Verarmd uranium: afvalproduct van de kernindustrie met een tweede leven als wapen en toekomstige brandstof
Verarmd uranium klinkt ingewikkeld, maar het principe erachter is eenvoudig uit te leggen met een vergelijking. Stel je een grote zak rijst voor waarin slechts een klein deel van de korrels geschikt is om mee te koken; de rest is net iets anders van samenstelling en blijft over. Zo werkt het ook met uranium zoals het uit de grond komt: meer dan 99 procent bestaat uit de atoomvariant (isotoop) uranium-238, en minder dan 1 procent uit uranium-235, de isotoop die nodig is om een kerncentrale te laten draaien. Om bruikbare splijtstof te maken, wordt uranium verrijkt: de concentratie uranium-235 wordt kunstmatig opgevoerd. Wat na dat proces overblijft, met nog minder uranium-235 dan gewoon natuurlijk uranium, heet verarmd uranium.
Dat restproduct lijkt op het eerste gezicht afval, maar het heeft één bijzondere eigenschap: het is extreem dicht, ongeveer 70 procent dichter dan lood. Die dichtheid maakt verarmd uranium bruikbaar voor heel andere dingen dan kernenergie, van pantserdoorborende munitie tot tegengewichten in vliegtuigen. Het is dus een stof die ontstaat als bijproduct van de kernenergie-industrie, maar die vooral bekend is geworden door toepassingen ver buiten de reactor — en die nu, decennia later, weer in beeld komt als mogelijke brandstof voor een nieuwe generatie kerncentrales.
Wat is het precies?
Natuurlijk uranium, zoals het uit erts wordt gewonnen, bestaat voor 99,3 procent uit uranium-238 en voor 0,7 procent uit uranium-235. Alleen uranium-235 splijt makkelijk genoeg om een kettingreactie in een gewone kerncentrale in stand te houden. Om splijtstof te maken, wordt uranium daarom verrijkt: met behulp van ultracentrifuges of gasdiffusie worden de iets lichtere uranium-235-atomen gescheiden van de zwaardere uranium-238-atomen, waardoor de concentratie uranium-235 stijgt tot doorgaans 3 tot 5 procent voor centrales (en veel hoger voor sommige onderzoeksreactoren of wapens).
Bij dat scheidingsproces ontstaan twee stromen: verrijkt uranium (bestemd voor de centrale) en een veel grotere hoeveelheid verarmd uranium, met doorgaans nog maar 0,2 tot 0,4 procent uranium-235. Dit materiaal is nog steeds radioactief — het bevat immers nog steeds uranium-238, met een halfwaardetijd van 4,5 miljard jaar — maar is ongeveer 40 tot 60 procent minder radioactief dan natuurlijk uranium, en zendt vrijwel alleen zwakke alfastraling uit die buiten het lichaam weinig gevaar vormt.
Voor praktische toepassingen wordt verarmd uranium meestal gelegeerd met een klein beetje titanium of molybdeen, waardoor het makkelijker te bewerken is. Het resulterende metaal heeft twee eigenschappen die militair interessant zijn gebleken: het is zeer dicht (19,1 gram per kubieke centimeter, dichter dan lood of wolfraam) en het is pyrofoor, wat betekent dat kleine deeltjes bij hoge inslagsnelheid spontaan ontbranden. Een projectiel van verarmd uranium blijft bij het doorboren van pantser scherp in plaats van af te platten, en vat bovendien vlam zodra het binnendringt.
Wat wil men ermee bereiken?
De doelstellingen achter verarmd uranium zijn door de jaren heen uiteenlopend geweest. In eerste instantie was het vooral een praktisch probleem: verrijkingsfabrieken produceerden enorme hoeveelheden restmateriaal, en in plaats van dit puur als afval te behandelen, zochten overheden naar nuttige toepassingen.
De belangrijkste toepassing werd militair: de combinatie van extreme dichtheid en het pyrofore effect maakt verarmd uranium geschikt voor pantserdoorborende munitie die beter door tankpantser heen komt dan vergelijkbare projectielen van wolfraam. Dezelfde dichtheid wordt ook gebruikt in composietpantser van gevechtstanks, als tegengewicht in vliegtuigen en raketten waar veel massa in weinig volume nodig is, en als afscherming in compacte containers voor het vervoer van radioactieve bronnen in de medische en industriële sector.
Daarnaast is er een heel ander, toekomstgericht doel: de enorme wereldwijde voorraden verarmd uranium — wereldwijd meer dan 1,6 miljoen ton — bevatten in principe honderden keren meer bruikbare energie dan er ooit via gewone verrijking aan uranium-235 uit is gehaald. Snelle kweekreactoren (fast breeder reactors) kunnen uranium-238 wel degelijk benutten, door het tijdens bedrijf om te zetten in splijtbaar plutonium-239. Verarmd uranium zou zo van kernafval kunnen veranderen in een strategische energiereserve voor eeuwen.
Voorbeelden uit de praktijk
De Golfoorlog van 1991 was de eerste grootschalige inzet van DU-munitie: Amerikaanse en Britse eenheden gebruikten pantserdoorborende granaten met verarmd uranium tegen Iraakse tanks, wat later leidde tot jarenlange discussie over de zogeheten Golfoorlogssyndroom-klachten bij veteranen.
Tijdens de Kosovo-oorlog in 1999 vuurden NATO-vliegtuigen, waaronder de A-10 Warthog, tienduizenden DU-rondes af. Het milieuprogramma van de Verenigde Naties (UNEP) onderzocht tussen 2000 en 2002 de inslagplaatsen in Kosovo, Servië en Montenegro en vond lokaal meetbare uraniumbesmetting op en rond doelen, al bleef de verspreiding grotendeels beperkt tot de directe omgeving van inslagpunten.
Minder bekend is dat Boeing tot in de jaren tachtig kleine hoeveelheden verarmd uranium gebruikte als tegengewicht in de staart van sommige 747-toestellen, vanwege de hoge dichtheid bij beperkt volume. Na veiligheids- en milieuoverwegingen werd dit materiaal in nieuwere toestellen vervangen door wolfraam.
In 2023 leverde het Verenigd Koninkrijk DU-pantsergranaten voor de Challenger 2-tanks die het aan Oekraïne schonk, wat tot felle diplomatieke protesten van Rusland leidde en de discussie over de wenselijkheid van dit type munitie opnieuw aanwakkerde.
Aan de andere, toekomstgerichte kant van het verhaal staat BREST-OD-300, een Russische snelle kweekreactor waarvan de bouw in 2021 begon in Seversk. Dit project is uitdrukkelijk bedoeld om te laten zien dat een gesloten splijtstofcyclus met (onder meer) verarmd uranium en plutonium haalbaar is, als opstap naar grootschaliger gebruik van deze voorraden.
Hoe ver is de techniek?
Als wapen- en pantsermateriaal is verarmd uranium volledig uitontwikkeld: de technologie bestaat al sinds de jaren vijftig en wordt al decennia operationeel ingezet. Verdere ontwikkeling zit vooral in kleine verbeteringen aan legeringen, niet in fundamentele vernieuwing. Wel staat de toepassing onder politieke druk: de Algemene Vergadering van de Verenigde Naties heeft in 2007, 2010 en 2012 niet-bindende resoluties aangenomen die landen oproepen tot meer onderzoek naar gezondheidseffecten, en enkele landen hebben het gebruik beperkt of afgewezen. Een internationaal verdrag dat DU-wapens verbiedt, bestaat echter niet.
Het wetenschappelijke onderzoek naar gezondheidseffecten is nog niet afgerond. Grote studies van onder meer de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en RAND Corporation vonden geen overtuigend bewijs voor wijdverspreide chronische gezondheidsschade door blootstelling op afstand, maar UNEP-onderzoek bevestigt wel lokale bodembesmetting rond inslagplaatsen, en de discussie over mogelijke verbanden met kankergevallen in gebieden als Fallujah (Irak) blijft wetenschappelijk omstreden door het ontbreken van goed gecontroleerde langetermijndata.
Het gebruik van verarmd uranium als brandstof voor snelle kweekreactoren staat nog in een vroeg, demonstratief stadium. BREST-OD-300 in Rusland kende vertragingen en een beoogde opstart ligt inmiddels verder in de jaren 2020 dan oorspronkelijk gepland. China bouwt een vergelijkbare reactor, de CFR-600, en in de Verenigde Staten werkt TerraPower aan het Natrium-ontwerp in Kemmerer, Wyoming, al verlopen ook die vergunningstrajecten langzamer dan gehoopt. Commerciële, grootschalige verwerking van de wereldwijde DU-voorraden tot brandstof is dus nog geen realiteit.
Wie werken eraan?
Op militair vlak zijn vooral de Verenigde Staten, Rusland en het Verenigd Koninkrijk grote producenten en gebruikers van DU-munitie en -pantser, met hun respectievelijke defensieministeries als opdrachtgever. Op het gebied van gezondheid en milieu doen het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA), de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en het milieuprogramma van de VN (UNEP) doorlopend onderzoek en monitoring.
Verarmd uranium ontstaat als bijproduct bij grote verrijkingsbedrijven zoals Urenco (een Europees consortium met vestigingen in Nederland, het Verenigd Koninkrijk en Duitsland) en Rosatom in Rusland, en bij voormalige Amerikaanse overheidsfabrieken in Paducah (Kentucky) en Portsmouth (Ohio), die nu onder beheer van het Amerikaanse ministerie van Energie grote DU-voorraden beheren.
Aan de toekomstgerichte kant werken onder meer TerraPower (gesteund door Bill Gates) en het kleinere Oklo Inc in de Verenigde Staten aan reactorconcepten die verarmd uranium kunnen benutten, naast nationale laboratoria zoals het Idaho National Laboratory. Rusland zet via Rosatom in op de BREST-reactorlijn, en China ontwikkelt via de China National Nuclear Corporation de CFR-600-kweekreactor.