Is Amerikaanse nucleaire energie het antwoord op klimaatverandering?
(Niet-Amerikaanse cijfers zijn vanaf 2014. Laatste cijfers niet beschikbaar.)
Het leiderschap van de Verenigde Staten kwam voort uit zijn historische rol als pionier van de ontwikkeling van kernenergie. De eerste commerciële drukwaterreactor, Yankee Rowe, startte in 1960 en werkte tot 1992. (Bron: "Nuclear Power in the USA," World Nuclear Association, april 2017.)
Kerncentrales
Er zijn 99 operationele kerncentrales in dertig staten. De meeste bevinden zich ten oosten van de rivier de Mississippi (zie kaart). Ze genereren elk ongeveer $ 40 - $ 50 miljard aan elektriciteitsverkoop en creëren meer dan 100.000 banen. Elke dollar uitgegeven door de gemiddelde reactor genereert $ 1,87 in de Amerikaanse economie. (Bron: "Economische voordelen van de nucleaire energie", Nuclear Energy Institute, april 2014.)
Amerikaanse kerncentrales genereerden in 2016 19,7 procent van de 4.079 triljoen kWh totale elektriciteitsproductie in de VS. Het was de tweede in steenkool (30 procent) en aardgas (34 procent).
Het is groter dan hydro-elektriciteit (6,5 procent) en andere alternatieve bronnen, waaronder windenergie (8,4 procent).
Er zijn ook 36 testreactoren aan universiteiten (zie kaart). Ze worden gebruikt om kleine hoeveelheden straling voor experimenten te creëren. Dit is waar wetenschappers neutronen en andere subatomaire deeltjes bestuderen, auto- en medische componenten onderzoeken en leren hoe ze kanker beter kunnen behandelen.
(Bron: "Backgrounder on Research and Test Reactors," NRC, 18 augustus 2011.)
Hoe werkt nucleaire energie?
Alle krachtcentrales verwarmen water om stoom te produceren, waardoor een generator wordt omgezet in elektriciteit. In kerncentrales wordt die stoom gemaakt door de warmte die wordt gegenereerd door kernsplijting. Het is wanneer een atoom wordt gespleten, waardoor enorme hoeveelheden energie vrijkomen in de vorm van warmte.
Uranium 235 wordt gebruikt als brandstof omdat het gemakkelijk uiteen valt wanneer het botst met een neutron. Als dat gebeurt, botsen de neutronen uit het uranium zelf met zijn andere atomen. Dit begint een kettingreactie. Dat is de reden waarom nucleaire bommen zo krachtig zijn.
In een nucleaire generator wordt de kettingreactie geregeld door speciale staven die overtollige neutronen onschadelijk absorberen. Deze regelstaven worden naast de splijtstofstaven geplaatst die uraniumbrandstofpellets bevatten. Meer dan 200 van deze staven zijn gegroepeerd in wat bekend staat als een brandstofassemblage. Wanneer de ingenieurs het proces willen vertragen, verlagen ze meer regelstaven in de assemblage. Als ze meer warmte willen, heffen ze de hengels op. (Bron: "Hoe werken kerncentrales?" Duke Energy.)
De Verenigde Staten hebben twee soorten kerncentrales. Er zijn 65 drukwaterreactoren en 34 kokend waterreactoren.
Ze verschillen in hoe de warmte wordt overgedragen van de reactor naar de generator.
Drukwaterreactoren gebruiken hoge druk om te voorkomen dat het water in de reactor kookt. Hierdoor kan het tot superhoge niveaus opwarmen. De warmte wordt vervolgens door buizen naar een afzonderlijke houder met water in de generator overgebracht. Het creëert de stoom die de elektriciteitsturbine aandrijft. Het water uit de reactor keert dan terug om opnieuw te worden verwarmd. De stoom van de turbine wordt gekoeld in een condensor. Het resulterende water wordt teruggestuurd naar de stoomgenerator. Hier is een geanimeerde versie van een drukwaterreactor.
Kokende waterreactoren daarentegen, gebruik kokend water om direct de stoom te maken om de generator aan te drijven. Hier is een geanimeerde versie van de kokend-waterreactor.
Het belangrijkste is dat het hele proces plaatsvindt in een ingesloten omgeving om de buitenwereld te beschermen tegen eventuele vervuiling.
De centrales kunnen worden afgekoeld en zelfs snel worden gestopt. (Bron: "Hoe werkt nucleaire energie?", UNAE.)
voordelen
Kerncentrales stoten geen broeikasgassen uit, in tegenstelling tot kolen en aardgas.
Ze creëren 0,5 banen voor elk megawattuur (mWh) geproduceerde elektriciteit. Dit is in vergelijking met 0,19 banen in steenkool, 0,05 banen in gasgestookte centrales en 0,05 in windenergie. De enige andere krachtbron die meer banen creëert / mWh is fotovoltaïsche zonne-energie, op 1,06 banen / mWh. (Bron: "Economische voordelen van de nucleaire energie", Nuclear Energy Institute, april 2014. )
Al tientallen jaren heeft kernenergie de goedkoopste exploitatiekosten. Met 1,87 cent / kWh (cijfers 2008) is dit 68 procent van de kosten van kolen. En tot voor kort was dit slechts 25 procent van de kosten van aardgas.
Angst voor opwarming van de aarde remde de nieuwe bouw van kolencentrales. Als gevolg hiervan werden van 1992 tot 2005 ongeveer 270.000 megawatt aan energie opgewekt door nieuwe gasgestookte elektriciteitscentrales. In die tijd leken die installaties het laagste investeringsrisico te hebben. Als gevolg hiervan kwam slechts 14.000 MWe nieuwe nucleaire en kolengestookte capaciteit online. Het hielp de aardgasprijzen opdrijven, grote industriële gebruikers offshore duwen en gasgestookte elektriciteitskosten naar 10 cent / kWh duwen.
nadelen
Er zijn twee enorme nadelen aan kernenergie, dankzij de radioactieve aard van de brandstofbron.
1. Een ongeluk in de fabriek kan radioactief materiaal in de omgeving vrijgeven als een pluim (wolkachtige formatie) van radioactieve gassen en deeltjes. Deze deeltjes worden vervolgens geïnhaleerd of ingeslikt door mensen en dieren of op de grond afgezet. De deeltjes zijn samengesteld uit onstabiele atomen die overtollige energie afgeven, straling genaamd, totdat ze stabiel worden. In lage doses is straling onschadelijk. Na een kernsmelting vernietigen de grote doses levende cellen en kunnen ze mutaties, ziekte en dood veroorzaken.
De potentiële impact van een kernsmelting kan catastrofaal zijn, zoals te zien is in Tsjernobyl en Fukushima , hoewel de kans op een dergelijk incident zeldzaam is. De enige Amerikaanse nucleaire ramp was op het eiland Three Mile in 1979, toen de radioactieve brandstofstaven gedeeltelijk smolten. Slechts een kleine hoeveelheid radioactief gas werd vrijgegeven. Er waren geen meetbare gezondheidseffecten. Desondanks werden er geen nieuwe kerncentrales gebouwd gedurende 30 jaar.
Bijna drie miljoen Amerikanen wonen binnen 10 mijl van een operatiekwartier. Ze riskeren directe blootstelling aan straling bij een ongeval. Als je een van die mensen bent, kun je je als volgt voorbereiden op een ongeluk.
2. Verwijdering van kernafval is een groot nadeel. Laagactief afval komt van contact met de splijtstof in de dagelijkse bedrijfsvoering. Het wordt ter plaatse afgevoerd of wordt naar een afvalfaciliteit op laag niveau in een van de 37 staten gestuurd. (Bron: "Low-level Waste," US Nuclear Regulatory Commission.)
Hoogactief afval bestaat uit verbruikte splijtstof. Het duurt honderdduizenden jaren om te deactiveren. Op dit moment wordt 70.000 ton van deze brandstof opgeslagen in de energiecentrales zelf. (Bron: "Faff and Fallout," The Economist, 29 augustus 2015.)
In de wet inzake nucleaire afvalstoffen van 1982 liet het Amerikaanse Congres de Amerikaanse nucleaire regelgevende commissie weten om een permanente geologische opslagplaats voor de verwijdering van hoogactief afval in Yucca Mountain, Nevada, te ontwerpen, aan te leggen, te exploiteren en uiteindelijk te ontmantelen.
Lokale ambtenaren willen het gevaar niet in hun toestand. Ze hebben de ontwikkeling uitgesteld tot 2013, toen de NRC zijn zaak won in het Amerikaanse Hof van Beroep. In 2015 voltooide de NRC een veiligheidsbeoordeling en begon met het werken aan een milieueffectverklaring. (Bron: "High-level Waste Disposal," US Nuclear Regulatory Commission.)
De toekomst van de Amerikaanse nucleaire energie
Naar verwachting zal de Amerikaanse elektriciteitsvraag in 2040 tegen 2040 met 28 procent stijgen. Met de stijgende olie- en gasprijzen en bezorgdheid over het broeikaseffect begint kernenergie weer aantrekkelijk te lijken. Eind jaren negentig werd kernenergie gezien als een manier om de afhankelijkheid van geïmporteerde olie en gas te verminderen. Deze beleidsverandering effende de weg voor een aanzienlijke groei van de nucleaire capaciteit.
De energiebeleidswet van 2005 voorzag in financiële prikkels voor de bouw van geavanceerde kerncentrales. Er waren ook drie regelgevende initiatieven die de weg versoepelden:
- Een gestroomlijnd certificatieproces voor ontwerpen.
- De voorziening voor vroege locatievergunningen.
- Het combineren van het constructie- en besturingslicentieproces.
Sinds 2007 hebben bedrijven 24 vergunningen aangevraagd voor nieuwe kernreactoren. Er zijn vier nieuwe fabrieken in aanbouw. Westinghouse bouwt er twee in Georgia en twee in South Carolina. (Bron: "Westinghouse koopt CB & I's nucleaire eenheid", The Wall Street Journal, 29 oktober 2015)
Aan de andere kant heeft het fracken van binnenlandse schalieolie en aardgas gas een betaalbaar alternatief gemaakt voor de modernisering van oude kerncentrales. Als gevolg hiervan zijn in de afgelopen twee jaar vier fabrieken gesloten. Het draaien van oude kerncentrales kost meer dan het bouwen van nieuwe gasgestookte centrales. Het is zelfs duurder dan het opknappen van oude kolencentrales op aardgas.
Daarom hangt de toekomst van de uitbreiding van kernenergie in Amerika af van de aardgasprijzen. Als ze opnieuw oprijzen en hoog blijven, verwacht dan aandacht om terug te keren naar de opwekking van kernenergie. (Bron: "Another Reactor Closes, Punctuating New Reality voor US Nuclear Power," National Geographic, 1 januari 2015.)