Verbruikte splijtstof: wat gebeurt er met de brandstof uit een kerncentrale?
Verbruikte splijtstof is de brandstof die uit een kernreactor wordt gehaald nadat hij zijn werk heeft gedaan. Het gaat meestal om metalen staven gevuld met uraniumtabletten, die na een paar jaar in de reactor niet meer efficiënt genoeg zijn om elektriciteit op te wekken. Toch zijn ze allesbehalve onschadelijk: de staven zitten vol met radioactieve splijtingsproducten en zijn zowel warm als sterk stralend. Vergelijk het met de as van een houtvuur die je net hebt gedoofd — het vuur is uit, maar de as is nog gloeiend heet en kan je verbranden als je hem aanraakt.
Het bijzondere aan verbruikte splijtstof is dat die "gloeiende as" niet na een paar uur afkoelt, maar pas na duizenden tot honderdduizenden jaren onschadelijk wordt. Sommige van de stoffen die tijdens het splijtingsproces ontstaan, zoals plutonium-239, blijven extreem lang radioactief. Daarom is verbruikte splijtstof een van de grootste technische en maatschappelijke puzzels van de kernenergie: hoe berg je iets veilig op voor een periode die langer is dan de hele geschreven menselijke geschiedenis?
Wat is het precies?
Een kernreactor wekt warmte op door uraniumatomen te splijten. Dat gebeurt in splijtstofstaven: dunne buisjes van zirkoniumlegering, gevuld met tabletjes uranium-oxide. In een typische reactor blijven deze staven drie tot zes jaar in gebruik.
Tijdens dat splijtingsproces verandert de samenstelling van de brandstof geleidelijk. Een deel van het uranium-235, het isotoop dat splijt, raakt op. Tegelijk vangt een deel van het aanwezige uranium-238 neutronen op en verandert in plutonium — waarvan een deel ook weer splijt en dus meehelpt aan de energieproductie. Daarnaast ontstaan er tientallen andere, kleinere atomen: de zogeheten splijtingsproducten, zoals cesium-137 en strontium-90. Deze stoffen zijn sterk radioactief, maar vervallen relatief snel (in de orde van decennia). Er ontstaan ook zogeheten transuranen zoals americium en curium, die juist heel langzaam vervallen.
Na verloop van tijd hopen zich zoveel van deze splijtingsproducten op dat ze neutronen wegvangen en de kettingreactie afremmen. De staven worden dan "verbruikt" genoemd, ook al zit er nog altijd bruikbaar uranium en plutonium in. Ze worden uit de reactor gehaald en eerst enkele jaren in een diep waterbassin bij de centrale bewaard — het water koelt de staven en schermt de straling af. Pas daarna zijn ze koel genoeg voor droge opslag in stalen en betonnen containers, de zogeheten "dry casks".
Wat wil men ermee bereiken?
Het uiteindelijke doel is simpel te formuleren, maar moeilijk uit te voeren: verbruikte splijtstof zo lang isoleren van mens en milieu dat de radioactiviteit geen gevaar meer oplevert. Voor sommige bestanddelen betekent dat een periode van honderdduizend jaar of meer, ruwweg de tijd die nodig is voordat de langlevende transuranen tot een onschadelijk niveau zijn vervallen.
Er zijn grofweg twee strategieën. De eerste is opwerking (reprocessing): de bruikbare uranium en plutonium uit de verbruikte staven scheiden van het radioactieve afval, zodat een deel van de brandstof opnieuw gebruikt kan worden. Dit vermindert het volume aan hoogradioactief afval, maar levert ook plutonium op dat, met de juiste bewerking, geschikt zou zijn voor kernwapens — wat opwerking politiek gevoelig maakt.
De tweede, en inmiddels dominante, strategie is geologische eindberging: de splijtstof (opgewerkt of niet) diep onder de grond opslaan in stabiele rotsformaties, ver van grondwater en menselijke activiteit, zodat toekomstige generaties er geen omkijken meer naar hebben. Beide benaderingen delen hetzelfde uitgangspunt: hoe minder een oplossing afhankelijk is van voortdurend menselijk toezicht, hoe veiliger ze wordt geacht.
Voorbeelden uit de praktijk
In Onkalo, Finland, bouwt het bedrijf Posiva sinds de jaren negentig het eerste operationele diepe eindbergingsproject ter wereld, in graniet op zo'n 400 meter diepte bij de kerncentrale van Olkiluoto. Na decennia van onderzoek en constructie kreeg Posiva in 2021 een exploitatievergunning aangevraagd; de eerste splijtstofcontainers worden in de tweede helft van de jaren 2020 verwacht.
Zweden volgt een vergelijkbare aanpak via het staatsbedrijf SKB, met de zogeheten KBS-3-methode: koperen containers, omgeven door bentonietklei, diep in graniet bij Forsmark. De Zweedse regering keurde dit project in januari 2022 definitief goed.
Frankrijk koos historisch voor opwerking: de fabriek van Orano in La Hague verwerkt sinds 1976 verbruikte splijtstof uit binnen- en buitenland tot nieuwe MOX-brandstof (een mengsel van uranium- en plutoniumoxide).
In de Verenigde Staten ligt het project Yucca Mountain in Nevada al sinds 2010 stil, ondanks miljarden dollars aan onderzoek, door politiek verzet van de staat Nevada. Amerikaanse verbruikte splijtstof blijft daardoor grotendeels tijdelijk opgeslagen bij de centrales zelf.
In Nederland beheert COVRA in Vlissingen-Oost sinds 2003 het HABOG-gebouw, waar Nederlands hoogradioactief afval, inclusief verbruikte splijtstof van de kerncentrale Borssele, bovengronds wordt opgeslagen in afwachting van een definitieve, mogelijk geologische, oplossing die pas na 2100 wordt voorzien.
Hoe ver is de techniek?
Tijdelijke opslag — eerst nat, dan droog — is technisch volwassen en wordt wereldwijd al decennialang veilig toegepast. Opwerking is eveneens bewezen technologie, operationeel in Frankrijk, Rusland en (tot voor kort) het Verenigd Koninkrijk; Japans opwerkingsproject in Rokkasho kampt echter al meer dan twintig jaar met vertragingen.
De echte bottleneck zit bij de permanente oplossing. Alleen Finland staat op het punt een eindbergingsfaciliteit daadwerkelijk in gebruik te nemen; Zweden heeft groen licht gegeven maar moet nog bouwen. De meeste andere landen, waaronder Duitsland (dat na het opgeven van de omstreden Gorleben-locatie sinds 2017 opnieuw zoekt), de VS en Nederland, bevinden zich nog in de fase van locatieonderzoek, tijdelijke opslag of politieke besluitvorming.
Een terugkerend obstakel is niet zozeer techniek als wel draagvlak: gemeenschappen willen zelden een eindberging in hun achtertuin, en besluitvorming die honderdduizend jaar vooruitkijkt stuit op de grenzen van politieke en institutionele planning. Ook het communiceren van gevaar aan verre toekomstige generaties — wanneer taal en cultuur volledig kunnen zijn veranderd — is een serieus punt van studie, bekend als "nucleaire semiotiek", zonder dat daar een pasklaar antwoord op bestaat.
Wie werken eraan?
Finland: Posiva, eigendom van de energiebedrijven TVO en Fortum. Zweden: SKB (Svensk Kärnbränslehantering). Frankrijk: Orano voor opwerking en Andra voor het geplande eindbergingsproject Cigéo. Zwitserland: Nagra, dat in 2022 Nördlich Lägern aanwees als beoogde locatie. Duitsland: de BGE (Bundesgesellschaft für Endlagerung), verantwoordelijk voor de hernieuwde locatiezoektocht. Nederland: COVRA, het enige bedrijf dat wettelijk verantwoordelijk is voor radioactief afval in ons land.
Op internationaal niveau coördineert het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) in Wenen veiligheidsnormen en kennisuitwisseling tussen landen. In de Verenigde Staten is het Department of Energy verantwoordelijk, al ontbreekt daar sinds het vastlopen van Yucca Mountain een actief nationaal eindbergingsprogramma.