Kennisbank › SMR's & next-gen kernenergie
SMR's en next-gen kernenergie: kleine reactoren, grote ambities
Een small modular reactor, afgekort SMR, is een kerncentrale die veel kleiner is dan de reactoren die we kennen uit bijvoorbeeld Borssele of Doel, en die in fabrieksdelen wordt gebouwd in plaats van helemaal op de bouwplaats zelf. Vergelijk het met het verschil tussen een landhuis dat op maat wordt gemetseld door een ploeg vakmensen ter plekke, en een prefabwoning waarvan de wanden, vloeren en installaties al in een fabriek zijn gemaakt en die op de bouwplaats alleen nog in elkaar gezet hoeft te worden. Dat laatste kan sneller, voorspelbaarder en mogelijk goedkoper, mits je er genoeg van bouwt.
Een traditionele kerncentrale levert al snel 1000 tot 1600 megawatt elektrisch vermogen (MWe, oftewel het elektrische vermogen dat de centrale kan leveren), genoeg voor miljoenen huishoudens. Een SMR blijft doorgaans onder de 300 MWe, ruwweg genoeg voor een middelgrote stad of een industrieterrein. Naast deze kleinere lichtwaterreactoren bestaat er ook een familie van heel andere, 'next-generation' reactorconcepten die niet met gewoon water koelen maar met bijvoorbeeld gesmolten zout of vloeibaar metaal. Samen vormen SMR's en deze next-gen concepten de belangrijkste vernieuwingsgolf in de kernenergiesector sinds decennia.
Wat is het precies?
De meeste SMR's die nu gebouwd worden, zijn in de kern een verkleinde versie van bestaande reactortechnologie: een lichtwaterreactor, waarbij gewoon water zowel het splijtingsproces koelt als de warmte naar een stoomturbine transporteert. Het verschil zit vooral in de bouwwijze en de schaal. Omdat de reactorvaten en andere onderdelen klein genoeg zijn om per vrachtwagen, trein of schip te vervoeren, kunnen ze in een fabriek in serie worden geproduceerd, net als vliegtuigonderdelen. Dat moet de bouwtijd op locatie fors verkorten en de kwaliteit consistenter maken, omdat je niet telkens opnieuw een unieke bouwplaats hoeft in te richten.
Kleinere reactoren maken het ook makkelijker om te vertrouwen op passieve veiligheid: natuurkundige principes zoals zwaartekracht en natuurlijke convectie (warme lucht of water dat vanzelf opstijgt) die de reactor koel houden zonder dat er pompen, elektriciteit of een operator aan te pas hoeven te komen. Bij een groot ongeval, zoals stroomuitval, moet de reactor zichzelf dus kunnen afkoelen.
Naast deze op lichtwaterreactoren gebaseerde SMR's bestaat er een tweede categorie: de zogeheten Generatie IV-reactoren. Dit zijn ontwerpen die niet met water maar met andere koelmiddelen werken. Een high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) gebruikt heliumgas en kan brandstofkorrels gebruiken die zo hittebestendig zijn dat smelten vrijwel uitgesloten is; de hoge temperatuur is bovendien bruikbaar voor industriële processen die stoom of hitte nodig hebben. Een molten salt reactor (MSR, gesmolten-zoutreactor) lost splijtstof op in vloeibaar zout dat pas bij zeer hoge temperaturen smelt, waardoor de reactor bij lagere druk kan werken. Een sodium-cooled fast reactor (natrium-gekoelde snelle reactor) gebruikt vloeibaar natrium als koelmiddel en kan met 'snelle' neutronen werken, wat in theorie efficiënter omgaat met splijtstof en zelfs een deel van het bestaande kernafval kan hergebruiken. Deze Generatie IV-ontwerpen zijn technisch ambitieuzer dan de klassieke SMR's en over het algemeen minder ver ontwikkeld.
Wat wil men ermee bereiken?
De kernenergiesector kampt al decennia met een hardnekkig probleem: grote reactoren zijn duur, de bouw duurt vaak jaren langer dan gepland en kostenoverschrijdingen van tientallen procenten zijn eerder regel dan uitzondering. SMR's moeten dat patroon doorbreken door in te zetten op herhaling. Het idee is dat het tiende of twintigste exemplaar van een fabrieksmatig gebouwde reactor goedkoper en sneller te bouwen is dan het eerste, net zoals bij vliegtuigen of schepen. Bewezen is dat overigens nog niet: tot nu toe is elk project vooral een duur eerste exemplaar geweest.
Daarnaast bieden kleinere reactoren flexibiliteit die grote centrales niet hebben. Ze passen op locaties waar geen ruimte of behoefte is voor een gigacentrale, kunnen industriële warmte leveren aan bijvoorbeeld chemische fabrieken, en sommige ontwerpen kunnen hun vermogen sneller op- en afregelen. Dat laatste is aantrekkelijk in een elektriciteitsnet met veel wind- en zonne-energie, waarvan de opbrengst per definitie wisselt met het weer: kernenergie die soepel kan bijspringen wanneer het minder waait of donker is, zou de balans in het net kunnen helpen bewaren. Ook wordt gehoopt dat het kleinere investeringsbedrag per project (honderden miljoenen in plaats van tientallen miljarden euro's) het financieel minder risicovol maakt, wat private investeerders en kleinere landen of bedrijven over de streep zou kunnen trekken.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Amerikaanse bedrijf NuScale kreeg in 2020 als eerste SMR-ontwerp ter wereld een veiligheidscertificering van de Amerikaanse toezichthouder NRC. Het bijbehorende project, de Carbon Free Power Project van nutsbedrijvencoöperatie UAMPS in Idaho, werd echter in november 2023 stopgezet nadat de kosten sterk waren opgelopen en te weinig afnemers zich hadden gecommitteerd. Het laat zien dat een certificering nog geen garantie is voor een gebouwde centrale.
