Energie
Veilige, compacte nucleaire batterij kan energieopslag revolutioneren
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Kernenergie in alles?
Wanneer de opwekking van kernenergie een praktische technologie werd, gaf het hoop dat de energie die tot nu toe alleen werd gebruikt om wereldvernietigende bommen te maken, ook dezelfde beschaving zou kunnen redden van uitputting van hulpbronnen.
Nu klimaatverandering een groeiende zorg is, ondergaat kernenergie een renaissance, omdat het een beschikbare, schaalbare en koolstofarme energiebron is die de kloof kan overbruggen totdat hernieuwbare energie en batterijen klaar zijn om fossiele brandstoffen te vervangen. En er komen nieuwe kerncentrale‑ontwerpen die het goedkoper, veiliger en flexibeler kunnen maken, zoals we uitlegden in “Update over SMR’s (kleine modulaire reactor) – Nog steeds de toekomst van kernenergie” en “De 4e generatie kernenergie: goedkoper, schoner, veiliger”.
Echter, deze grote energiecentrales zijn niet zoals sciencefiction‑schrijvers aanvankelijk kernenergie voorstelden. Vooruitstrevende denkers zoals Isaac Asimov waren veel ambitieuzer en stelden zich miniatuur kernenergiageneratoren voor die in treinen, auto’s en zelfs kleinere apparaten passen, waardoor het idee om ze op te laden of bij te tanken praktisch overbodig wordt.
Een stap in die richting wordt gezet met de presentatie van nucleaire batterijen die klein genoeg zijn om kleine elektronische apparaten van stroom te voorzien. En dat zou veilig gebeuren.
Dit onderzoekswerk werd gepresenteerd op de lentebijeenkomst van de American Chemical Society (ACS) door Su-Il In, een professor aan het Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (Zuid‑Korea), onder de titel “Next generation battery: Highly efficient and stable C14 dye-sensitized betavoltaic cell”.
Bron: Asia Research News
De batterijbeperking
De meeste elektronische apparaten van vandaag worden beperkt in hun capaciteit door hun batterij, meestal met lithium‑iontechnologie. Dit geldt voor smartphones, drones, sensoren, enz.
Bovendien is het delven van lithium een milieuschadelijk proces, en kan lithium in de toekomst een verontreinigende stof worden.
Daarom hebben wetenschappers al lang het alternatief van radioactief verval overwogen, een proces dat honderden of zelfs tienduizenden jaren duurt, als een betere optie die helemaal geen herladen van apparaten vereist.
Echter, aangezien dergelijke apparaten radioactief zouden zijn, moeten de strengste veiligheidsnormen worden nageleefd.
Beta‑radioactiviteit
Er zijn veel verschillende vormen van radioactiviteit. Van deze is gamaverval de gevaarlijkste, omdat het zeer krachtige gamastralen uitzendt die kanker en andere schade kunnen veroorzaken.
Bron: Compound Chem
Alfa‑ en beta‑verval zijn veel minder gevaarlijk, en de radioactieve emissies kunnen worden gestopt met een dunne laag aluminium of zelfs alleen papier.
Het juiste isotoop kiezen
Welke radioactieve activiteit optreedt, hangt af van het radioactieve element en zijn isotopen, waardoor sommige energiebronnen veel veiliger zijn dan andere. Om deze reden zouden materialen zoals uranium geen goede match zijn voor kleine nucleaire batterijen.
Echter, koolstof‑14, een natuurlijk voorkomend isotoop van koolstof, vaak gebruikt bij dateringstechnieken, zou een goede match zijn.
Een extra voordeel is dat koolstof‑14 sowieso wordt geproduceerd door de bestaande vloot kerncentrales, waardoor het goedkoop, gemakkelijk beschikbaar en eenvoudig te recyclen is. Ten slotte,
“Ik besloot een radioactief koolstofisotoop te gebruiken omdat het alleen betastralen genereert. En omdat radiokoolstof zeer langzaam degradeert, zou een door radiokoolstof aangedreven batterij theoretisch duizenden jaren kunnen meegaan.”
Pr. Su-Il In – Professor at Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology
Betavoltaic‑technologie
Het benutten van beta‑verval voor energieopwekking is geen geheel nieuw concept en staat bekend als betavoltaic, waarbij een beta‑deeltje fotonen vervangt die in klassieke fotovoltaïsche systemen worden gebruikt.
In betavoltaic treft een elektron in plaats van een foton een halfgeleider, wat leidt tot de productie van elektriciteit.
Dit halfgeleidermateriaal is het sleutelonderdeel, omdat de efficiëntie ervan de algehele energieconversie‑efficiëntie bepaalt. Tot nu toe zijn betavoltaic‑halfgeleiders zeer inefficiënt of te fragiel om zo lang mee te gaan als kernbrandstof.
Titaniumdioxide halfgeleider
Prof. In en zijn team gebruikten een materiaal dat vaak in zonnecellen wordt toegepast, titaniumdioxide, en voegden een rutheniumhoudende kleurstof toe. Om de binding tussen de kleurstof en het halfgeleider voldoende stevig te maken, gebruikten ze een citroenzuurbehandeling.
De rutheniumkleurstof, wanneer getroffen door een beta‑deeltje (een krachtige elektron), veroorzaakt een cascade van elektronenoverdrachtsreacties, een zogenaamde elektronenlawine. Het titaniumdioxide verzamelt vervolgens de gegenereerde elektronen en zet ze om in bruikbare elektriciteit.
