Thorium is een scheikundig element uit het periodiek systeem met atoomnummer 90. Het komt van nature in de aardkorst voor in onder andere de mineralen thoriet, thorianiet en mozaniet. Thorium is een van de afvalproducten bij het winnen van zeldzame aardmetalen, een groep scheikundige elementen die veel worden gebruikt in elektronica en telefoons.
Waarvoor gebruiken we thorium?
Thorium wordt vandaag de dag weinig gebruikt in praktische toepassingen. Er wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van thorium voor het opwekken van kernenergie. Nu wordt daar uranium voor gebruikt. Net als bij kerncentrales die op uranium zijn gebaseerd komen er bij de opwekking van energie uit thorium geen broeikasgassen vrij.
Wat is het verschil in het gebruik van thorium en uranium voor kernenergie?
Bij het opwekken van kernenergie worden atoomkernen gespleten. Bij kernsplijting komt erg veel energie vrij; veel meer dan bijvoorbeeld bij het verbranden van fossiele brandstoffen. Nu wordt er voor kernsplijting uranium-238 gebruikt, waarvan eerst een deel moet worden omgezet naar uranium-235. Dat omzetten wordt verrijken genoemd. Thorium zelf kan niet gespleten worden, maar kan ter plaatse worden omgezet naar een ander isotoop van uranium, uranium-233. Dit betekent dat er een ander aantal neutronen in de kern zitten dan bij uranium-235. Doordat een ander isotoop kan worden gebruikt, ontstaat er bij de kernreactie van thorium geen plutonium, dat kan worden gebruikt voor het ontwikkelen van kernwapens. Daarentegen kan uranium-233, dat ontstaat in de thoriumreactor, daarvoor ook gebruikt worden.
Voor thoriumreacties kunnen andere types reactoren gebruikt worden dan voor uraniumreacties, bijvoorbeeld een gesmolten-zoutreactor of pebble-bed reactor. Het gebruik van dit type reactoren betekent dat er niet met water hoeft te worden gekoeld. Dat gebeurt bij de huidige uraniumgebaseerde kernreactoren wel. Als het water daar weglekt of verdampt kan een ‘meltdown’ plaatsvinden. Dan raakt de reactor oververhit en kan radioactief materiaal vrijkomen. Dit gebeurde in 2011 in de kernreactor van Fukushima en in Tsjernobyl in 1986. In de nieuwste generatie kernreactoren die met water worden gekoeld zijn wel veiligheidsmaatregelen genomen die ervoor zorgen dat een ‘meltdown’ niet plaats zou kunnen vinden.
Een thoriumreactor zou mogelijk veel minder afval dan een uraniumreactor kunnen produceren. In een traditionele reactor kan maar een deel van het uranium kan worden gebruikt. De afvalproducten die overblijven zijn zeer radioactief en dus gevaarlijk. Thorium kan wel helemaal worden opgebruikt in een kernreactie. 83% van de afvalproducten van een thoriumreactor zou kunnen worden hergebruikt in de industrie en geneeskunde. De andere 17% is wel erg radioactief. De radioactieve afvalproducten van de thoriumreactie moeten daarvoor nog wel worden gescheiden van de rest. Er wordt gedacht dat dit scheiden makkelijker is dan bij uraniumreacties, omdat het over minder radioactief materiaal gaat. Dit is echter nog niet bewezen.
Deze radioactiviteit van de radioactieve afvalproducten van de thoriumreactie is na 300 jaar tot een veilig niveau gedaald. Bij een uraniumreactor duurt dat langer, 10.000 tot 1.000.000 jaar.
Wanneer kan een thoriumreactor worden gebouwd?
Tegenwoordig zijn praktisch alle kernreactors gebaseerd op uraniumsplijting. Daardoor moet er nog veel onderzoek worden gedaan om een thoriumreactor te ontwikkelen. Er moeten bijvoorbeeld nog oplossingen worden gevonden voor de scheiding en recycling van de afvalmaterialen. Verder is er nog niet bekend hoe het gesmolten thoriumzout zich exact gedraagt onder de reactieomstandigheden. Ook moet de reactor zo worden ontworpen en getest dat hij bestand is tegen de extreme omstandigheden waarop de thoriumreactie plaatsvindt. Schattingen zijn dat het nog tientallen jaren duurt voordat op thorium gebaseerde reactoren commercieel beschikbaar zijn.
Met dank aan Bob van der Zwaan, bijzonder hoogleraar Sustainable Energy Technology