen slechts drie jaar vanaf het begin van het ontwerp tot de fabricage en het testen. En het kostte ze 20 miljoen dollar. Het was orden van grootte kleiner dan traditionele grote kerncentrales die gemakkelijk een miljard meer kosten en een decennium of langer duren om te bouwen.

Er zijn ook verschillende bedrijven die nu hun eigen ontwerpen ontwikkelen, en elke is een beetje anders. Westinghouse werkt al aan een versie van dergelijke kernbatterijen (hoewel ze die term niet gebruiken), en ze zijn van plan om over twee jaar een demonstratie-eenheid te laten draaien.

De volgende stap is het bouwen van een proeffabriek in een van de nationale laboratoria met uitgebreide apparatuur voor het testen van kernreactorsystemen, zoals het Idaho National Laboratory. Ze hebben een aantal faciliteiten die worden aangepast om deze microreactoren te huisvesten, en ze hebben extra veiligheidslagen. Omdat het een demonstratieproject is, wil je er zeker van zijn dat als er iets gebeurt dat je niet had voorzien, je geen emissie naar het milieu hebt.

Daarna zou de fabriek een versneld testprogramma kunnen doorlopen, waarbij ze wordt blootgesteld aan extremere omstandigheden dan ooit bij normaal bedrijf. Je maakt er in wezen misbruik van en laat door directe tests zien dat het al die externe belastingen of situaties aankan zonder de faallimieten te overschrijden. En als het daar eenmaal onder rigoureuze omstandigheden is bewezen, kunnen wijdverbreide commerciële installaties vrij snel beginnen.

Deze kernbatterijen zijn bij uitstek geschikt om veerkracht te creëren in zeer verschillende sectoren van de economie, door een stabiele, betrouwbare energiebron te bieden om de toenemende afhankelijkheid van intermitterende hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind te ondersteunen. En deze sterk gedistribueerde systemen kunnen ook helpen om de druk op het net te verlichten door precies daar te worden geplaatst waar hun output nodig is. Dit kan zorgen voor een grotere weerstand tegen eventuele verstoringen van het net en het probleem van transmissieverliezen vrijwel elimineren. Als deze zo wijdverbreid worden als we voor ogen hebben, kunnen ze een belangrijke bijdrage leveren aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen in de wereld.