De aarde als kernreactorvat, slim of niet slim?

Het Amerikaanse bedrijf Deep Fission maakt plannen om de aarde te gebruiken als kernreactorvat. ‘Door een kernreactor 1 mijl onder de grond te plaatsen, kan het gewicht van een miljard ton gesteente en water dienen als een natuurlijk insluitingssysteem.’

De kleine modulaire reactor (SMR) van Deep Fission, Gravity genaamd, is 9 meter hoog en slank genoeg om in een boorgat van ongeveer driekwart meter breed te passen. Het bedrijf zegt dat de modulaire aanpak het mogelijk maakt om meerdere reactoren van 15 megawatt op één locatie te clusteren: een blok van 10 zou in totaal 150 MW opleveren, en grotere clusters zouden kunnen opschalen tot 1,5 GW.

Het natuurlijke insluitingssysteem is volgens de start-upvergelijkbaar met betonnen koepels en koeltorens. ‘Doordat de splijtingsreactie ver onder het aardoppervlak plaatsvindt, kan stoom veilig in een gesloten kringloop circuleren om energie op te wekken.’

Intentieverklaringen getekend

De in Californië gevestigde startup kondigde in oktober aan dat potentiële klanten niet-bindende intentieverklaringen hadden getekend voor 12,5 gigawatt aan energie. Dat betreffen datacenterontwikkelaars, industrieparken en andere (meestal onbekende) strategische partners. Individuele overeenkomsten variëren van minder dan 1 GW tot 2 GW, waaronder een eerder aangekondigde 2 GW-deal met de Edged-divisie van Endeavour, een bedrijf dat datacenters bouwt die niet afhankelijk zijn van water voor de koeling van servers.

Twijfel bij experts

Deep Fission claimt dat het gebruik van geologische diepte als insluiting kernenergie goedkoper, veiliger en binnen enkele maanden inzetbaar zou kunnen maken met een fractie van de voetafdruk van een conventionele centrale. Het bedrijf zou de totale kosten met 70 tot 80 procent kunnen verlagen ten opzichte van grootschalige kerncentrales. De verwachte gemiddelde elektriciteitskosten van 50 tot 70 dollar per megawattuur – de gemiddelde prijs om de levensduur van een centrale te dekken – zijn lager dan de geschatte gemiddelden voor andere SMR’s.

Volgens onafhankelijke experts brengt het ondergrondse ontwerp echter zijn eigen onzekerheden met zich mee, zowel op het gebied van regelgeving als in de praktijk.

Deep Fission verwacht bijvoorbeeld een vergunning voor zijn reactor te krijgen volgens de bestaande regels van de Nuclear Regulatory Commission. Volgens Leslie Dewan, een nucleair ingenieur met ervaring in het ontwerpen van SMR’s op basis van gesmolten zout, zal de instantie waarschijnlijk aanvullende richtlijnen nodig hebben om een ​​ontwerp te evalueren dat ondergronds is geïnstalleerd, afhankelijk is van de omliggende geologie voor de insluiting en op afstand wordt gemonitord – gebieden die de huidige reactorregelgeving nog niet in detail behandelt.

Dewan: “Het plaatsen van de reactor diep onder de grond verandert de parameters voor afscherming, insluiting en locatieontwerp op een manier die de infrastructuur aan de oppervlakte kan vereenvoudigen en de bouw kan stroomlijnen, vooral als Deep Fission kan voldoen aan de eisen op het gebied van veiligheid, omvang en kosten. Het concept kampt echter met veel technische onbekenden. Een ontwerp dat voor veiligheid en insluiting afhankelijk is van de omringende geologie, moet blijk geven van een diepgaand begrip van het gedrag van de ondergrond, inclusief de stabiliteit van de rotsformaties, grondwaterbeweging, warmteoverdracht en stabiliteit op de lange termijn. Er zijn ook operationele overwegingen rond monitoring, toegang en ontmanteling.

Dewen besluit echter: “Maar geen van deze zaken hoeft per se een showstopper te zijn: het zijn allemaal gebieden die kunnen worden aangepakt met grondige engineering en doordachte planning.”

Combinatie van bewezen technologiëen

“We zijn uniek omdat we drie bestaande, volwassen technologieën hebben gecombineerd op een manier waar nog nooit iemand aan had gedacht”, aldus Liz Muller, oprichter van Deep Fission. Dezelfde olie- en gasboortechnieken die betrouwbaar putten van kilometers diep bereiken, kunnen worden aangepast voor kernreactoren, terwijl stoom wordt gebruikt om warmte naar het aardoppervlak over te brengen voor energieopwekking, volgens geothermische methoden. Door de reactoren onder een diepe waterkolom te plaatsen, worden ze blootgesteld aan een druk van ongeveer 160 atmosfeer – dezelfde omstandigheden als in een conventionele kernreactor – waardoor een natuurlijke afsluiting ontstaat die radioactieve koelvloeistof of stoom op diepte vasthoudt en voorkomt dat lekken het aardoppervlak bereiken.

Deep Fission is een van de SMR-bedrijven die deelnemen aan het Reactor Pilot Program van het Amerikaanse Ministerie van Energie, dat zich richt op initiële criticaliteit – het voor het eerst produceren van een zelfvoorzienende kettingreactie – in juli 2026 via een versneld autorisatieproces. Terwijl sommige industriële spelers zoals Oklo en Kairos Power nieuwe reactoren ontwerpen, koos Deep Fission voor een standaard drukwaterreactor (PWR) die gebruikmaakt van gemakkelijk verkrijgbare laagverrijkte uraniumbrandstof, vergelijkbaar met 64 van de 95 reactoren die momenteel in de VS een vergunning hebben om te opereren.

Het idee om PWR’s ondergronds te brengen komt voort uit Mullers eerdere werk bij Deep Isolation, een bedrijf dat ze oprichtte om boorgatopslag voor kernafval te ontwikkelen. Ze herinnert zich dat een klant op een dag een hypothetisch scenario opperde: als iemand per ongeluk verse uraniumbrandstof in de ondergrond zou storten in plaats van afval, zou dat dan een kettingreactie kunnen veroorzaken door de druk? “Het antwoord is nee,” zegt Muller, “een enkele brandstofeenheid anderhalve kilometer onder de grond zal niet kritisch worden. Maar tijdens het uitvoeren van die berekeningen realiseerden we ons dat je wel degelijk de gewenste omstandigheden voor een kernreactor hebt wanneer je je in een boorgat van anderhalve kilometer onder de grond bevindt.”

De veiligheidsanalyse van Deep Fission is gebaseerd op precedent uit de olie- en gasindustrie. “De olie- en gasindustrie heeft laten zien hoe de grondwaterspiegel beschermd kan worden”, zegt Muller, verwijzend naar de bovenste grondwaterzone waar water gesteente en bodem verzadigt. “Er komt echt smerig spul uit hun boorgat. Alles wat uit ons boorgat komt is schoon water, dus alle radioactiviteit blijft op de bodem, en er komt gewoon schoon, warm water omhoog, net als bij geothermische energie.”

Ondergrondse plaatsing elimineert veel potentiële gevaren voor reactoren aan de oppervlakte, zoals vliegtuiginslagen, voertuigbotsingen, tornado’s, orkanen en overstromingen. Muller stelt dat zelfs een worstcasescenario economische schade aan de reactor of het boorgat kan veroorzaken, maar geen gevolgen heeft voor mens of milieu. Mocht een aardbeving ooit de locatie verstoren, “dan sluit je de bodem van het boorgat af, sluit je het boorgat af en is je afval veilig opgeslagen.”