SMR's ?

Small Modular Reactors

SMR-startup's zijn de laatste 10-20 jaar als paddestoelen uit de grond geschoten. Het laatste IAEA-ARIS overzicht uit 2022 telt 75 verschillende SMR-design's , de 8 marine-SMR's niet meegerekend. De 75 ontwerpen zijn te onderscheiden in 5 verschillende typen: 1 Water-gekoeld, 2 Hoge Temperatuur en Gas-gekoeld; 3 Snel Neutronenspectrum en Vloeibaar Metaal gekoeld; 4 Gesmolten Zout; 5 Microreactors. Ook de gevestigde leveranciers van grote kerncentrales zoals Westinghouse, Framatome, Rosatom, KEPCO, CNNC en GE-Hitachi hebben ontwerpen van SMR's in hun portfolio opgenomen. De meest gebruikte definitie voor Small Modular Reactor (ook door het IAEA) is een reactor met een vermogen tussen 10 en 300 MWe. Reactors onder de 10 MWe worden soms ook micro-reactors genoemd. Sommige leveranciers hechten meer waarde aan modulariteit dan aan de hoeveelheid vermogen om hun ontwerp de naam SMR te geven. Zo heeft de "SMR" van Rolls Royce bijvoorbeeld een vermogen van 470 MWe (kerncentrale Borssele 485 MWe) gekregen en de DHR400 SMR van CNNC 400 MWe.
  De oorspronkelijke gedachte was dat de hardware van kleine reactors (tot ca 300 MWe) in één productielijn goedkoper in serie geproduceerd kunnen worden om daarna als modules op de constructieplaats geassembleerd te worden. Goedkoper wil zeggen de CAPEX en OPEX in Euros per MWe, in vergelijking tot de grote kerncentrales van rond de 1.500 MWe vermogen. Onder hardware wordt hier verstaan zaken als het reactorvat, circulatie-pompen, koelmiddel-leidingen, stoom-leidingen, stoom-generator(en), stroom-generator. Door de modulaire reactoren klein te houden zou ook het transport naar de constructieplaats goedkoper kunnen plaats vinden. Het kriterium is vaak de 30 feet shipping container, waardoor transport over spoor, weg en water ook in afgelegen gebieden nooit een probleem is. Het adagio werd: "swapping the economies of unit scale for the economies of unit mass production". Maar tot dat de theorie in de praktijk bewezen is, blijft het een theorie. Begin 2024 zijn van drie typen SMR's de eerste demo-reactoren in aanbouw en van een vierde gepland: 

• • China, CNNC ACP100 aka "LingLong 1", 125MWe, design start 2010, constructie FOAK start 2021 in Changjiang, operationeel 2026; 1e commercieel verkrijgbare SMR ter wereld. Wordt ook als export-model gepromoot.

  •  Rusland, NIKIET BREST-OD-300, design-start 1995, constructie start 2021; 

  • Argentinië, CNEA CAREM, design start 1984, constructie start 2014. 

  • Amerika, GE-Hitachi BWRX-300, 300 MWe, constructie start voor 1 FOAK in 2025 in Darlington, Ontario, Canada, operationeel 2029. 3 NOAK's volgen.

Ook zijn er inmiddels  2 experimentele SMR reactoren in bedrijf: 

• China, Tsinghua Univ. HTR-PM, design-start 2004, constructie start 2012, Operationeel 2022; 

• China, Tsinghua Univ. TMSR-LF1 (voorloper TMSR-400), design-start 2011, construction start 2018, Operationeel 2022. 

    Drie SMR typen verkeren in de licensing-fase: Rolls Royce SMR, HOLTEC SMR300 en USNC MMR, alle andere SMR-ontwerpen verkeren nog in de ontwerpfase, zijn gecanceld of 'staan in de koelkast'. Een goed overzicht biedt The NEA Small Modular Reactor Dashboard dat elk jaar verschijnt en interessante spiderweb diagrammen toont, waarin per reactor meteen duidelijk wordt hoe de ontwikkelings- en financiële vlag erbij hangt. 

