Lange aanlooptijd kernenergie vraagt stevige onderbouwing als fundament

Door Jasper J. van Dijk

Een variant op dit artikel is eerder gepubliceerd in ESB. Dit artikel was onder andere onderdeel van het debat over Kernenergie in de Tweede Kamer op 13 oktober 2022.

Updates

• Jasper J. van Dijk schrijft in het NRC over de voor- en nadelen van kernenergie

Met het huidige coalitieakkoord (kader) lijkt er onder aanvoering van de VVD een einde te zijn gekomen aan het decennia lange taboe op kernenergie. Dit is een belangrijke stap om tot een goede afweging te komen voor ons energiesysteem. Het gevaar is alleen dat we nu in één keer doorschieten naar het uitvoeren van een voornemen om twee kerncentrales te bouwen, terwijl de onderbouwing op dit moment nog grotendeels onduidelijk is. In de Kamerbrieven over de plannen ontbreekt een volledig overzicht en afweging van de voor- en nadelen van kernenergie. Waarom kunnen we niet zonder, of bouwen we er niet zes?

• Wat is het kabinet van plan?

  Het kabinet heeft in het coalitieakkoord afgesproken om de benodigde stappen te zetten voor de bouw van twee nieuwe kerncentrales. Voor het kabinet betekent dit dat ze de (financiële) bijdrage van de overheid bezien en zorgen ze voor veilige, permanente opslag van kernafval. Daarnaast moet het kabinet onder andere marktpartijen faciliteren bij hun verkenningen, innovaties ondersteunen, tenders uitzetten, en wet- en regelgeving waar nodig in orde maken. Hiervoor is vijf miljard euro beschikbaar.
  

  Gezien de relatief korte deadline ligt het in de lijn der verwachting dat het kabinet gebruik wil maken van een bestaande techniek. De meest moderne kerncentrales die hieraan voldoen zijn 'gewone' generatie-lll+ reactoren. Zowel 'kleine' Small Modular Reactors van de derde generatie als 'gewone' generatie-IV reactoren zijn op dit moment nog niet ver genoeg ontwikkeld voor realisatie vóór 2040. De ‘gewone’ kerncentrales met bestaande techniek hebben een vermogen van 1000 tot 1500 MWe. Het kabinet wil dus waarschijnlijk dat Nederland in 2040 ongeveer 3000 MWe aan kernenergie opwekt (het vermogen van de kerncentrale in Borssele á 485 MWe is hierbij opgeteld).

Het is voor het huidige kabinet ook politiek van belang om het voornemen om twee kerncentrales te bouwen beter te onderbouwen. Het is namelijk onwaarschijnlijk dat de bouw van de kerncentrales deze kabinetsperiode al zal aanvangen en de bouw zelf zal 10 tot 15 jaar duren. Wanneer een betere onderbouwing laat zien wat de meerwaarde is van twee kerncentrales is de kans dat een volgend kabinet het plan zal voortzetten veel groter.

Dit artikel is een startpunt voor de weging van de maatschappelijke kosten en baten van kernenergie in ons energiesysteem. Hoe verhoudt kernafval zich bijvoorbeeld tot de afvalstromen van zonnepanelen en windmolens?

“Als het een beetje tegenzit hebben we in Europa over twintig jaar net zoveel actieve kerncentrales als nu, alleen staan ze in andere landen.”

Het artikel richt zich op de Nederlandse plannen, maar de afweging begint al op het Europese niveau. Hier bestaat grote verdeeldheid over de rol van kernenergie. In Frankrijk en Polen wordt flink geïnvesteerd in kernenergie, terwijl Duitsland en België ermee stoppen. Als het een beetje tegenzit hebben we in Europa over twintig jaar net zoveel actieve kerncentrales als nu, alleen staan ze in andere landen. Het overgrote deel van de kosten van een kerncentrale zit in de bouw en het afbreken. Dit betekent dat het erg inefficiënt is om een kerncentrale te vervangen voordat deze is 'opgebruikt'. Meer coördinatie van de inzet van kernenergie op Europees niveau zou dit kunnen voorkomen.

Doel

Om tot een goede afweging te komen is het van belang dat het doel helder is. De maatschappelijke doelstellingen van de overheid voor de Nederlandse energiemarkt zijn duurzaamheid, betrouwbaarheid, betaalbaarheid, veiligheid en leefbaarheid (ruimtelijke inpassing).

Op basis van de gekozen doelstellingen kan de gewenste situatie in 2050 worden geschetst. In alle gevallen is er een uitbreiding nodig van de hoeveelheid windturbines en zonnepanelen om de klimaatdoelen te bereiken. Maar het bouwen van kerncentrales maakt het mogelijk om met minder windturbines en zonnepanelen toch te voorzien in de elektriciteitsvraag van Nederland zonder CO2 uit te stoten.

Op dit moment is er een expertteam onder leiding van Bernard Ter Haar bezig met het schetsen van het Nederlandse energiesysteem in 2050. Wanneer een helder beeld is gevormd, kunnen de voor- en nadelen uit het volgende afwegingskader worden aangevuld en uitgewerkt. Hier zal extra onderzoek voor nodig zijn.

Afwegingskader

Om onderbouwd te kiezen tussen het wel of niet bouwen van extra kerncentrales is het noodzakelijk om een energiesysteem met en zonder kerncentrales te vergelijken op basis van de gestelde doelen. Een technische beschrijving van een afwegingskader is vrij abstract, daarom heb ik als startpunt voor de discussie werkhypotheses voor de verschillende overwegingen opgesteld (Tabel 1).

Tabel 1: Vergelijking tussen kerncentrales en zon & wind.
Noot: Een vollere (Harvey) bal betekent een betere score op dit onderdeel.

Duurzaamheid

Op gebied van duurzaamheid vormt niet uitstoot het belangrijkste verschil tussen kern- en hernieuwbare energie, maar grondstofgebruik en afvalstromen. Volgens de Verenigde Naties heeft kernenergie de laagste CO2-uitstoot (~5g per kWh) van alle duurzame energiebronnen, maar het verschil met wind (~15g per kWh) en zon (~50g per kWh) is verwaarloosbaar ten opzichte van gas (~500g per kWh) of kolen (~900g per kWh).

Kerncentrales vereisen minder zeldzame en een kleinere hoeveelheid grondstoffen dan windturbines en zonnepanelen over de totale levenscyclus. Uranium is niet hernieuwbaar, maar er is voor de productie van energie relatief weinig nodig ten opzichte van de beschikbare hoeveelheid. Voor windturbines zijn er bij de bouw 'zeldzame aardmetalen'  nodig (neodymium, praseodymium, dysprosium, en terbium) en voor zonnecellen zijn 'kleine metalen' nodig (silicium, indium, gallium, seleen, cadmium, en telluur) waarvoor de voorraden wereldwijd beperkt zijn. Daarnaast zal er in een energiesysteem met alleen hernieuwbare energiebronnen waarschijnlijk een significante behoefte aan opslag in batterijen zijn (zie betrouwbaarheid). Deze batterijen gebruiken vaak veel van het 'kleine metaal' lithium.

Qua afvalstromen kennen kernenergie en hernieuwbare energie elk hun eigen problemen. Een kerncentrale van 1600 MWe produceert ongeveer 10-11,5 m3 zeer radioactief afval per jaar. Dit afval wordt voor honderd jaar opgeslagen bij COVRA, maar het blijft honderdduizenden jaren radioactief en er is nog geen permanente oplossing voor de berging hiervan. Het aanleggen en vervangen van duurzame energiebronnen zoals zonnepanelen en windmolens zorgt anderzijds voor een grote afvalstroom die met de huidige technologieën moeilijk te recyclen is. De Harvard Business Review schat het afval van bijvoorbeeld zonnepanelen op 90 ton per MWe.

Betrouwbaarheid

Wanneer de nadruk ligt op betrouwbaarheid is kernenergie erg aantrekkelijk. Kerncentrales kunnen een zeer stabiele basislast aan elektrische energie leveren. De energieopbrengst van hernieuwbare energiebronnen zoals windmolens of zonnecellen is afhankelijk van de weersomstandigheden en fluctueert daarom meer dan dat van kerncentrales.

Om ervoor te zorgen dat vraag en aanbod van energie met elkaar in balans zijn moet er voldoende capaciteit zijn om energie op te slaan. Met behulp van bijvoorbeeld batterijen of het maken van waterstof kan overcapaciteit worden opgevangen en worden ingezet bij tekorten. De behoefte aan opslagcapaciteit is groter bij een groter aandeel van windmolens en zonnepanelen in het energieaanbod.

Kerncentrales kunnen de fluctuatie van duurzame energiebronnen zoals zon en wind deels compenseren, waardoor de opslagbehoefte van het totale energiesysteem afneemt. Moderne kerncentrales kunnen afhankelijk van de vraag meer of minder energie opwekken (load-following). Die flexibiliteit is ondertussen vergelijkbaar met die van een kolencentrale. Wanneer kerncentrales constant hun optimale vermogen produceren (base-load), is het aanbod het hoogst en zeer stabiel, maar kan de centrale niet worden gebruikt om fluctuaties op te vangen. In het afwegingskader worden deze twee alternatieven naast elkaar gepresenteerd om cherry picking van de voordelen van beide opties te voorkomen.

Betaalbaarheid

Er verschijnen steeds meer studies over de betaalbaarheid van kernenergie ten opzichte van hernieuwbare energie, vaak met tegengestelde conclusies. Toch komen de meeste onderzoeken erop uit dat de kosten van kernenergie hoger zijn dan die van hernieuwbare energie.

De energiekosten worden vaak vergeleken op basis van de Levelized Costs of Energy (LCOE). Dit is een soort gemiddelde van de kosten over de volledige levensduur van financiering en bouwen tot en met gebruik en afbreken. Schattingen variëren van 75 tot 200 euro per MWh voor kernenergie en van 22 tot 125 euro per MWh voor zon en wind. Hierbij gaat het om de kosten van de energiebron zelf, daar moeten de kosten voor de benodigde infrastructuur, opslag en eventuele import of export nog bij worden opgeteld.

Als we vervolgens naar de systeemkosten kijken komt juist kernenergie er gunstig uit, omdat er bij zon en wind veel meer maatregelen nodig zijn om de variatie in beschikbaarheid op te vangen (zie betrouwbaarheid). Hierbij speelt de manier waarop kernenergie wordt ingezet een belangrijke rol. Als de kerncentrales voor de base-load worden ingezet kunnen ze meer produceren, wat de stroom goedkoper maakt, maar moet er meer in opslag geïnvesteerd worden. Als een kerncentrale load-following wordt ingezet nemen de kosten voor opslagcapaciteit af, maar neemt de LCOE toe. Sommigen gaan uit van de lagere prijzen én beweren dat kernenergie ook nog flexibel kan worden ingezet, maar dan reken je je rijk.

Veiligheid

Veiligheid speelt op twee manieren een rol. Ten eerste is er het risico op een kernramp. Dit is een uniek risico voor kerncentrales dat windmolens en zonnepanelen niet kennen. De kans op een kernramp is klein, maar de gevolgen kunnen enorm zijn. Indirect komen deze risico’s terug in de betaalbaarheid, voornamelijk bij de financiering.

Ten tweede is het – zeker sinds de Russische invasie in Oekraïne – evident dat energie een belangrijke rol speelt bij de autonomie van landen en daarmee de internationale veiligheid. Vanuit dit perspectief komt de vraag over het investeren in kernenergie neer op een afweging tussen een afhankelijkheid van grondstoffen of van kennis. De afhankelijkheid hangt af van de landen waaruit deze materialen komen, hoe groot deze voorraden zijn en of hier strategische voorraden van kunnen worden aangelegd.

Voor de ‘zeldzame aardmetalen’ en de ‘kleine metalen’ die nodig zijn voor het bouwen van windmolens en zonnepanelen zijn we afhankelijk van buitenlandse voorraden zoals die in China. Nederland is ook van het buitenland afhankelijk voor uranium. Australië, Kazachstan en Canada hebben wereldwijd de grootste uranium voorraden. De voorraden zijn wel relatief groot en verspreid, waardoor de afhankelijkheid waarschijnlijk meevalt. Daarnaast neemt een strategische voorraad fysiek slechts beperkte ruimte in, omdat uranium vrij compact is. Al kan deze voorraad mogelijk ook weer bijdragen aan internationale spanningen omdat zij ook gebruikt kunnen worden om kernwapens te produceren.

Om op korte termijn kerncentrales te kunnen bouwen moet er gebruik worden gemaakt van bestaande en bewezen technologie, waar Nederland niet over beschikt. De landen met bedrijven die dit zouden kunnen zijn Frankrijk, de Verenigde Staten, Zuid-Korea, Rusland en China. Als Nederland structureel inzet op kernenergie kan het de moeite lonen om op termijn zelf de benodigde kennis en technologie te ontwikkelen om zelfstandig (of in samenwerking met nabije landen) kerncentrales te kunnen bouwen en exploiteren. Als het blijft bij twee kerncentrales is het waarschijnlijk dat Nederland voor kennis over kernenergie van het buitenland afhankelijk zal blijven.

De afhankelijkheid van het buitenland voor kennis of technologie is vermoedelijk kleiner voor windmolens of zonnepanelen dan voor kerncentrales. De technologische afhankelijkheid op het gebied van zonnepanelen en windmolens wordt bepaald door de landen waar de zonnecellen en windmolens voor Nederland (zullen) worden geproduceerd. Op basis daarvan kan worden bepaald of Nederland zelf nog kennis of technologieën moet ontwikkelen om minder afhankelijk te worden van het buitenland.

Leefbaarheid

Vanuit het leefbaarheidsperspectief gaat het om de spanning tussen landelijk en lokaal draagvlak. De maatschappelijke acceptatie van kernenergie daalde door de ramp met de kerncentrale in Japan in 2011 van 54 procent naar 45 procent, maar sindsdien is het draagvlak gestaag opgeklommen naar 60 procent. Al blijft het draagvlak voor windmolens met 68 procent groter. Dit betekent niet dat iedereen naast een windmolen of kerncentrale wil wonen. De zorgen over overlast van windmolen blijven bestaan. Daarbij maken windmolens geluid en zorgen ze voor een slagschaduw (de schaduw van draaiende wieken). In 2020 lag de waarde van woningen in de nabijheid van windturbines gemiddeld 2,6 procent lager dan vergelijkbare woningen elders. Kerncentrales nemen relatief weinig ruimte in ten opzichte van zonneparken en windparken en rond Borssele is er ook lokaal steun voor het bouwen van kerncentrales.

Kiezen

Voordat het kabinet overgaat tot het bouwen van kerncentrales is het relevant om alle doelstellingen voor de Nederlandse energiemarkt te expliciteren. Zijn er bijvoorbeeld nog andere elementen die moeten worden meegewogen? Vervolgens moet het kabinet voor al deze aspecten de effecten van de van kerncentrales afwegen tegen de mogelijke alternatieven, om tot een onderbouwde keuze te komen voor het Nederlandse energiesysteem in het algemeen en de bouw van kerncentrales in het bijzonder. Een belangrijke politieke keuze is het gewicht dat aan de verschillende doelstellingen wordt gegeven.

Dan resteert er nog één overweging die niet specifiek binnen één van de doelstellingen valt. Stel dat er wordt afgezien van de bouw van kerncentrales. Dan bestaat het risico dat de plannen om CO2 neutraal te worden tegenvallen. Bijvoorbeeld omdat het aanleggen van windmolens vertraagd of omdat de elektriciteitsvraag hoger is dan verwacht. Als er daardoor in 2050 structureel te weinig capaciteit is, moet worden teruggevallen op bijvoorbeeld gas- of kolencentrales. Om dit risico te verkleinen kan het – bij wijze van verzekering – verstandig zijn een aantal kerncentrales te bouwen. Ook deze mogelijkheid om het risico op klimaatschade te beperken zal moeten worden meegewogen, inclusief de bijkomende kosten.

Conclusie en vervolg

Beleidskeuzes worden beter wanneer bestaande wetenschappelijke inzichten worden benut en als er aandacht is voor de lange termijn, de visie en behoefte van ‘de buitenwereld’ en de samenhang met ander beleid. Een deel van de benodigde informatie om een afweging te maken ontbreekt echter nog, is niet volledig of zelfs tegenstrijdig. De grootste uitzoekpunten om de gestelde hypotheses te toetsen zijn:

• Een schets van het energiesysteem in 2050 en daarna, inclusief het toekomstperspectief voor kerncentrales.

• Een vergelijking over de volledige levenscyclus van de duurzaamheid van het gebruik van uranium voor kernenergie en zeldzame metalen voor windmolens en zonnepanelen.

• Een vergelijking van de totale kosten voor het inzetten van kerncentrales als base-load en load-following, inclusief de additionele kosten om dezelfde flexibiliteit te bereiken.

• Een vergelijking van de afhankelijkheid van buitenlandse kennis voor kernenergie en buitenlandse zeldzame metalen voor windmolens en zonnepanelen.

• Een vergelijking van de ruimtelijke inpassing van twee kerncentrales en de ruimtelijke inpassing van het energie-equivalent aan windmolens en zonnepanelen.

Zonder een integrale vergelijking op basis van deze kennis lijkt het onverstandig om een onomkeerbare stap te zetten.