Kritische fase voor de scheepvaart: nucleaire voortstuwing op komst

'Going critical': de scheepvaart komt een stap dichter bij een nucleaire realiteit

"Going critical": de scheepvaart komt deze week een stap dichter bij een nucleaire realiteit nu het haalbaarheidsonderzoek van het Noorse NuProShip II en een reeks demonstraties van kleine reactoren elders een langlopend idee hebben veranderd in een technisch programma voor de korte termijn. De term "going critical" heeft hier een dubbele betekenis — in de reactorfysica duidt het op het moment waarop een kern een zelfonderhoudende splijtingskettingreactie bereikt, en in het jargon van de sector vat het nu de verschuiving samen van laboratoriumontwerpen en conceptnota's naar projecten die prototypes, financiering en training van bemanningen plannen. De nieuwste projectrapporten, overheidssubsidies en private intentieverklaringen suggereren dat de maritieme sector niet langer alleen over kernenergie spreekt als een decarbonisatiefantasie; teams testen concrete reactorkeuzes, conversiecycli en energiebuffersystemen, zodat ontwerpen in de komende decennia gecertificeerd, gebouwd en in de vaart genomen kunnen worden.

'Going critical': scheepvaart richt zich op DP-schepen en offshore-werk

De NuProShip II-studie is afgestapt van drukwaterreactoren in militaire stijl en heeft de focus verlegd naar kleine modulaire reactoren (SMR's) van de vierde generatie (Generatie IV). Er zijn combinaties getest zoals heliumgekoelde kernen met TRISO-brandstofdeeltjes gekoppeld aan superkritische CO2 (sCO2)-cycli. Het resultaat is volgens ingenieurs een compacte warmtebron met een hoge temperatuur die een kleine, in de fabriek gebouwde energieconversie-installatie kan voeden. Omdat een reactor constant draait in plaats van snel in vermogen te variëren, bevat het concept een thermische batterij — een warmtebuffer — om basiswarmte op te slaan en op verzoek pieken aan de boegschroeven te leveren. Dit ontwerp stelt het schip in staat om te voldoen aan de DP2/DP3-redundantie en de vereisten voor onmiddellijke respons, terwijl de regelsystemen van de reactor stabiel en eenvoudig blijven.

Technische keuzes: heliumkernen, TRISO-brandstof, sCO2 en thermische batterijen

De technische keuzes in NuProShip II en soortgelijke studies zijn weloverwogen en spelen in op lessen van zowel marinereactoren als de nieuwe civiele SMR-sector. Heliumgekoelde hogetemperatuurgasreactoren maken een werking onder lagere druk en een hogere thermische efficiëntie mogelijk in vergelijking met drukwaterreactoren. TRISO-brandstof — met keramiek beklede deeltjes die splijtingsproducten vasthouden — geniet de voorkeur vanwege het robuuste gedrag in ongevalsscenario's en de passieve insluitingseigenschappen. Superkritische CO2-cycli zetten warmte om in arbeid in een veel kleinere behuizing dan stoomturbines, waardoor het volume benedendeks voor apparatuur en bemanningsruimten op een koopvaardijschip wordt beperkt.

Hoe dichtbij is de sector? Pilots, prototypes en nationale SMR-programma's

Vandaag de dag bevindt de sector zich duidelijk in een fase van demonstratie en vroege ontwerpvalidatie, in plaats van massale inzet. NuProShip II heeft conceptontwerpen en technologische roadmaps opgeleverd en zal de industrialisatietaken overdragen aan SFI SAINT (Sustainable Applied and Industrialised Nuclear Technology), een achtjarig centrum dat wordt gesteund door 96 miljoen NOK aan publieke middelen en 200 miljoen NOK aan toezeggingen vanuit de industrie, lopend van 2026 tot en met 2034. Die financiering is bedoeld om technische concepten om te zetten in prototype-hardware, de toeleveringsketen vorm te geven en personeel op te leiden. Als de tijdlijnen standhouden, voorzien voorstanders de kiellegging van een eerste nucleair aangedreven offshore-constructieschip in de jaren 2030.

Buiten de scheepvaart zijn er actieve landgebonden en aan defensie gerelateerde pilots die van belang zijn voor de maritieme tijdlijnen. Geavanceerde SMR-projecten in de VS — TerraPower's Natrium, Kairos Power's Hermes en andere microreactor-initiatieven zoals Project Pele — doorlopen momenteel de demonstratie- of licentiefasen. Deze projecten onderstrepen twee realiteiten: toezichthouders en nationale laboratoria wordt gevraagd zich aan te passen aan nieuwe brandstoffen (waaronder hoog-geassayeerd laagverrijkt uranium, HALEU), en de capaciteit van de toeleveringsketen en verrijking moet worden opgeschaald als civiele SMR's en maritieme varianten internationaal verspreid moeten worden.