    De Nederlandse provincies Noord-Holland, Brabant, Zuid-Limburg, Gelderland, Overijssel, Flevoland overwegen SMR's te plaatsen. Maar de provincies lopen erg voor de muziek uit omdat de meeste SMR's alleen nog maar half op papier staan. Veel pragmatischer zou zijn als het ministerie van KGG gewoon één type SMR sterk zou aanbevelen voor in de provincie. Dat zou véél makkelijker én sneller zijn voor alle vergunningen. De ANVS en MER-commissie zou dan ook niet overvraagd worden. Bovendien zou ten volle genoten kunnen worden van NOAK-kortingen en constructie-ervaringen. De meest voor de hand liggende types zijn de ACP100 en BWRX-300, waarbij de ACP100 waarschijnlijk goedkoper zal uitvallen. Beide reactoren zijn  doorontwikkelingen van de vertrouwde en bewezen BWR en PWR technologie, gebruiken gewoon LEU splijtstof, maar zijn uitgebreid met meer passieve veiligheid. Beide reactoren zijn nog niet EUR gecertificeerd.

Financiering

    Behalve in China en Rusland waar het financierings-probleem niet speelt door nucleaire ontwikkelings-programma's van de staat uitgevoerd door staatsbedrijven, lijkt zich in de Westerse wereld haast een klassiek catch-22 probleem af te spelen t.a.v. de financiering en investeringen in bedrijven die SMR's ontwikkelen. 

• Als eerste is daar de ontwerp-fase. Men gaat vaak uit van extra veilige (maar nieuwe) Gen-IV specificaties, omdat de markt daarom vraagt. Dat betekent extra veel werk en een langere doorlooptijd. Het ontwerp kost veel geld. Een team van ingenieurs is jaren (vaak meer dan 10 jaar) bezig om alle onderdelen en gebruikte materialen te ontwerpen. Ook de neutronics, ontwerp van de splijtstof, veiligheids-concepten vergen heel veel werk. Voor de financiering van het ontwerp is men vaak aangewezen op private investeerders, omdat banken het risico niet willen nemen. Het komt geregeld voor dat bestaande investeerders zich terugtrekken of nieuwe geldschieters niet direct gevonden worden op het moment dat het geld op is en er weer een nieuwe investeringsronde nodig is. Dat vertraagt op dat moment de ontwerp-fase. Soms zijn overheden bereid om tijdelijk bij te springen met subsidies. Enkele SMR-startup's weten miljardairs aan zich te binden zoals bijv.  Bill Gates, Warren Buffet, de Perrodo familie, Elon Musk en Sam Altman.

• Als tweede komt de certificatie-fase. Dat gebeurt vaak door de fabrikant in een land waarin men verwacht de SMR goed te kunnen verkopen. De nucleaire autoriteit van de V.S. (NRC) is dan vaak de eerste keuze. De lidstaten van de EU hebben allemaal hun eigen nucleaire autoriteit, maar de lidstaten hebben zich ook verenigd in EURATOM Supply Agency en EUR om voor de EU lidstaten o.a. certificatie van kernreactoren en splijtstof uit te voeren.  De nationale nucleaire autoriteit van de EU lidstaat zelf licensieert uiteindelijk op het moment dat er daadwerkelijk een bepaald type SMR gebouwd gaat worden in dat land. Maar de certificatie kost ook veel geld. In de V.S. kost certificatie van een nieuw type kerncentrale zo'n 60 miljoen dollar, kosten voor een constructie- en operating-licentie voor een kerncentrale liggen in dezelfde orde van grootte.

• De certificatie van het design is vaak een iteratief en daardoor langdurend proces met de nucleaire autoriteit. Als de certificatie-procedure achter de rug is en het definitieve design vastligt, dan kan pas verder onderhandeld worden met potentiële kopers in het betreffende land.

