Thorium MSR projecten
Nederland: Thorizon
Dit Nederlandse project is in september 2022 van start gegaan met als doel in 2035 een werkende reactor te hebben die “schone stoom van 550 graden” produceert voor toepassingen in de industrie. Orano van de opwerkingsfabriek in Frankrijk is een belangrijke partner die zorgt voor het zoutmengsel met thorium en plutonium. Hiermee wordt plutonium, dat in conventionele LWR reactoren wordt geproduceerd als bijproduct, gebruikt als nieuwe brandstof. Thorizon draagt daarmee bij aan het verminderen van het volume van het afval van bestaande reactoren.
Modulariteit is gekozen als strategie tegen corrosie: de reactor bestaat uit 7 modules die, indien nodig, relatief eenvoudig vervangen kunnen worden. De reactor kan alleen kritisch worden als alle modules aanwezig zijn. Elke module bevat een elektrische pomp die het gesmolten zout naar boven pompt. Aangezien de kritische zone voor het zout zich bovenin de module bevindt is dit een passieve veiligheid want als de elektriciteit zou uitvallen, de pomp stopt, en het zout naar beneden zakt, is de reactor niet langer kritisch. Elke module heeft bovendien z’n eigen warmtewisselaar onderin die de geproduceerde warmte naar buiten de reactorkern transporteert.
Het project bevindt zich in de tweede fase waarin de reactormodules worden ontworpen en de materialen worden getest in de hoge flux reactor HFR in Petten. In de derde fase, vanaf ongeveer 2027, worden de componenten gebouwd en getest. In de laatste fase wordt dan de complete reactor gebouwd.
Zie de website van Thorizon en ook het artikel (in het Nederlands) in kernvisie magazine (dec. 2022)
China: TMSR-LF1
In januari 2011 lanceerde de Chineze Academy of Sience een R&D programma van 3 miljard Chinese Yuan (400 miljoen Euro) voor een vloeibare fluoride thoriumreactor (LFTR), daar bekend als de thoriumgesmoltenzoutreactor (Th-MSR of TMSR), en beweerde ‘s werelds grootste nationale inspanning te hebben, in de hoop volledige intellectuele eigendomsrechten voor de technologie te verkrijgen. Dit wordt ook wel de fluoridezout gekoelde hogetemperatuurreactor (FHR) genoemd. Het TMSR-centrum van SINAP in Jiading, Shanghai, is verantwoordelijk maar de protoptype rector staat in de stad Wuwei in de Gansu provincie. De bouw van de 2 MWt TMSR-LF1 reactor begon in september 2018 en werd naar verluidt voltooid in augustus 2021. Het prototype zou in 2024 klaar zijn, maar het werk werd versneld. Het vermogen is een 2 MWth en de brandstof is <20% verrijkt U-235 een thoriumvoorraad van ongeveer 50 kg en een conversieverhouding van ongeveer 0,1. Een deken van lithium-berylliumfluoride (FLiBe) met 99,95% Li-7 zal worden gebruikt, en brandstof als UF4. Het project zal naar verwachting op batchbasis beginnen met online verwijderen van gasvormige splijtingsproducten. Na 5-8 jaar zal alle brandstofzout worden opgewerkt. De splijtingsproducten en kleine actiniden worden eruitgehaald voor opslag. Daarna zal worden overgegaan tot een continu proces van recycling van zout, uranium en thorium, met online scheiding van splijtingsproducten en kleine actiniden. De reactor zal stapsgewijs overgaan van ongeveer 20% thoriumgebruik tot ongeveer 80%.
Zie ook het artikel in World Nuclear News (aug. 2022) en het artikel in Nature (sept. 2021)
USA: Terrapower
Het bedrijf werd door Bill Gates opgericht en doet onderzoek naar een fossiel-vrije samenleving met kernenergie. Andere projecten van het bedrijf zijn de “Travelling Wave Reactor” en de “Sodium Cooled Fast Reactor”. Hun “Molten Chloride Fast Reactor” ontwerp werd ontwikkeld samen met partners zoals ORNL, Idaho National Lab INL en de Vanderbilt universiteit. In oktober 2022 kregen ze een DOE budget om een MCFR experiment, de MCRE, op te zetten op INL onder leiding van Southern Company, een groot energiebedrijf. Deze testreactor van 500 kW vermogen zal worden gebruikt om alle aspecten van de MCRF te onderzoeken en moet werken in 2027. Het gesmolten chloorzout bevat de brandstof en dient ook voor warmtetransport. Als brandstof wordt in eerste instantie uranium gebruikt maar thorium en plutonium behoren technische gesproken ook tot de mogelijkheden. De reactor bevat geen moderator en kiest daarmee voor snelle neutronen om de uraniumkernen te splijten. De reactor werkt bij normale druk (geen drukvat nodig) maar hoge temperatuur. Dit maakt het ontwerp geschikt voor efficiënte elektriciteitsproductie maar ook voor industriële processen die hoge temperaturen gebruiken. Het doel is de reactor inherent veilig te ontwerpen zodat geen operator ingrepen noodzakelijk zijn.
Zie ook Terrapowers website en de MCFR factsheet.
Indonesië: THORCON
Hoewel hun eerste grote project in Indonesie komt is Thorcon een Amerikaans bedrijf. Het heeft de afgelopen 4 jaar een eenvoudige gesmoltenzoutreactor ontworpen waarvoor geen nieuwe technologie nodig is. Het bedrijf beweert dat hun techniek al is bewezen door het Molten Salt Reactor Experiment (MSRE), dat begon in 1959 en eindigde in 1969 in Oak Ridge. Ze willen dat oorspronkelijke ontwerp opschalen en geloven dat er geen technische reden is waarom een volledige 250 MWe prototype niet binnen vier jaar operationeel kan zijn.
Thorcon gelooft in modulariteit en ziet voor zich centrales te bouwen zoals in Korea grote zeeschepen worden samengesteld: uit segmenten die aan elkaar worden gelast afhankelijk van de vereiste lengte van het schip. Elk segment zou 2 identieke reactoren bevatten en de centrale zou zoveel elementen bevatten als nodig voor het vereiste vermogen. In Rusland is al eens zo’n schip gebouwd zij het dat dat ontwerp niet schaalbaar was. In het ontwerp van Thorcon is voorzìen dat de reactoren, wanneer nodig in z’n geheel worden vervangen door nieuwe met nieuwe brandstof en dat de gebruikt eenheid terug naar de fabriek gaat om te worden bewerkt (ontmanteld en waar mogelijk hergebruikt).
De overeenkomst met Indonesië is voor de bouw van een eerste prototype reactor van 250 MWe in eerste instatie. Seriebouw eventueel in schepen volgt dan in fase 2. In maart 2023 is een overeenkomst ondertekend met het Nuclear Energy Regulatory Agency of Indonesia (BAPETEN) om officieel veiligheidsoverleg te starten ter voorbereiding op het verlenen van vergunningen voor de 500 MW demonstratiekerncentrale op het eiland Kelasa in de provincie Bangka-Belitung.
Canada: Terrestrial Energy
Terrestrial voorziet ook een modulaier opbouw van hun reactor waarin kernen (core units) relatief eenvoudig vervangen kunnen worden door nieuwe als de oude zijn aangetast door corrosie. Zij volgen het ontwerp van een Geïntegreerde gesmoltenzoutreactor van ORNL Met geïntegreerd wordt bedoeld dat meerdere toepassingen.mogelijk zijn zoals elektriciteit- en warmte productie, warmte opslag en hoge temperaturen voor industriële toepassingen. Terrestrial gebruikt geen thorium maar standaard laag (<5%) verrijkt uranium in de vorm van een fluoride zout UF4 vermengd met lithium fluoride (LiF), natriumfluoride (NaF) en beriliumfluoride (BeF2) die voor een hogere warmtecapciteit zorgen en een lager smeltpunt. De reactor werkt met thermische nuetronen en een koolstofmoderator. Het is vooral de corrosie van de koolstof die de levensduur van de kern-eenheden tot een verwachtte 7 jaar limiteert. In principe is het ook mogelijk plutonium als brandstof te gebruiken. Ook is voorzien om kleine hoeveelheden brandstof te verversen in de reactor zonder het reactorvat te hoeven openen. Het huidige ontwerp genereert 392 MWe en 884 MWth bij 700 graden Celcius. Terrestrial bouwt voort op de IMSR test reactors die zijn gebouwd en getest op ORNL. Voor ontwikkeling en distributie de brandstof is Terrestrial een verbond aangegaan met Orano. Verwacht wordt dat de eerste commerciële centrales in 2030 operationeel kunnen zijn. Er is al door verschillende partijen belangstelling getoond met name ter vervanging van kolencentrales en voor de productie van waterstof.
