4 Ankerpunten - UNECE's Life Cycle Analysis of Nuclear Energy

Page / - last modified by Gijs Zwartsenberg on 2022/02/27 17:06

UNECE's Life Cycle Analysis of Nuclear Energy

last modified by Gijs Zwartsenberg

on 2022/02/27 17:06

Table of Contents

UNECE: kernenergie is duurzaam

Schoner dan of even schoon als alle andere energiebronnen, inclusief wind en zon

Laagste gebruik van grondstoffen per geproduceerd megawattuur

Beperking mijnbouw is noodzakelijk voor biodiversiteit en rechtvaardige verdeling van grondstoffen

UNECE: kernenergie is duurzaam

(terug naar de introductiepagina)

De Europese economische commissie van de Verenigde Naties (UNECE, United Nations Economic Commission for Europe) is een regionale organisatie van de Verenigde Naties, die tot doel heeft een duurzame economische groei te bevorderen in haar lidstaten. De UNECE werd in 1947 opgericht door de ECOSOC.[1] De zetel bevindt zich in het Palais des Nations in het Zwitserse Genève.

Vanuit haar rol om duurzame ontwikkeling te bevorderen in groot aantal landen met een brede waaier aan belangen en politieke voorkeuren, is de UNECE van oudsher gericht op het vinden van brede consensus op basis van de best beschikbare wetenschappelijke bronnen.

Het rapport dat de UNECE in 2021 publiceerde over de Life Cycle Analysis (LCA) van de meest relevante vormen van energieopwekking is een goed voorbeeld van hoe deze organisatie het politieke veld van essentiële informatie wil voorzien. LCA-studies zijn belangrijk maar ook notoir lastig om uit te voeren. Ze zijn belangrijk omdat iedere technologie in elke fase van zijn levenscyclus impact heeft. De impact in de gebruiksfase kan hemelsbreed verschillen van die van de fase waarin de materialen worden gewonnen en bewerkt. LCA-studies zijn lastig omdat die impact per regio sterk kan verschillen, ook als het gaat om dezelfde technologie. Ze zijn óók lastig omdat een vergelijking van impacts van verschillende technologieën per definitie moeilijk is, en nog moeilijk wordt als verschillende technologieën uiteenlopende supporters heeft in het politieke spectrum. Het belang van een eerlijke vergelijking is daarom groot. Dat onderschrijven organisaties zoals de World Nuclear Association (WNA) en de International Renewable Energy Association (IRENA), die beiden meewerkten aan deze metastudie. Een eerlijk vergelijk helpt voorkomen dat we kiezen voor een technologie die in de gebruiksfase schoon is, maar die eerder of later in zijn levenscyclus niet optimaal schoon is. Hieronder geven we enkele bevindingen uit het rapport van UNECE die relevant zijn voor de beoordeling van energie uit zon, wind en kern.

Schoner dan of even schoon als alle andere energiebronnen, inclusief wind en zon

Kernenergie heeft niet alleen zeer lage CO2-emissies, het blijkt ook schoon te zijn als we dat meten in termen vervuiling naar water, bodem of lucht, en - dus - de impact op ecosystemen. De recent verschenen studie van de Economische Commissie voor Europa van de Verenigde Naties (UNECE) maakt duidelijk dat kernenergie op alle milieuaspecten schoner of even schoon is alle andere energiebronnen, inclusief wind en zon.

Alleen in termen van radiologische vervuiling moet kernenergie de meeste andere technologieën voor laten gaan, maar niet alle. Steenkoolgebruik en geothermie brengen veel meer radioactiviteit in het milieu dan kernenergie. Ook wind en zon zijn niet geheel ‘schoon’, vooral vanwege radioactiviteit die vrijkomt tijdens de mijnbouw en verwerking van de materialen nodig om zonnepanelen en windturbines te bouwen.

Let wel, ondanks het radiologische minpunt blijft kernenergie goed scoren op het gebied van emissie van kankerverwekkende stoffen. Van alle energiebronnen is kernenergie zelfs het minst kankerverwekkend, alles bij elkaar genomen!

Laagste gebruik van grondstoffen per geproduceerd megawattuur

Een belangrijke indicatie voor duurzaamheid is tenslotte het grondstoffengebruik per opgewekte eenheid energie. In figuur 46 uit het rapport is te zien dat kernenergie per opgewekt megawattuur (MWh) een driemaal lagere materiaalbehoefte heeft dan op onze breedtegraden toegepaste vormen van zon en windenergie. Deze getallen staan voor aanzienlijke verschillen in de ecologische impact als gevolg van de mijnbouw die nodig is voor de productie van deze grondstoffen. Een mix van bronnen biedt het grote voordeel van complementariteit: kernenergie heeft bijvoorbeeld geen glas nodig, zon en wind geen uranium. Uitsluiten van bronnen in de mix leidt tot een minder duurzaam energiesysteem.

Beperking mijnbouw is noodzakelijk voor biodiversiteit en rechtvaardige verdeling van grondstoffen

De mijnbouw naar materialen die nodig zijn om de energie uit zon en wind te oogsten heeft wereldwijd al een aanzienlijke ecologische impact, zoals onder meer werd duidelijk gemaakt in een artikel in Nature uit 2020 waaruit onderstaande wereldkaart is overgenomen.

