Toen een van de grote tektonische platen van de aarde in maart 2011 onder een andere voor de oostkust van Japan stak, veroorzaakte het een gewelddadige aardbeving en veroorzaakte een tsunami met golven die hoogten van 20 voet of meer bereikten. Deze verwoestende combinatie liet tienduizenden mensen dood en veroorzaakte een nucleaire crisis toen zeewater de site van de kerncentrale Fukushima Daiichi overstroomde, stroom afsneed en back-upveiligheidsapparatuur uitschakelde.
Bemanningen waren niet in staat om de reactoren koel te houden, wat leidde tot smelten van brandstof, waterstofexplosies en de afgifte van radioactief materiaal. Het duurde meer dan negen maanden voordat de autoriteiten aankondigden dat de reactoren in een stabiele staat van koude stilstand waren gebracht. Veiligheidsoverwegingen hebben ook geleid tot de sluiting van bijna alle andere Japanse kerncentrales.
Het Fukushima-evenement - het ergste nucleaire ongeval sinds Tsjernobyl in 1986 - heeft een schaduw geworpen over atoomenergie en de groeiende hoop van de industrie op een 'nucleaire renaissance'. Meer dan twee jaar later heeft Japan slechts twee van de 54 reactoren van het land opnieuw opgestart, en de gevaren blijven bestaan in Fukushima, terwijl werknemers worstelen met het lekken van radioactief afvalwater. Duitsland en Zwitserland hebben besloten kernenergie geleidelijk af te schaffen en veel andere landen evalueren hun nucleaire ambities opnieuw. In juni 2011 verwierpen Italiaanse kiezers het nucleaire programma van hun land in een referendum.
Maar voor een wereld die steeds meer energie nodig heeft, blijft nucleair een verleidelijk betrouwbare, koolstofvrije energiebron en een aantrekkelijke manier om energievoorraden te diversifiëren en weg te gaan van bronnen zoals steenkool die bijdragen aan de klimaatverandering. "We hebben een renaissance nodig van een technologie die de plaats van kolen kan innemen", zegt Per Peterson, een professor in nucleaire engineering aan de Universiteit van Californië, Berkeley. Zowel kolen- als kerncentrales zijn duur om te bouwen, maar kunnen 24 uur per dag betrouwbare stroom leveren met relatief lage brandstofkosten. "Het is moeilijk om te zien hoe je kolen zou kunnen verdringen als je geen nucleair materiaal gebruikt, " zegt Peterson.
Wereldwijd ligt de toekomst van kernenergie steeds meer in China en India. "De nucleaire renaissance is momenteel aan de gang, maar vooral buiten de Verenigde Staten", zegt Dan Lipman, uitvoerend directeur van strategische leveranciersprogramma's voor het Nuclear Energy Institute, een industriële groep. Zeven van de 66 fabrieken die nu wereldwijd in aanbouw zijn, bevinden zich in India. En China verbond zijn 17e kernreactor met het elektriciteitsnet in februari.
Het verhaal is meer gemengd in de Verenigde Staten, hoewel het land de wereldleider is in de productie van nucleaire elektriciteit. Tot voor kort zorgden 104 reactoren in 31 staten voor ongeveer 19 procent van de elektriciteit in het land. De US Energy Information Administration verwacht dat nieuwe reactoren tegen 2025 ongeveer 5, 5 gigawatt zullen toevoegen - vergelijkbaar met bijna drie Hoover-dammen -. Dit voorjaar begon de bouw van twee nieuwe reactoren voor het eerst in 30 jaar.
Maar de lage aardgasprijzen hebben de inkomsten voor de planteneigenaren doen dalen. De vloot daalde dit voorjaar naar 102 reactoren als gevolg van fabriekssluitingen, het meest recente voorbeeld was het Kewaunee-kernstation van Wisconsin, waar de winst werd opgegeten door het aardgas. De sluiting heeft voorspellingen aangewakkerd dat meer sluitingen mogelijk onderweg zijn naarmate oudere kerncentrales moeite hebben om te concurreren. Duke Energy liet de plannen voor twee nieuwe reactoren in Noord-Carolina vallen en schakelde zijn Crystal River-reactor officieel - voor twee jaar offline - in Florida na decennia van gebruik, na te hebben gekozen voor stopzetting in plaats van reparatie. Volgens de EIA-voorspellingen nemen aardgas en hernieuwbare energiebronnen grotere delen van een groeiende Amerikaanse energietaart in beslag, afhankelijk van prijzen en subsidies.
Het nucleaire ongeval in 1979 op Three Mile Island in centraal Pennsylvania, net als Fukushima, kwam op eenzelfde moment van nucleaire groei. Tegen de tijd van de ramp in Tsjernobyl begon die groei echter te vertragen. Het stagneerde niet alleen vanwege verhoogde veiligheidsproblemen, maar ook vanwege een daling van de prijzen voor fossiele brandstoffen in combinatie met de lange vertragingen, ballonvarenbegrotingen en hoge financieringskosten die kenmerkend waren voor de bouw van nieuwe fabrieken in de jaren tachtig en negentig. Toen, net als nu, bleek de economie van nucleaire ontmoedigend.
De belangstelling voor nucleaire ontstond uiteindelijk. Vanaf ongeveer 2005, zegt Lipman, heeft een samenloop van factoren de bouw in gang gezet. De economische groei stimuleerde de vraag naar elektriciteit en de historisch volatiele aardgasprijzen waren in opkomst. De Energy Policy Act van 2005 verstrekte leninggaranties en andere prikkels voor nieuwe kerncentrales en de vraag naar elektriciteit in woningen in zuidoostelijke staten - met name Florida - 'groeide als gangbusters', zegt hij. Bovendien leek het even mogelijk dat klimaatregulering kolenkracht duurder zou maken.
De timing was perfect. "Een jongere generatie was [Three] Mile Island en Tsjernobyl vergeten of had nog niet geleefd", zegt Edwin Lyman, een senior wetenschapper in het Global Security Program van de Union of Concerned Scientists in Washington, DC
Hoewel sommige Amerikanen het idee van het vergroten van kernenergie hebben overgenomen, blijft het publiek verdeeld over deze kwestie. Vijf maanden vóór de ramp in Fukushima gaf 47 procent van de Amerikanen die werden ondervraagd door het Pew Research Center de voorkeur aan een toenemend gebruik van kernenergie. Direct na de crisis daalde de steun tot 39 procent, maar sindsdien zijn de meningen enigszins verzacht.
Een meer ontvankelijk publiek kan alleen de deur openen voor nucleaire. "Ze konden de economische problemen van kernenergie niet omzeilen, zelfs voordat Fukushima gebeurde", zegt Lyman. De crisis van 2011 in Japan "gooide nog een apenmoersleutel in de maak."
Nucleair is soms gepromoot als een belangrijk wapen in de strijd tegen klimaatverandering, maar "het niveau van inzet van kernenergie dat je de komende decennia nodig zou hebben om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen is zo enorm, het is gewoon niet haalbaar, "Zegt Lyman.
En na Fukushima is veiligheid weer een punt van zorg. Een van de lessen die uit de ramp naar voren moeten komen, is de noodzaak om zich voor te bereiden op onwaarschijnlijke reeksen gebeurtenissen, zegt Peterseley van Berkeley. Na 9/11 begon de Nuclear Regulatory Commission, die verantwoordelijk is voor de regulering van de Amerikaanse nucleaire industrie, de over het hoofd geziene, zo niet onwaarschijnlijke, dreigingen van wijdverspreide schade te onderzoeken - zoals: "wat zouden we doen als terroristen een vliegtuig kapen en besluiten om het te vliegen?" naar een Amerikaanse kerncentrale, "zegt Peterson. De NRC keek naar de schade die de veiligheidssystemen van een fabriek in een dergelijk scenario zou overkomen, zegt hij, en vereist nu dat planten draagbare noodapparatuur aanschaffen als back-up.
Waar geen rekening mee werd gehouden, was de mogelijkheid dat één gebeurtenis of een combinatie van natuurlijke gevaren meerdere reactoren in een fabriek neerhaalde, waarbij elke reactie noodgeval eiste en de inspanningen van opgeleid personeel. Meer dan een derde van de kerncentrales in de Verenigde Staten heeft momenteel twee of meer reactoren. En toch waren noodplannen toegestaan voor slechts één storing. "In de VS was onze voorbereiding altijd dat het een van de eenheden zou overkomen", zegt Joe Pollock, vice-president van nucleaire operaties voor het Nuclear Energy Institute. "We moeten in staat zijn om alle eenheden tegelijkertijd aan te pakken in al onze plannen en voorbereiding."
Pollock zegt dat kerncentrales in de VS nu beter zijn uitgerust voor noodsituaties, maar critici zeggen dat hervormingen niet ver genoeg zijn gegaan. De Union of Concerned Scientists heeft gewaarschuwd dat veel reactoren in de Verenigde Staten het veel slechter hadden kunnen doen dan Fukushima Daiichi in geval van uitval van het koelsysteem, omdat hun verbruikte splijtstofpolen dichter zijn verpakt en moeilijker koel te houden in een noodgeval. De groep is van mening dat planten in staat moeten zijn om een 24-uurs station black-out te weerstaan zonder toevlucht te nemen tot draagbare apparatuur, in plaats van de acht uur aanbevolen, hoewel niet vereist, door een NRC-taskforce georganiseerd in reactie op Fukushima, en ze moeten klaar zijn om functie voor een volledige week zonder off-site ondersteuning, in tegenstelling tot slechts drie dagen.