In Canada bouwt GE Hitachi met zijn BWRX-300-ontwerp (300 MWe, gebaseerd op bestaande kokendwaterreactortechniek) voor energiebedrijf Ontario Power Generation op de Darlington-site. Dit project geldt als een van de verst gevorderde westerse SMR-bouwprojecten en moet in de tweede helft van dit decennium elektriciteit gaan leveren.
In de Verenigde Staten bouwt TerraPower, mede opgericht met kapitaal van Bill Gates, in Kemmerer, Wyoming aan de Natrium-reactor: een natrium-gekoelde snelle reactor van 345 MWe met een opslagsysteem van gesmolten zout waarmee de centrale tijdelijk extra vermogen kan leveren wanneer het net daar behoefte aan heeft. De bouw van niet-nucleaire onderdelen begon in 2024 op de locatie van een uitgefaseerde kolencentrale.
China zette in december 2021 zijn HTR-PM-demonstratiecentrale in Shidaowan als eerste ter wereld op het elektriciteitsnet; eind 2023 ging deze high-temperature gas-cooled reactor in commercieel bedrijf, en geldt daarmee als de eerste operationele Generatie IV-reactor ter wereld. China werkt daarnaast aan de CFR-600, een natrium-gekoelde snelle reactor die de afgelopen jaren stapsgewijs is opgestart.
Rusland zette in 2020 de Akademik Lomonosov in bedrijf, een drijvende kerncentrale met twee kleine reactoren die stroom en warmte levert aan de afgelegen havenstad Pevek in het noordoosten van het land. Het is geen SMR in de klassieke, fabrieksmatig-seriematige zin, maar wel het eerste operationele voorbeeld van een kleine, verplaatsbare kernenergie-eenheid.
Hoe ver is de techniek?
Het beeld is gemengd. Buiten China en Rusland draait er nog geen enkele SMR commercieel; westerse projecten bevinden zich vooral in de bouw- of vergunningsfase. Het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) houdt tientallen SMR-ontwerpen bij die wereldwijd in ontwikkeling zijn, variërend van vergevorderde bouwprojecten tot ontwerpen die nog op de tekentafel liggen.
Een terugkerend obstakel is de brandstof. Veel geavanceerde ontwerpen, waaronder de reactoren van TerraPower en X-energy, hebben HALEU nodig: High-Assay Low-Enriched Uranium, uranium dat sterker is verrijkt (tot ongeveer 20 procent) dan de brandstof in gangbare centrales, maar nog niet zo sterk als voor kernwapens. De productiecapaciteit hiervoor buiten Rusland is beperkt, wat de eerste projecten kan vertragen; de Verenigde Staten investeren daarom in eigen verrijkingscapaciteit.
Ook regelgeving is een knelpunt: veiligheidsautoriteiten zoals de Amerikaanse NRC zijn historisch ingericht op grote lichtwaterreactoren en moeten hun beoordelingskaders aanpassen aan nieuwe koelmiddelen en kleinere ontwerpen, wat tijd kost. En de belofte van lagere kosten door seriematige productie is, zoals het NuScale-voorbeeld laat zien, nog niet bewezen: het eerste exemplaar van een nieuw ontwerp blijft duur en risicovol, en de sector heeft nog niet aangetoond dat de kosten daadwerkelijk dalen zodra er meerdere eenheden worden gebouwd.
Wie werken eraan?
In de Verenigde Staten zijn naast NuScale, TerraPower en GE Hitachi (een samenwerking tussen GE en het Japanse Hitachi) ook X-energy actief, dat met chemieconcern Dow Chemical een high-temperature gas-cooled reactor bouwt bij een fabriek in Seadrift, Texas, en Kairos Power, dat met gesmolten zout experimenteert. Deze projecten worden mede gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie (Department of Energy) via het Advanced Reactor Demonstration Program.
In het Verenigd Koninkrijk ontwikkelt Rolls-Royce SMR een ontwerp van circa 470 MWe en werd in 2024 geselecteerd in een overheidscompetitie om de eerste Britse SMR's te leveren. Frankrijks staatsenergiebedrijf EDF werkt aan een eigen SMR-concept genaamd Nuward. In Zuid-Korea ontwikkelen KEPCO en KHNP een i-SMR-ontwerp. China's staatsbedrijf CNNC en Ruslands staatsconcern Rosatom zijn de partijen achter de verst gevorderde, daadwerkelijk operationele projecten. Het IAEA coördineert internationale kennisdeling en veiligheidsstandaarden, en de OESO-organisatie NEA (Nuclear Energy Agency) publiceert regelmatig marktanalyses over de sector.