Zie ook hun website en wikipedia. De IMSR is beschreven hier.
Copenhagen Atomics
Deze groep concentreert zich vanaf het begin op het ontwikkelen van onderdelen van een thorium gesmoltenzoutreactor zodat massaproductie, als alle onderdelen klaar zijn, eenvoudiger wordt. De onderdelen zijn ook voor anderen te koop. Ze willen in hun reactoren thorium en kernafval (plutonium) van conventionele LWR reactoren gebruiken en positioneren zich daarmee in de markt van de ‘waste burners’. Het eerste doel is het bouwen van een 1 MWth testreactor. Daarna volgt de 100 MWth die hun ‘standaard’ reactor wordt. In hun visie is dit de module van hun SMR filosofie. De thermische reactor werkt onder atmosferische druk bij een temperatuur van 560°C en het zout is een Lithium-7 Fluor zout met Plutonium en Thorium. Het plutonium (kernafval) wordt ‘verbrand’ tot er genoeg uranium-233 is gekweekt uit het thorium om daarmee verder te kunnen draaien. Zwaar water dient als moderator voor de neutronen. De reactor past in een standaard zee-container en kan op een vrachtwagen worden vervoerd. De 1 MW demo reactor moet in 2025 klaar zijn en de 100 MW in 2028.
Zie ook hun website, en een presentatie van hun medewerker Thomas Jam Pedersen.
en ook nog ...
- DIMOS & LUMOS Een initiatief van meerdere Nederlandse universiteiten en instituten voor het ontwikkelen en bouwen van een thorium MSR.
- Moltex Energy, De wereld heeft schone energie nodig. Moltex, opgericht in Londen in 2012, heeft een echt nieuw reactorconcept ontwikkeld dat losstaat van het conventionele MSR-ontwerp. Deze reactor, die de “Stable Salt Reactor” wordt genoemd, gebruikt gesmolten zoute brandstof die wordt vastgehouden in statische brandstofbuizen, in plaats van conventionele ‘gepompte circulatie’-ontwerpen. Deze Britse uitvinding, beschermd door wereldwijde patenten, zal naar verwachting de technische complexiteit en de regeldruk verminderen. De volgende stap van het bedrijf is om een voorlopige veiligheidsbeoordeling uit te voeren met nucleaire regelgevers, waarna ze kunnen beginnen te kijken naar de economische haalbaarheid.
- Flibe Energy, Opgericht in 2011 door Kirk Sorensen, oorspronkelijk van NASA. Het plan is een 20-50 MW LFTR reactor te bouwen. De naam Flibe komt van LithiumFluoride en Beryllium onderdeel van de zouten die voorgesteld worden. De reactoren waren bedoeld voor afgelegen militaire bases met de hoop dat militaire projecten sneller worden goedgekeurd dan civiele. Eind 2015 werd het ontwerp ingediend. De huidige status van het project niet bekend.
- Thransatomic Power, Laten we een overvloed aan energie en een gezonde wereld creëren. Transatomic, opgericht in 2010 in Massachusetts, is het enige bedrijf dat hun financieringsbedragen heeft bekendgemaakt, drie rondes van in totaal $ 5,5 miljoen van investeerders, waaronder Peter Thiel. Het bedrijf ontwikkelt hun “Waste-Annihilating Molten Salt Reactor” (WAMSR), een gesmoltenzoutreactor van 520 MW die het afval van traditionele reactoren als brandstofbron gebruikt. Terwijl een traditionele reactor tot 4% van de energie in zijn uraniumbrandstof kan gebruiken, gebruikt de WAMSR 96%, waardoor het kernafval wordt teruggebracht tot 2,5% van wat wordt geproduceerd door een typische reactor. De nachtelijke kosten van de WAMSR bedragen $ 1,7 miljard, en ze voeren momenteel experimenten op laboratoriumschaal uit om het ontwerp voor de prototypefaciliteit te verfijnen, die naar verwachting in 2020 voltooid zal zijn.