Achtergrond

Kernkrachten in de ijskou

Als enige land ter wereld zet Rusland nucleair aangedreven schepen in. Zo heeft het een heuse nucleaire ijsbrekersvloot. Maar wat zijn nu eigenlijk de voordelen en wegen die wel op tegen de potentiële nadelen?

Met de Akademik Lomonosov heeft Rusland een unicum in handen: het is het enige drijvende nucleaire platform ter wereld. Vorig jaar bereikte dit platform zijn plaats van bestemming in het Arctisch gebied, nabij Pevek. Aan boord van de floating nuclear power unit (FPU) bevinden zich twee nucleaire KLT-40-reactoren met elk een elektrisch vermogen van 35 MW en een thermisch vermogen van 150 MW. Die reactoren zijn eind vorig jaar op het lokale energienet zijn aangesloten om zo’n 100.000 mensen en nabijgelegen olieplatforms van energie te voorzien.

Want dat is wat de Akademik Lomonosov is: een drijvend energieplatform dat voor een belangrijk deel de rol over moet gaan nemen van kernreactor Bilibino die zal worden uitgeschakeld. Het is handiger om een dergelijk drijvend platform te bouwen dan een conventionele kerncentrale op permanent bevroren grond, zo betoogt Rusland. Het land is dan ook van plan om meer van dit soort platforms te gaan bouwen en om deze ook aan het buitenland te gaan verkopen. Diverse partijen, waaronder milieuorganisaties vrezen dat de Akademik Lomonosov kwetsbaar is bij zware stormen, maar volgens Rosatom, het energieagentschap van de Russische staat, is het drijvende platform hiertegen bestand.

Ook rijst de vraag of het 144 m lange, 33 m brede en 21.000 ton zware platform louter over de Noordelijke IJszee naar zijn huidige bestemming is gevaren voor energievoorziening. De ligging nabij de zogenoemde noordelijke ijszeeroute speelt volgens sommigen ook een rol.

Los daarvan is Rusland tot dusver het enige land ter wereld dat dergelijke nucleaire platforms bouwt en dat kunstje heeft het van zichzelf afgekeken. Want dezelfde reactoren die de Akademik Lomonosov aandrijven zijn ook terug te vinden in enkele Russische nucleaire ijsbrekers. En daarin is Rusland ook uniek: geen enkel ander land heeft ijsbrekers met een nucleaire aandrijving.

In 2017 presenteerde Rusland de Arktika, de eerste in een serie van drie nucleaire ijsbrekers. Eind dit jaar volgt de Sibir en de Ural sluit eind 2020 de rij voorlopig af. Het zijn echter niet de eerste nucleaire ijsbrekers die het land ooit heeft gebouwd: al sinds 1959 heeft Rusland deze nucleair aangedreven ijsbrekers in de vaart.

Voordelen nucleaire ijsbrekers

Maar wat is het voordeel eigenlijk van een nucleaire ijsbreker ten opzichte van andere typen? ‘Ten eerste zijn nucleaire ijsbrekers krachtiger dan diesel aangedreven ijsbrekers. Daardoor kunnen ze dezelfde snelheid aanhouden als de commerciële schepen die ze begeleiden’, vertelt Mustafa Kashka, algemeen directeur van FSUE Atomflot, een dochtermaatschappij van Rosatom. ‘Ten tweede: nucleair aangedreven ijsbrekers zijn relatief autonoom wat betreft brandstof. Ze functioneren aan één stuk door voor een periode van circa vijf jaar.’

Ook prof.ir. Hans Hopman, hoogleraar scheepsontwerp aan de TU Delft wijst op het hoge vermogen van de nucleaire ijsbrekers. ‘Dat is factoren hoger dan wat andere grote schepen leveren. Het is een heel groot vermogen op een relatief toch wat kleiner schip dat vrij langdurig autonoom moet kunnen varen in een gebied dat slecht bevoorraad is.’

Het derde punt dat Kashka aanbrengt is hun milieuvriendelijkheid: de nucleaire ijsbrekers verbranden geen fossiele brandstoffen en stoten daarom geen broeikasgassen en fijnstof uit.

‘Op korte termijn is er inderdaad helemaal geen uitstoot’, beaamt Hopman. ‘Je hebt natuurlijk te maken met het afval dat je nucleaire reactor produceert, maar op korte termijn is het qua emissies ontzettend veel schoner.’

Net als de Akademik Lomonosov zijn de drie ijsbrekers, gezamenlijk omschreven als Project 22220, uitgerust met twee reactoren. Deze reactoren hebben echter een veel hoger vermogen: gezamenlijk leveren ze tot 350 MW. Kashka: ‘Het is een fundamenteel nieuw reactorontwerp voor de ijsbrekervloot.’ Elke ijsbreker is 173,3 m lang, 34 m breed en 52 m hoog. De waterverplaatsing van het schip bedraagt 33.540 ton. Aan boord is er ruimte voor 53 bemanningsleden.

‘Het is een heel groot vermogen op een relatief toch wat kleiner schip dat vrij langdurig autonoom moet kunnen varen’

Hij vervolgt: ‘De reactor heeft een unieke geïntegreerde hoge-prestatie layout, waarbij de belangrijkste onderdelen direct in de stoom producerende unit zijn geplaatst. Dit maakt de reactor twee keer lichter en anderhalf keer compacter dan de KLT-type reactoren die we momenteel gebruiken in onze ijsbrekervloot.’