Beide elektroden behandelen
De onderzoekers ontdekten dat de efficiëntie van het proces radicaal kon worden verhoogd door de rutheniumkleurstof op zowel de kathode als de anode van de nucleaire batterij aan te brengen.
Vergeleken met een eerder ontwerp waarbij radiokoolstof alleen op de kathode zat, leidde dit tot een veel hogere energieconversie‑efficiëntie, van 0,48% naar 2,86%.
Toepassingen
Omdat dit systeem voorlopig waarschijnlijk duurder is dan een gewone batterij, zal het zijn eerste toepassingen vinden waar het vervangen of opladen van de energiebron het meest nuttig is.
Zo zouden pacemakers en andere medische implantaten een levenslange stroomvoorziening kunnen krijgen met dergelijke betavoltaic‑batterijen.
Sensoren in gevoelige of vijandige omgevingen, zoals kernreactoren, fabrieken, de diepe zee of de diepe ruimte, zouden ook enorm kunnen profiteren van dit concept.
Verdere verbetering
Deze technologie en de indrukwekkende efficiëntieverhoging sluiten zich aan bij ander onderzoek dat radioactief verval wil benutten voor energieproductie zonder een kernreactor. Bijvoorbeeld, we bespraken onlangs het idee om nucleair afval te gebruiken om een ander type nucleaire batterij te produceren.
Prof. In suggereert dat verdere inspanningen om de vorm van de beta‑straalingsbron te optimaliseren en efficiëntere beta‑straalingsabsorbers te ontwikkelen, de prestaties van de batterij kunnen verbeteren en de energieopwekking kunnen verhogen.
Over het algemeen zal deze technologie waarschijnlijk blijven verbeteren naarmate ons begrip van halfgeleiders en zeldzame metalen vordert.
Investeren in kernenergie
Cameco – Westinghouse Electric Company
CCJ Prijsgrafiek
In 2022 nam Cameco het besluit om 49% controle over Westinghouse te verwerven, de toonaangevende bouwer van kerncentrales in de VS, samen met een gigantisch investeringsbedrijf, Brookfield (51% controle).
Het bedrijf heeft een enorme divisie voor hernieuwbare/laag‑koolstof energieopwekking in de vorm van $19B Brookfield Renewable (BEPC ) Partners (BEP ). Brookfield Corporation (BN ) als geheel is een gigantisch vermogensbeheerbedrijf met bijna een biljoen dollars onder beheer.
Dit betekent dat Westinghouse nu toegang zal hebben tot een zeer diepe kapitaalpool, iets wat vaak een probleem is voor bouwers van kernreactoren, aangezien nieuwe projecten jaren van investeringen vereisen voordat ze inkomsten genereren.
Hoewel het langer duurt om omzet te genereren, zodra de bouw start, genereert een nieuwe reactor voor Westinghouse inkomsten vanaf het 6e jaar na ontwerp‑ en engineeringstudies en zal dit gedurende de volledige bouwperiode van meer dan 10 jaar blijven doen.
Bron: Cameco
Het werkpaard van Westinghouse is het beproefde AP1000‑reactorontwerp (6 in werking en 6 in aanbouw), waarbij de CANDU‑standaard van het bedrijf wordt gebruikt, een van de meest voorkomende ter wereld.
Het werkt ook aan de AP300 kleine modulaire reactor, die waarschijnlijk zal worden ingezet in Slowakije, Finland en Zweden, en de microreactor e‑Vinci, wat de voortdurende innovaties van het bedrijf illustreert en hoe het de nieuwste trends in de industrie bijhoudt.
Bron: Westinghouse
Westinghouse speelt een cruciale rol in een groot deel van de nucleaire toeleveringsketen. Door strikte regelgeving zullen dergelijke onderdelen en apparatuur vereist zijn voor elke nieuwe energiecentrale, zowel traditioneel als SMR.
Over het algemeen, zelfs als het leveringsprobleem rond uranium wordt opgelost en de uraniummarkten kelderen, zou het eigendom van Westinghouse Cameco in staat moeten stellen om ten minste enkele decennia te profiteren van de aanhoudende nucleaire renaissance.
De rest van het Cameco‑bedrijf is een uraniummijnwerker, die waarschijnlijk ook zal profiteren van de aanhoudende renaissance van nucleaire energie. De belangrijkste mijnbouwactiva bevinden zich in Canada en Kazachstan.
(BEP.UN.TO )Historisch gezien hebben uranium‑ en kernreactorbedrijven geleden onder de angst voor nucleaire rampen en zorgen over nucleair afval.
Naarmate nieuwere en veiligere ontwerpen rijpen, en nucleair afval een waardevolle grondstof wordt in plaats van een probleem, zou dit geen probleem meer moeten zijn. Dit omvat de productie van koolstof‑14 voor betavoltaics, die een extra productie van Westinghouse‑energiecentrales zou kunnen worden.
Bovendien zal de drang naar meer koolstofarme energiebronnen, terwijl hernieuwbare energiebronnen het probleem van intermitterende productie, vooral in de winter, nog niet volledig hebben opgelost, de nucleaire energie helpen een krachtige comeback te maken.
(Als je meer geïnteresseerd bent in de potentiële vraag naar de elementen die in deze studie worden gebruikt, kun je ook ons rapport over investeren in titanium)
Laatste nieuws over Cameco-Westinghouse Electric Company