Regelgevende, haven- en verzekeringsuitdagingen blijven groot

Technologie is slechts één as van het probleem. Het bestaande internationale kader voor nucleaire koopvaardijschepen dateert uit een code van 1981, die stamt van vóór de passief veilige SMR's, TRISO-brandstoffen en de moderne visies op insluiting. Die code is niet geschikt voor de Generatie IV gasgekoelde en in de fabriek gebouwde concepten die nu worden voorgesteld. Om commercieel te kunnen opereren, moeten nucleaire koopvaardijschepen een reeks met elkaar verweven obstakels overwinnen: acceptatie op het niveau van internationale verdragen voor havenbezoeken, geharmoniseerde regels van classificatiebureaus (DNV en anderen nemen al deel aan ontwerpassurantie), rampenplannen voor havens, aansprakelijkheids- en verzekeringsregimes die verder gaan dan de gewone P&I-dekking, en acceptatie door lokale gemeenschappen en autoriteiten waar schepen geïnspecteerd of onderhouden zouden worden.

Praktische vragen zijn onder meer: welke autoriteit verleent de vergunning voor een reactor aan boord — een nationale nucleaire toezichthouder, de vlaggenstaat of een hybride regime gekoppeld aan IMO-normen; hoe worden noodplanningszones gedefinieerd voor vaartuigen die door vele rechtsgebieden kunnen varen; en hoe wordt er omgegaan met gebruikte brandstof en radioactief afval nadat een schip uit de vaart is genomen. Dit alles vereist nieuwe internationale onderhandelingen. Zonder overeengekomen normen en acceptatie per haven kan een nucleair koopvaardijschip beperkt worden in de plaatsen waar het mag aanmeren — een onhoudbaar commercieel risico voor scheepseigenaren.

Veiligheidskader: wat 'going critical' betekent en hoe reactoren op zee veilig worden gemaakt

In de reactorfysica betekent "going critical" dat de kern een neutronenvermenigvuldigingsfactor van één heeft bereikt — elke splijting produceert gemiddeld één neutron dat een volgende splijting veroorzaakt — en de kettingreactie zelfonderhoudend is. Voor scheepsontwerpers en toezichthouders is het technische doel niet om kritikaliteit te vermijden — dat is immers hoe een reactor warmte produceert — maar om passieve en technische systemen te ontwerpen die het gedrag van de kern voorspelbaar, beheersbaar en veilig maken onder alle geloofwaardige scenario's.

Moderne SMR-concepten leggen de nadruk op passieve veiligheid: fysica en materialen die de reactor op natuurlijke wijze uitschakelen of warmte afvoeren als het koelmiddel verloren gaat, gekoppeld aan brandstofvormen zoals TRISO die ontworpen zijn om radioactiviteit vast te houden, zelfs onder extreme omstandigheden. Ontwerpen aan boord van schepen voegen daar maritieme tradities aan toe (compacte afscherming, compartimentering, robuuste insluiting) en maritieme redundantiepraktijken. Niettemin moeten veiligheidsafwegingen worden onderzocht naast beveiligings- en proliferatierisico's, vooral daar waar brandstoftypen of opwerking de afvalstromen kunnen veranderen.

Waarom het ertoe doet: emissies, uithoudingsvermogen en commerciële kansen

De scheepvaart is verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van de wereldwijde CO2-uitstoot en andere verontreinigende stoffen. Voor offshore-operaties, waarbij bunkerlogistiek en uithoudingsvermogen belangrijk zijn, belooft nucleaire voortstuwing nul operationele emissies en een effectief onbeperkt bereik tussen de brandstofbeurten — een aantrekkelijke waardepropositie voor operators die nu vloten van dieselgeneratoren beheren en grote brandstofvoorraden meevoeren. Voor de bredere koopvaardijvloot is het beeld genuanceerder: nucleair zou fossiele brandstoffen kunnen vervangen in nichecategorieën (offshore-servicevaartuigen, ijsbrekers, veerboten, mogelijk sommige container- of ro-ro-schepen), terwijl andere brandstoffen — ammoniak, waterstof, methanol — mogelijk de segmenten met een korter bereik of een lager vermogen zullen domineren.

Commercieel gezien zou de markt voor in de fabriek gebouwde energiecentrales en maritieme nucleaire systemen nieuwe industriële ketens en geschoolde maritieme nucleaire bemanningen kunnen creëren, maar alleen als ontwerpers, verzekeraars en havenstaten het eens kunnen worden over veilige, repliceerbare normen en investeerders een pad zien naar financierbare projecten in plaats van eenmalige prototypes.

Wat volgt er en een realistische tijdlijn

De verwachting is dat de activiteiten eind jaren 2020 en in de jaren 2030 zullen versnellen. NuProShip II zal in 2026 overgaan naar industrialisatie bij SFI SAINT, nationale SMR-demonstraties zullen doorgaan met licentieverlening en brandstofvoorziening, en als de eerste prototypes worden gebouwd, zullen ze worden geclassificeerd en geïnspecteerd volgens bijgewerkte regels waarover de industrie en toezichthouders parallel moeten onderhandelen. Voorzichtig geschat zou het eerste zeegaande nucleaire koopvaardij- of offshore-constructieschip een schip van de jaren 2030 zijn — niet omdat de fysica nieuw is, maar omdat de toegang tot havens, juridische kaders, brandstoflogistiek en publieke instemming eerst moeten worden opgelost.

Bronnen

• The Information Technology and Innovation Foundation (ITIF-rapport over Small Modular Reactors)
• Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) / NuProShip II-projectmateriaal en SFI SAINT-financieringsaankondigingen
• Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) regelgeving en SMR-richtlijnen
• Idaho National Laboratory (INL) en het Amerikaanse ministerie van Energie, technische en demonstratieprogramma's