HTMR 100

Type: SMR HTGR, Hoge Temperatuur Gasgekoelde  Reactor – Zuid-Afrika

Zie de KernVisie nieuwsbericht met titel: “Zuid-Afrikaanse kogelbedreactor komt er dankzij Amerikaanse private equity firma toch” van 2 april 2024 door op de titel te klikken.  

Achtergrondinformatie:

HTMR 100 is de afkorting van Hoge Temperatuur Modulaire Reactor met een vermogen van 100 MWth ofwel 35 MWe. Het is een SMR met een Hoge Temperatuur Gasgekoelde Reactor (HTGR) van het type kogelbedreactor. Het Zuid-Afrikaanse staatselektriciteitsbedrijf ESKOM, die van alle elektriciteitsbedrijven op aarde de hoogste CO2-emissie heeft, zette al sinds halverwege de jaren negentig in op de ontwikkeling van een eigen modulaire kogelbedreactor, de Pebble Bed Modular Reactor (PBMR). Een kenmerk van deze reactor was, dat het opgewarmde koelmiddel via een heliumturbine direct zijn energie omzette in elektriciteit. Die turbine was geen stand van de techniek. In 2010 is het project gestopt door de vorige president van Zuid-Afrika, Jacob Zuma. Er kwam in 2012 wel een vervolgproject, waarbij de kogelbedreactor zijn vermogen afgeeft aan een stoomgenerator. Het betrokken bedrijf is Stratek Global en de reactor heet HTMR 100.

Kenmerkend voor kogelbedreactoren zijn hun kogelvormige splijtstofelementen. Zo’n splijtstofelement is een grafietkogel met een diameter van 6 cm. In elk element zitten 18 000 kleine splijtstofbolletjes (diameter 0,5 mm), die allemaal zijn voorzien van enkele coatings. De diameter van het gecoate bolletje is ongeveer 0,9 mm. De buitenste coating is siliciumcarbide (SiC). Deze splijtstofvorm staat bekend onder het acroniem TRISO. De coatings zijn tot een temperatuur van 1600 Celsius ondoordringbaar voor kernsplijtingsproducten. Dat betekent, dat beneden die temperatuur alle radioactieve stoffen in de uranium bolletjes opgesloten blijven. De splijtstof zelf kan variëren en daarmee ook haar  verrijkingsgraad. Bij het gebruik van licht verrijkt uranium is de verrijkingsgraad 10% en bevat elke kogel tussen 7 en 10 gram splijtstof. Bij het ontwerp van de reactor is er rekening mee gehouden, dat de splijtstoftemperatuur onder alle omstandigheden en op alle plaatsen in de reactor lager blijft dan 1600 Celsius. Zelfs bij een ongeval, waarbij alle koeling wegvalt en de reactorkern opwarmt vanwege de nawarmte, de  vervalwarmte van de radioactieve stoffen. Een actieve noodkoeling van de reactor is overbodig. De noodkoeling is geheel passief. Omdat de reactor een negatieve temperatuurcoëfficiënt heeft, schakelt de reactor zichzelf uit bij zo’n ongeval. De reactorkern zit in een reactorvat, waarin continu zo’n 150 000 kogelvormige splijtstofelementen langzaam van boven naar beneden zakken. Splijtstofladen en –ontladen van ongeveer 150 kogels per dag gebeurt tijdens het reactorbedrijf. De splijtstofelementen gaan slechts een maal door de reactor en zijn dan uitgeput. De overreactiviteit van de reactor is daardoor heel klein. Vanwege al deze goede eigenschappen is de reactor in hoge mate inherent veilig. De koeling van de reactorkern vindt plaats met helium, dat van bovenaf door de kern stroomt en dan zijn warmte afgeeft in een stoomgenerator of een warmtewisselaar. Die component bevindt zich schuin onder het reactorvat.

Het ontwerp van een kerncentrale kan uit meerdere eenheden bestaan. In plaats van elektriciteit kunnen ze ook hoge temperatuur warmte produceren voor industriële toepassing of voor waterstofproductie door water thermisch te splitsen. Het vermogen is dan 100 MWth bij een temperatuur van 750 Celsius.

De kogelbedreactor is in de jaren zestig van de vorige eeuw ontwikkeld in Jülich/Duitsland. Aanvankelijk was hij een redelijk succes. Toen de weerzin van de Duitsers tegen kernenergie toenam, is de ontwikkeling gestopt en is de technologie overgedragen aan China. Voorgaande reactoren van de HTMR 100, inclusief de Duitse, waren niet altijd een succes vanwege optredende materiaalproblemen, die samenhingen met de toentertijd gangbare hoge temperatuur aan de uitgang van 950 Celsius.

Stand van de ontwikkeling:

Een geplande proefreactor reactor van het type PBMR, die op dezelfde vestigingsplaats als de bestaande drukwaterreactoren in Koeberg zou komen, is nooit gebouwd. Koeberg ligt aan de kust ten noordwesten van Kaapstad. Het gevolg is wel, dat de Zuid-Afrikaanse vergunningverlener de locaties Koeberg en Pelindaba, dat vlakbij Pretoria ligt, al heeft goedgekeurd voor de bouw van kogelbedreactoren.
Tijdens een presentatie in maart 2024 op een bijeenkomst van de Zuid-Afrikaanse landbouworganisatie South African Agri Initiative (SAAI) is bekendgemaakt, dat deze organisatie een samenwerkingsverband is aangegaan met de Amerikaanse private equity firma C5 Capital. De afspraak is, dat ze een privaat elektriciteitsbedrijf oprichten en dat C5 een bedrag van 9 miljard rand, ofwel $ 500 miljoen, investeert in de bouw van modulaire kogelbedreactoren met in totaal een vermogen van 300 MWe. Nu heeft C5 Capital een grote Zuid-Afrikaanse investeerder, die een haalbaarheidsstudie leidde naar dat project. Voorts is C5 Capital grootaandeelhouder van de Amerikaanse firma X-Energy Reactor Company LLC. Dat is het bedrijf, dat met financiële ondersteuning van de Amerikaanse overheid, de kogelvormige grafieten splijtstofelementen en ook de kleine modulaire kogelbedreactor Xe-100 ontwikkelt. Zo’n eenheid heeft een vermogen van 80MWe. Het streven is, dat het nieuwe private elektriciteitsbedrijf al in 2027 de eerste SMR opstart. Of dat reactoren van het type Xe-100 of  HTMR 100 zullen zijn, is niet bekendgemaakt.