• En dan ontstaat vaak de Catch 22 situatie. Er is in het beginstadium nog geen productie-lijn voor de SMR. Mogelijk is er alleen een basis ontwerp voor. Om een geheel eigen productie-lijn daadwerkelijk te realiseren, is er in ieder geval een aantal miljarden dollars nodig. Investeerders zullen alleen bereid zijn daar in te investeren als er een order-portefeuille is van enkele tientallen SMR's. Dan kan de investering worden terugverdiend met misschien (?) een kans op winst. Bevat die order-portefeuille slechts enkele SMR's, dan zullen die SMR's in onderdelen (zonder productielijn) geproduceerd moeten worden bij externe bedrijven. Dat maakt de constructie-prijs natuurlijk weer behoorlijk duurder, terwijl men dat juist met het concept MSR wilde voorkomen. Als de constructie-prijs duurder wordt, dan wordt ook de MWh prijs duurder en dan wordt het voor de koper een steeds minder interessante business-case. De leverancier zal nog wat bezuinigingen op het design doorvoeren en mogelijk het vermogen opvoeren, waardoor de MWh prijs iets minder duur wordt. Maar uiteindelijk zal de koper afhaken en liever een boete-clausule betalen om van het koopcontract af te komen. De teloorgang van NuScale Power (het SMR-design dat het verst was in commercialisatie) is ongeveer gelopen zoals het hier geschetste scenario.

• Dan is er nog het technische probleem van 'neutron leakage' bij SMR's. Hoe kleiner de reactorkern, hoe makkelijker neutronen kunnen ontsnappen zonder te zorgen voor kernsplijting. Neutronen worden dan te vaak ingevangen door niet-splijtbare kernen (veelal Uranium-238). Dat betekent dat het gehalte aan splijtbare kernen (veelal Uranium-235) groter moet worden in de reactorkern. Het gangbare LEU (Low Enriched Uranium) splijtstof van 3-5% verrijkt Uranium-235 dat gebruikt wordt in grote kernreactoren, is voor de meeste SMR's niet voldoende om de reactorkern kritisch te houden. De meeste SMR's vragen om High Assay Low Enriched Uranium (HALEU). De meeste SMR's hebben  ca 19% HALEU nodig. Die splijtstof is een stuk duurder natuurlijk, maar momenteel (2025) wordt het alleen in Rusland gefabriceerd. Wat natuurlijk problematisch is vanwege de boycotts i.v.m. de oorlog Rusland-Oekraïne. Maar het gebruik van HALEU houdt ook een groter proliferatie-risico in zoals hier op deze pagina beschreven is. SMR's worden door hun veronderstelde (!) grotere veiligheid en lagere kostprijs ook als aantrekkelijk gezien voor niet-Westerse landen. Maar hoe meer in bedrijf zijnde SMR's wereldwijd, hoe groter het proliferatie-risico. En last but not least, het Spent Nuclear Fuel (SNF) van SMR's die HALEU gebruiken is 2 tot 30 maal zoveel per MWe dan de grote 1.000+ MWe PWR kernreactoren. Deze Stanford studie laat ook zien dat alleen al het Plutonium in het SMR SNF na 10.000 jaar 50 maal zo radioactief is als dat van 1.000+ MWe PWR reactoren. Dat is ook een grote extra kostenpost en het betekent ook dat de kriteria voor de inrichting van een interim- en eindberging mogelijk herzien moeten worden!