Nieuwere reactoren met passieve koelsystemen, zoals de AP1000 van Westinghouse, tonen stappen naar verbeterde veiligheid. In plaats van pompen en dieselgeneratoren, maakt de AP1000 gebruik van natuurlijke convectie, zwaartekracht en waterverdamping om oververhitting en drukopbouw te voorkomen zonder externe kracht of zelfs actie van de operator. Het is ontworpen om 72 uur volledige station black-out te weerstaan. Vier AP1000-reactoren zijn in aanbouw in China en twee eenheden zijn gepland voor de VC Summer-kerncentrale in South Carolina.
Zelfs in dit geavanceerde model kon Westinghouse mogelijke verbeterpunten identificeren na het ongeval in Fukushima. Lipman zegt dat het bedrijf "terug is gegaan en het ontwerp zeer grondig heeft onderzocht om te zien wat voor soort wijzigingen er moesten worden aangebracht, " waarin ontwerpveranderingen worden besproken, zoals het plaatsen van batterijen hoger of het installeren van waterdichte deuren voor weerstand tegen overstromingen. Niettemin heeft het bedrijf geconcludeerd dat de AP1000 zou een gebeurtenis kunnen doorstaan die vergelijkbaar is met degene die Fukushima Daiichi verlamde.
Toekomstige nucleaire reactoren kunnen een deel van de kosten- en veiligheidsuitdagingen die gepaard gaan met de 1.000-megawatt-giganten van vandaag omzeilen door te verkleinen. Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een ambitieus doel om technologie te zien voor kleinere, op zichzelf staande en meestal in de fabriek gebouwde reactoren die in het volgende decennium worden ingezet. Bekend als kleine modulaire reactoren, of SMR's, zouden deze mini-kerncentrales een elektrisch vermogen hebben dat gelijk is aan minder dan 300 megawatt en compact genoeg zijn om per spoor of vrachtwagen te verzenden. Onderzoekers werken al aan tientallen verschillende concepten wereldwijd.
Een veelbelovend type staat bekend als een integrale waterdrukreactor. Dit model van de nucleaire apparatuurfabrikant Babcock & Wilcox, genaamd de mPower, vraagt om een paar modules van 180 megawatt-equivalent die vier jaar kunnen werken zonder te tanken - twee keer zo lang als de huidige reactoren. En ze zijn klein genoeg om potentieel bestaande infrastructuur te gebruiken bij verouderde kolencentrales, waardoor de mogelijkheid ontstaat om na hun pensionering nieuw, nucleair leven te geven aan kolencentrales uit de jaren 1950. Geschatte kosten voor het inzetten van SMR's variëren van $ 800 miljoen tot $ 2 miljard per eenheid - ongeveer een vijfde van de kosten van grote reactoren.
"Het is echt veel eenvoudiger om veilige, kleine reactoren te ontwerpen", zegt Peterson. Bij grote reactoren bestaat het gevaar dat zich "hot spots" in de brandstof ontwikkelen. "Als brandstof eenmaal is beschadigd, wordt het moeilijker om af te koelen en kan de schade zich voortplanten, " legt Peterson uit. Goed ontworpen kleinere reactoren die dit probleem kunnen voorkomen en misschien zelfs de behoefte aan externe apparatuur en feilbare menselijke besluitvorming in tijden van crisis kunnen wegnemen, kunnen 'intrinsiek veiliger' zijn, zegt hij. De mate waarin kleine modulaire reactoren de veiligheid in real-world gebruik zouden kunnen verbeteren, blijft echter onzeker.
De kostenvoordelen zijn ook niet gegarandeerd. "De geschiedenis van kernenergie heeft ervoor gezorgd dat reactoren steeds groter worden", aldus Lyman. "Als je kleine reactoren concurrerend wilt maken met grote reactoren, moet je de bedrijfskosten verlagen", zegt hij. "Je moet de arbeidskosten verlagen op een manier die onverantwoord is. Het is niet bewezen dat het veilig is om het aantal exploitanten [en] beveiligingspersoneel en toch veiligheid handhaven. " Het is mogelijk om een kleine reactor veiliger te maken dan een grotere reactor, voegt hij eraan toe, "maar het gaat niet automatisch gebeuren."
Voor elke innovatieve technologie die de huidige reactoren zou kunnen vervangen of opvolgen, ligt een lange weg te gaan. "Zelfs de best bestudeerde planten hebben veel mysteries, " zegt Lyman. De post-Fukushima drive om die onbekenden onder de loep te nemen en onnodig risico te elimineren kan te kort zijn om blijvende verandering te brengen. Deze keer, zegt Lyman, "zou het zijn leuk als er verandering zou plaatsvinden voordat de catastrofe toeslaat. "
