Wat is splijtstof en hoe werkt het?

Splijtstof is wat het woord al zegt: een stof die je kunt splijten. Het is een materiaal dat gemaakt is van atomen die kunnen worden gesplitst in twee kleinere delen. Daarbij komt een grote hoeveelheid energie vrij. Deze energie kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Een kerncentrale werkt dus op basis van atoomsplijting, oftewel kernsplijting. Vandaar de naam kerncentrale. 

Waar wordt splijtstof van gemaakt?

De splijtstof die nodig is voor kernsplijting wordt meestal gemaakt uit uranium. Dat is een natuurlijke grondstof die wordt gewonnen uit aardlagen die miljoenen jaren oud zijn. In de reactor ontstaat tijdens de splijting van uraniumatomen vanzelf ook een nieuw splijtbaar atoom: plutonium. Dit gaat meedoen in het splijtingsproces.

Daarnaast zijn er ook splijtstoffen die gemaakt zijn uit gerecyclede reactorbrandstof. Het bruikbare uranium en plutonium wordt daarvoor teruggewonnen uit gebruikte splijtstof. Daarvan wordt dan weer nieuwe (gerecyclede) splijtstof gemaakt.

 

Er is genoeg uranium voor honderden jaren energie

Hoeveel splijtstof heb je nodig?

In kerncentrale Borssele willen we natuurlijke uranium zoveel mogelijk vervangen door gerecyclede producten. Door splijtstof te recyclen kunnen we met één lading splijtstof geen 4 jaar, maar 8 jaar energie maken. Door recycling wordt ons verbruik van natuurlijk uranium dus fors verminderd. Gemiddeld gebruiken we per jaar 30 ton natuurlijk uranium. Dat is een volume dat in een flinke vrachtwagen past.

Is uranium direct bruikbaar?

Uranium is niet meteen geschikt als splijtstof. Alle soorten uranium moeten eerst worden verrijkt voordat ze als splijtstof gebruikt kunnen worden. Dat komt doordat je niet alle uraniumatomen kunt splijten. Er moet voldoende splijtbaar uranium in de splijtstof zitten.

Natuurlijk uraniumerts bevat:

  • 99,3 procent niet-splijtbare uranium-238 atomen;
  • 0,7 procent wel-splijtbare uranium-235 atomen.

Om splijtstof te laten werken, heb je een hogere concentratie uranium-235 nodig. Daarom wordt de concentratie kunstmatig verhoogd tot vier à vijf procent. Dit proces noemen we verrijking. Het eindproduct heet daarom verrijkt uranium. Het is dan pas geschikt als splijtstof. In kerncentrale Borssele wordt tot 4,4 procent verrijkt natuurlijk uranium ingezet.

Het verrijken van uranium gebeurt met gespecialiseerde installaties. Zo past bijvoorbeeld de verrijkingsfabriek van URENCO in Almelo het ultracentrifugeproces toe. Dit proces zorgt ervoor dat de verhouding tussen uranium-235 en uranium-238 atomen verandert.

Welke rol heeft plutonium?

Plutonium is een metaal dat verwant is aan uranium, maar niet meer in de natuur voorkomt. Door natuurlijk radioactief verval is plutonium in de loop van het bestaan van de aarde uit de aardkorst verdwenen.

Plutonium kunnen we wel opnieuw maken. In een kernreactor ontstaat plutonium opnieuw. Tijdens het kernsplijtingsproces ontstaan er in de reactor veel neutronen. Als een neutron een (onsplijtbare) uranium-238 kern treft, kan er plutonium-239 ontstaan. Dit atoom is vervolgens wèl splijtbaar. Het splijt als er opnieuw een neutron tegenaan komt.

Terwijl het splijtbare uranium-235 geleidelijk opraakt, ontstaat tijdens de kernreacties dus wel nieuw (splijtbaar) plutonium. Dit plutonium ontstaat dus vanzelf in de reactor en gaat meedoen in het splijtingsproces en de warmteopwekking. Hierdoor kan uraniumsplijtstof langer energie produceren. Plutonium speelt dus in de kerncentrale Borssele een belangrijke en nuttige rol als energiebron.

Wij zien voor de toekomst ook voordeel in de gesmolten zoutreactor die nu nog in ontwikkeling is

En thorium?

Er wordt veel verwacht van thorium-kerncentrales. Afgezien van enkele experimentele reactors, is er nog geen ervaring met een commerciële kerncentrale op thorium. Deskundigen verwachten dat de eerste thoriumreactoren na de klimaatdeadline in 2050 op de markt zullen komen. Daarna gaan ze een belangrijke rol spelen in de toekomstige energievoorziening.

Het element thorium is een van de meest in de natuur voorkomende zware elementen. Het is even overvloedig aanwezig als lood. Net als uranium heeft thorium onrustige atomen die vervallen waarbij radioactiviteit en energie vrijkomen.

Er zit genoeg thorium in de aarde voor duizenden jaren energie

Thorium-232 kan dienen als splijtstof. Door er een neutron op te schieten verandert dit thorium in uranium-233. Dit uraniumatoom is splijtbaar (net als uranium-235). Dat betekent dat het atoom kan worden gesplitst waardoor energie vrijkomt.

Thorium heeft een aantal voordelen ten opzichte van uranium als splijtstof:

  • Er is vier keer zoveel thorium in de aardkorst te vinden
  • Het is goedkoper om te delven en te verwerken
  • Het produceert minder langlevend kernafval.

Thorium is veelbelovend voor de volgende generatie kerncentrales na 2050.

Hoe pas je splijtstof toe?

De splijtstof is verwerkt tot zwarte porseleinachtig tabletten. Deze zitten opgestapeld in dichtgelaste buizen, de zogenaamde splijtstofstaven. Een bundel van 205 splijtstofstaven vormt een splijtstofelement. Dit is de bouwsteen van de kernreactor.

In Borssele zitten 121 splijtstofelementen in de reactor. Het totale gewicht aan uranium dat daarin zit, is iets minder dan 40 ton. Een hoeveelheid die in een flinke vrachtwagen past. Met zo’n lading splijtstof wordt 4 jaar energie opgewekt. Daarna kunnen de bruikbare bestanddelen uranium en plutonium worden teruggewonnen en gerecycled tot nieuwe splijtstof. Zo kan er opnieuw weer 4 jaar energie uit worden gewonnen

Welke soorten splijtstof gebruikt EPZ?

In Borssele gebruiken wij verschillende soorten splijtstof. Naast verrijkt natuurlijk uranium gebruiken we ook gerecycled uranium en plutonium. Om natuurlijk uranium te besparen gebruiken wij soms ook ex-militair uranium, bijvoorbeeld overbodige onderzeeboot-splijtstof. Ons doel is om tot 2034 zoveel mogelijk ‘oude’ brandstof te hergebruiken.

Op enkele plaatsen in de wereld staan fabrieken die splijtstof uit kerncentrales kunnen recyclen. Nu kernenergie aan populariteit wint, zullen er meer van dit soort voorzieningen gaan komen. Juist omdat 95 procent van de splijtstof na vier jaar reactorbedrijf nog steeds bruikbaar is. Dat is voor (nieuwe) kerncentrales technisch en economisch erg interessant. Door gerecycled uranium-238 opnieuw te laten verrijken met uranium-235, kan het een tweede keer de reactor in. Ook plutonium kan opnieuw de reactor in. Deze splijtstof noemen we mengoxide (MOX).

Vanaf 2014 zetten wij de gerecyclede splijtstof Mengoxide (MOX) in. Daarmee verminderen wij het gebruik van natuurlijk uraniumerts nog verder. Mengoxide bestaat namelijk helemaal uit gerecyclede componenten. Mengoxide is een mengsel van de restproducten verarmd uranium en plutonium:

  • circa 92 procent verarmd (niet splijtbaar) uranium-238
  • een fractie splijtbaar uranium-235 (0,2 procent)
  • circa 8 procent plutonium (waarvan 5,4 procent splijtbaar plutonium-239)

 

Het plutonium voor onze MOX ontstaat tijdens het kernsplijtingsproces in de reactor. Het is een kunstmatige nieuwe splijtstof die later weer wordt teruggewonnen uit gebruikte splijtstof. Dit plutonium kan daarna als MOX voor een tweede keer de reactor in.

De herkomst van EPZ’s splijtstof

Uranium is een delfstof. Het is een zwaar metaal dat zwaarder is dan bijvoorbeeld lood. Het is ook de enige natuurlijke delfstof die als basis voor splijtstof kan dienen. Uranium is niet zeldzaam. Het komt ongeveer net zoveel voor in de aarde als bijvoorbeeld tin. Er zijn circa 20 landen waar op commerciële basis uraniumerts wordt gedolven. Daarvan zijn Canada, Australië, en Kazachstan de belangrijkste.

 

Hergebruik

Behalve uit mijnbouw komt een groot deel van ons uranium voort uit hergebruik. Gemiddeld is slechts een derde van onze splijtstof afkomstig van mijnbouw, de rest komt van hergebruikte materialen. Denk aan het gebruik van gerecycled uranium en plutonium van gebruikte splijtstofelementen.

Tot 2015 hebben we ons plutonium verkocht voor de productie van splijtstof in andere kerncentrales. Wij zetten tot aan 2034 zoveel mogelijk gerecycled plutonium (als MOX-splijtstof) in als wij vanaf 2015 zelf produceren. Het overige deel, wordt net als in het verleden, gebruikt voor de productie van splijtstof in andere kerncentrales. Daarnaast gebruiken wij voorraden gerecycled verarmd uranium om er via herverrijking weer geschikte splijtstof van te maken. Bij deze varianten van hergebruik is geen natuurlijk uraniumerts nodig.

 

Inkoop

Wij kopen zelf onze splijtstof in volgens een eigen inkoopbeleid. Wij verlangen onder meer van onze leveranciers dat hun bedrijfsvoering aan internationale standaarden voor milieuzorg en veiligheid voldoet (bijvoorbeeld de ISO 14001 en OHSAS 18001 normen). Zo weten we dat deze leveranciers voldoen aan strenge normen voor een verantwoordelijke bedrijfsvoering.

De herkomst van onze splijtstof:

2000-2002 Herverrijkt verarmd uranium
2003 Gerecycled EPZ uranium + ex militair hoogverrijkt uranium
2004 Herverrijkt verarmd uranium
2005-2006 Kazachstan
2007 Gerecycled EPZ uranium + ex militair hoogverrijkt uranium
2008-2011 Kazachstan
2012 Gerecycled EPZ uranium + ex militair hoogverrijkt uranium
2013 Canada
2014 Gerecycled EPZ uranium in combinatie met EPZ MOX splijtstof
2015-2016 Uitsluitend gerecyclede splijtstof: herverrijkt verarmd uranium in combinatie met EPZ MOX splijtstof
2017 Geen nieuwe aanvoer, gebruik van voorraden
2018 Gerecycled EPZ uranium + ex militair hoogverrijkt uranium in combinatie met EPZ MOX splijtstof
2019 Geen nieuwe aanvoer, gebruik van voorraden
2020 Gebruik van voorraden in combinatie met EPZ MOX splijtstof
2021 Gerecycled EPZ uranium in combinatie met EPZ MOX splijtstof
2022 Geen nieuwe aanvoer, gebruik van voorraden
2023 Kazachstan

We hebben wereldwijd afgesproken om in kerncentrales uitsluitend laagverrijkt uranium te gebruiken met circa 5 procent splijtbare atomen. Daarmee kun je geen atoombom maken. Daarvoor heb je tientallen procenten splijtbare atomen in je splijtstof nodig.

Bij splijting valt een atoom uit elkaar en ontstaat er warmte en afval. Bij kernfusie ‘smelten’ twee atomen samen en ontstaat er extra energie en nauwelijks afval. Fusie heeft dus voordelen. Op dit moment wordt er in Frankrijk een fusie-reactor gebouwd om hiermee ervaring op te doen.

Dat gebeurt in een speciale fabriek in Frankrijk waar de splijtstof chemisch wordt ontleed. De bruikbare onderdelen worden teruggewonnen, de onbruikbare onderdelen geconditioneerd en verwerkt in hanteerbare afvalverpakkingen. Die worden bij COVRA opgeslagen. De bruikbare bestanddelen worden weer verwerkt in nieuwe splijtstof voor de reactor.

Dat komt door de natuurkundige wetten waaraan het kernsplijtingsproces in een drukwaterreactor als de Borssele onderhevig is. Alleen onder uitgebalanceerde omstandigheden lukt het om het kernsplijtingsproces in stand te houden: met de juiste verhoudingen tussen neutronen, splijtbare atomen en niet splijtbare atomen. Na vier jaar is deze balans te veel verstoord en moet de splijtstof opnieuw worden samengesteld. Gelukkig kunnen we zo’n 95 procent opnieuw gebruiken en blijft er slechts 5 procent afval over.

Animatie over hoe kernsplijting werkt

Waar bent u naar op zoek?