    Al met al lijkt de kans heel groot dat de Small Modular Reactor niet het eclatante succes zal worden in 'het Westen' waar de nucleaire industrie zo op hoopt. In China/Azië wordt hoogst waarschijnlijk de CNNC ACP100 wél een groot succes door volledige staats-financiering én support. De grote Westerse kerncentrale-leveranciers hebben allemaal een SMR in het ontwikkelingsprogramma. Zo heeft EDF/Framatome de 340 MWe Nuward en Westinghouse de Westinghouse 225 MWe SMR.  Maar verder dan de ontwerpfase lijken deze leveranciers nog niet gekomen. KEPCO heeft zelfs geen landbased SMR in het programma. GE-Hitachi heeft de 300 MWe BWRX-300 verkocht in Canada en de bouw start in 2024, toezeggingen zijn er voor constructie in Polen, Estland en Zweden. De 470 MWe "SMR" van Rolls Royce maakt een redelijke kans om met steun van de Britse overheid en het RAB-financieringsmodel op een aantal plaatsen geconstrueerd te worden. Het RAB-financieringsmodel houdt eigenlijk in dat álle financiële risico's voor de staat komen.
In Rusland en China zullen SMR's waarschijnlijk ook gebouwd gaan worden. Of deze landen SMR's ook gaan exporteren is de vraag. De export-focus ligt vooral op ontwikkelingslanden en 'vendor lock in' constructies en het zgn. BOO-model (Build, Own & Operate) liggen sterk op de loer. Operationele veiligheid en politieke instabiliteit is een andere zorg.

In het laatste kwartaal van 2024 waren er berichten in de media te lezen dat de Amerikaanse Big Tech 'bigtime' aan het investeren was in SMR's. Amazon, Google, Oracle en eerder de datacenter's Equinix en Prometheus en wat anonieme datacenter's zouden allemaal fors aan het investeren zijn in SMR's om in de grote CO2-vrije stroombehoefte van hun nieuwe AI-computercentra te voorzien. Maar het gaat vooral om non-binding Letters of Intent  t.a.v. stroomafname binnen een verder niet gepubliceerde MWh prijs-range. Amazon zegt óók $500 miljoen geïnvesteerd te hebben in SMR-ontwikkeling tegen verkrijging van aandelen in X-Energy.  De deal tussen Google en Kairos gaat een stuk verder dan een non-binding LoI; het is nl. een PPA (Power Purchase Agreement); details van de deal zijn niet gepubliceerd. Maar de opeenvolgende persberichten over Amerikaanse 'investeringen' in SMR's lijken toch vooral een marketing-constructie om meer 'echte' investeerders aan te trekken. Voor de ontwikkeling van één type SMR zijn miljarden dollars nodig en daar komt de investering in een productie-lijn nog bij. Die investeerders hebben zich nog niet gemeld. Waarschijnlijk omdat ze de risico's nog steeds veel te groot vinden.

In Juli 2024 werd de ADVANCE Act aangenomen door het Amerikaanse congres. De wet heeft tot doel het licensing proces van nieuwe kernreactoren te bespoedigen bij de Amerikaanse nucleaire regulator NRC. De wettekst lijkt grotendeels opgesteld door juristen in dienst van de nucleaire industrie. Vanwege de vele op stapel staande SMR-ontwerpen zal deze wet vnl. van toepassing zijn voor SMR-licenties. Het congres heeft met deze wet het mission statement van een federal agency (de NRC) aangepast: efficiency gaat nu prevaleren boven safety. Veel nucleaire safety-experts vinden deze ontwikkeling zorgelijk. Daar komt nog bij dat pres. Trump met executive order Ensuring Accountability for All Agencies van 18 februari 2025 independent regulatory agencies zoals de NRC meer onder presidentieel toezicht heeft gesteld via controle van het Office of Management and Budget. Independent betekende onafhankelijk van invloeden uit het bedrijfsleven én politiek. Deze extra budgettaire en politieke druk op de NRC zal niet in het voordeel van safety werken is de verwachting. De kans is zeker aanwezig dat dit Europese nucleaire regulators ook zal verleiden bij nieuwe SMR's bepaalde nieuwe veiligheids-aspecten minder grondig te onderzoeken met de gedachte 'De NRC heeft dit toch óók gelicenseerd, dus het zal wel goed zitten?'