Nieuwe RITM-200-reactoren

De nieuwe ijsbrekers verschillen significant van de oudere generaties. Kashka: ‘Deze ijsbrekers zijn uitgerust met de nieuwe generatie RITM-200-reactoren. Dit zijn krachtiger, integrale reactoren die ongeveer de helft van het gewicht en langere periodes tussen het bijvullen van de reactor met nieuwe brandstof – 7,5 tot 8 jaar – hebben.’

Hij gaat verder: ‘Ook hebben de ijsbrekers van Project 22220 een AC/AC elektrisch aandrijvingssysteem – een nieuw systeem binnen de Russische scheepsbouw dat het mogelijk maakt om een hoger energieniveau te bereiken. Dat omvat het zetten van wisselstroom op de generator.’ Dit betekent een conversie voor de propellermotor, want in de oudere ijsbrekers loopt deze op gelijkstroom.

Ook bijzonder is het ontwerp waarmee het schip meerdere diepgangen heeft Kashka: ‘Door het gebruik van ballasttanks kan de diepgang gemakkelijk veranderd en aangepast worden voor de specifieke condities – of het nu gaat om de zee of ondiepe riviermondingen. Met deze ontwerpoplossing krijgt Rosatom in feite twee typen ijsbrekers voor de prijs van een, wat een potentiële kostenbesparing van honderden miljoenen dollars oplevert.’

Het doel van Project 22220 is simpel: de Noordzeeroute openmaken zodat er het hele jaar door over gevaren kan worden. Hiertoe wordt de nieuwe nucleaire ijsbrekervloot in 2027 uitgebreid met nog twee schepen.

Het grote bezwaar van milieuorganisaties is de veiligheid. De Akademik Lomonosov werd al een ‘nucleaire Titanic’ genoemd en met de nucleaire ijsbrekers zijn de milieuorganisaties niet veel blijer. Volgens Kashka is er echter geen reden tot ongerustheid. ‘Net zoals bij de voorgaande generaties nucleaire ijsbrekers besteden we speciale aandacht aan de veiligheid in Project 22220. Elk van de twee reactoren staat in een autonome insluiting en voorziet in de werking van de energievoorziening, onafhankelijk van de staat van de andere reactor. Dit garandeert de maximale bescherming van de bemanning en de omgeving.’

Veiligheid

‘Het RITM-200-reactorontwerp voorziet in diepgaande beveiliging. Er zijn vijf barrières die de potentiële verspreiding van straling tegengaan: de brandstofsamenstelling, de coating van de brandstofelementen, de primaire elektrische stroomkring, de reactorinsluiting door staal, water en beton en een veiligheidsbehuizing.’

Ook bevat het systeem tal van passieve veiligheidssystemen, zo stelt Kashka. Hij noemt het noodkoelingsysteem met hydraulische accumulatoren, dat indien nodig automatisch in werking treedt door de druk, die een gaskussen creëert bij oververhitting. Ook noemt hij een noodsysteem dat autonoom de druk van de reactor kan doen dalen, al verduidelijkt hij niet hoe dit systeem precies werkt.

Wel gaat hij in meer detail in op een technologie die de ijsbrekers moet beschermen tegen ongelukken, zoals stranden, het neerstorten van een helikopter op het dek of een aanvaring met een ander schip. Naast de gebruikelijke ‘constructieve veiligheidsmaatregelen’ ingebouwd in alle nucleaire ijsbrekers, bevatten de ijsbrekers van Project 22220 zogenoemde ‘string protection’: speciale structuren die verspreid staan langs de romp van de ijsbrekers. Deze vangen de klap bij een dergelijke calamiteit op en verdelen de kracht van die klap gelijkwaardig over alle schotten van de ijsbrekers. Kashka: ‘Deze oplossing is een effectief alternatief voor het verdikken van de metaaldikte van de zijsecties van de schepen, wat ons in staat stelde de schepen de gewenste diepgang te geven.’

Ook Hopman maakt zich niet direct zorgen over de veiligheid van de nucleaire ijsbrekers: ‘Ze hebben hier ervaring mee en ze hebben echt wel hun eisen op het gebied van veiligheid. Die zijn ook aanzienlijk verscherpt; ze hebben hun problemen gekend met de toepassingen van nucleaire onderzeeboten en kerncentrales. Tsjernobyl is er daar een van. Bovendien hebben ze exportplannen voor deze systemen en dat kan alleen maar als je de klant kan overtuigen van de veiligheid ervan.’

Hopman vindt dat de optie nucleair in Europa ook niet te snel van tafel geveegd moet worden. ‘Ik kan me er wel iets bij voorstellen, zeker in het licht van de discussie van een klein jaar geleden. Naast elkaar gezet is de kernreactor helemaal niet zo onveilig als je deze vergelijkt met andere risico’s en de ongelukken die er gebeuren. Ik zou er wel wat voor voelen dat men de oplossing nucleair meeneemt in onze problematiek, wellicht in de richting van thorium, of andere vormen van nucleaire energie die intrinsiek veilig zijn. Wij zetten nu de Noordzee vol met duizenden palen om energie op te wekken, maar wellicht krabben mensen zich over vijftig jaar achter de oren en vragen ze zich af wie dat absurde idee heeft bedacht.’

De reden om nucleair als gevaarlijk te beschouwen berust volgens Hopman te veel op gevoel: ‘Door emotionele gronden vegen we het te snel van tafel en dat vind ik jammer. Ik begrijp waar het vandaan komt, maar we moeten ons realiseren: de techniek gaat verder.’

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW