Hoe kun je kernafval veilig opslaan voor ‘miljoenen jaren’? MIT’s nieuwste model geeft antwoord en versterkt het vertrouwen in ondergrondse opslag.
De wereld omarmt kernenergie opnieuw als een belangrijke schakel in de energietransitie. Terwijl landen haast maken met het afbouwen van fossiele brandstoffen, maken ze gelijktijdig plannen voor nieuwe kerncentrales. Maar deze nucleaire renaissance brengt ook een oud en groeiend probleem met zich mee: wat doen we met het kernafval?
Kernafval, en dan met name gebruikte splijtstofstaven en radioactieve componenten van reactorinstallaties, blijft duizenden tot miljoenen jaren gevaarlijk. Bovendien zullen veel reactoren uiteindelijk worden ontmanteld, wat extra afval oplevert dat veilig moet worden opgeslagen.
Ondergrondse opslag in diepe geologische lagen geldt momenteel als de meest veilige en haalbare oplossing, maar het vertrouwen in de langetermijnveiligheid ervan is nog altijd broos. Volgens een recente studie, gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift PNAS, komt daar nu mogelijk verandering in.
MIT komt met gamechanger
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), in samenwerking met het Lawrence Berkeley National Lab en de Universiteit van Orléans, hebben een nieuwe simulatietool ontwikkeld die de manier waarop we denken over kernafvalopslag fundamenteel kan veranderen. Hun model, CrunchODiTI, is het eerste dat in staat is om complexe interacties tussen kernafval en opslagsystemen in drie dimensies én met elektrochemische precisie te simuleren.
“Deze combinatie van computationele simulaties en jarenlang experimenteel werk is cruciaal voor het versterken van vertrouwen in de veiligheid van ondergrondse opslagplaatsen,” zegt MIT-assistent-professor Haruko Wainwright.
Realistische simulaties dankzij decennialange data
De basis voor de nieuwe doorbraak ligt onder het Zwitserse gebergte, bij het Mont Terri-onderzoekscentrum. Al tientallen jaren wordt hier onderzoek gedaan naar Opalinus-klei, een materiaal dat wordt beschouwd als bijzonder geschikt voor het langdurig insluiten van radioactief afval. De internationale samenwerking op deze locatie heeft een unieke dataset opgeleverd over hoe klei en cement – belangrijke barrièrematerialen in opslagfaciliteiten – op lange termijn met elkaar en met radionucliden reageren.
Volgens Dauren Sarsenbayev, promovendi aan MIT en hoofdauteur van de studie, maakt juist deze dataset het mogelijk om het computermodel te testen aan de realiteit. “Het bijzondere is dat we de simulaties konden vergelijken met resultaten van een 13 jaar oud experiment, en ze kwamen opvallend goed overeen,” aldus Sarsenbayev.
De ‘huid’ tussen cement en klei blijkt cruciaal
Het onderzoek richtte zich op een slechts 1 centimeter dikke zone tussen cement en kleisteen, de zogenaamde ‘skin’ (huid). Het bleek dat in deze dunne zone elektrochemische effecten – veroorzaakt door de negatieve lading van kleimineralen – een veel grotere rol spelen dan eerder werd aangenomen. Juist deze effecten verklaarden waarom eerdere modellen faalden om realistische voorspellingen te doen.
Het nieuwe CrunchODiTI-model slaagt erin deze fijne elektrochemische interacties wél correct te simuleren. Dat biedt volgens de onderzoekers een veel robuuster fundament voor veiligheidsbeoordelingen die letterlijk miljoenen jaren vooruit moeten kijken.
Nieuwe standaard
De toepassing van dit model gaat verder dan alleen Zwitserland. In veel landen – waaronder Frankrijk, Finland, Zweden en Canada – wordt serieus geïnvesteerd in diepe geologische opslag. Ook Nederland onderzoekt al jaren de mogelijkheden voor ondergrondse opslag in kleiformaties of zoutkoepels.
Volgens Sarsenbayev kunnen deze nieuwe simulaties bijdragen aan beter onderbouwde beleidskeuzes. “We kunnen nu de verspreiding van radionucliden voorspellen over tijdschalen die variëren van maanden tot miljoenen jaren,” zegt hij. Daarmee wordt het mogelijk om scenario’s door te rekenen voor uiteenlopende opslagmedia, van klei tot zout.
Vertrouwen is broodnodig
Eén van de grootste obstakels voor daadwerkelijke implementatie van ondergrondse opslag is het publieke wantrouwen. Ondanks de relatief veilige reputatie van kernenergie, blijft het idee van afval dat duizenden jaren radioactief blijft een moeilijk te verteren boodschap.
Studies als die van MIT helpen om het publieke en politieke vertrouwen te vergroten, doordat ze wetenschappelijk onderbouwde zekerheid bieden over de prestaties van opslagmethodes op extreme tijdschalen. Dit is niet alleen van belang voor landen met kerncentrales, maar ook voor het bredere debat over kernenergie als duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen.
Technologie en wetenschap als sleutel
De innovatieve modeltechnologie van MIT en partners toont aan dat wetenschap en technologie de sleutel kunnen zijn tot het oplossen van één van de grootste struikelblokken van kernenergie. Met modellen die realistische, langdurige simulaties mogelijk maken, komt een veilige en maatschappelijk aanvaardbare oplossing voor kernafval een forse stap dichterbij.
De volgende grote uitdaging? Zorgen dat deze technologie niet op de plank blijft liggen, maar wordt opgenomen in het besluitvormingsproces van overheden wereldwijd.