Uiteraard heeft ook de mijnbouw naar uranium ecologische impact, maar als de hoeveelheid materiaal per megawattuur een indicatie is voor de omvang, dan is de impact van kernenergie lager dan van andere opwekkingsvormen. De impact van uraniummijnbouw is de afgelopen decennia steeds verder beperkt door de opmars van innovatieve mijnbouwmethoden. Verdere beperking is mogelijk door de bouw van innovatieve reactoren die factoren efficiënter hun nucleaire brandstof gebruiken. Gebruik van thorium (een alternatieve nucleaire brandstof) biedt overigens grote voordelen bij de winning van delfstoffen voor hernieuwbare energie.

Lezen van het gehele rapport is aan te bevelen voor iedereen die zich een evenwichtig en zo objectief mogelijk beeld wil vormen van de impacts van verschillende vormen van energieopwekking. De managementsamenvatting hieronder is een Nederlandse vertaling van de Management summary die in het rapport staat.

MANAGEMENTSAMENVATTING

Goed geïnformeerd energiebeleidsontwerp is de sleutel tot het bereiken van decarbonisatiedoelstellingen en om de opwarming van de aarde onder de drempel van 2 °C te houden. Met name een koolstofarme elektriciteitsvoorziening voor iedereen is een essentieel kenmerk van een 2°C-compatibel energiesysteem, aangezien het IPCC aantoont dat de meest ambitieuze klimaatmitigatiescenario's de elektrificatie omvatten van het grootste deel van onze economie [1]. Inzicht in de volledige scope van potentiële effecten van huidige en toekomstige elektriciteitsopwekking is daarom een vereiste om ‘impactlekkage’ te voorkomen. Dat wil zeggen: terwijl de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd, moet tegelijk een toenemende niet-klimaatdruk op het milieu worden voorkomen. Levenscyclusanalyse (LCA) maakt de evaluatie van een product gedurende zijn hele levenscyclus mogelijk, en over een breed scala van milieu-indicatoren – deze methode is gekozen om te rapporteren over de milieuprofielen van verschillende technologieën.

Kandidaat-technologieën die in het rapport worden beoordeeld, zijn onder meer kolen, aardgas, waterkracht, kernenergie, geconcentreerde zonne-energie (CSP), fotovoltaïsche energie en windenergie. Twaalf wereldwijde regio's zijn in de beoordeling zijn meegenomen, waardoor onder andere capaciteitsfactoren, methaanlekkages of het elektriciteitsverbruik van het achtergrondnet kunnen variëren.

Resultaten voor de uitstoot van broeikasgassen (BKG, ofwel GHG voor greenhouse gases) zijn weergegeven in figuur 1.

• Kolenstroom scoort het hoogst, met een minimum van 751 g CO2-eq./kWh (IGCC, VS) en een maximum van 1095 g CO2-eq./kWh (poederkool, China). Uitgerust met een voorziening voor CO2-afvang en -opslag (CCS) kan deze score dalen tot respectievelijk 147–469 g CO2-eq./kWh.

• Een aardgascentrale met een gecombineerde cyclus kan 403–513 g CO2-eq./kWh uitstoten vanuit een levenscyclusperspectief, en tussen 92 en 220 g CO2-eq./kWh wanneer gebruik wordt gemaakt an CCS. Zowel kolen- als aardgasmodellen zijn inclusief methaanlekkage bij de winning en transport (voor gas) fasen; niettemin domineert directe verbranding de broeikasgasemissies (GHG) gedurende de hele levenscyclus.

• Kernenergie vertoont minder variabiliteit vanwege de beperktere regionalisering van het model, met 5,1–6,4 g CO2-eq./kWh. De brandstofcyclus (‘front-end’) draagt ​​het meest bij aan de totale uitstoot.

• Aan de hernieuwbare kant vertoont waterkracht de meeste variabiliteit, aangezien de emissies zeer locatiespecifiek zijn, variërend van 6 tot 147 g CO2-eq./kWh. Aangezien biogene emissies van sedimenten die zich ophopen in reservoirs meestal worden uitgesloten, moet worden opgemerkt dat deze in tropische gebieden erg hoog kunnen zijn.

• Zonnetechnologieën genereren GHG-emissies variërend van 27 tot 122 g CO2-eq./kWh voor CSP, en 8,0-83 g CO2-eq./kWh voor fotovoltaïsche energie, waarvan dunnefilmtechnologieën aanzienlijk koolstofarmer zijn dan op silicium gebaseerde PV. De hogere GHG-waarden voor CSP worden in werkelijkheid waarschijnlijk nooit bereikt, omdat voor CSP een hoge zonnestraling nodig is om economisch levensvatbaar te zijn (een voorwaarde waaraan bijvoorbeeld in Japan of Noord-Europa niet wordt voldaan).

• GHG-emissies van windenergie variëren tussen 7,8 en 16 g CO2-eq./kWh voor onshore en 12 en 23 g CO2-eq./kWh voor offshore-turbines.

De meeste broeikasgasemissies van hernieuwbare technologieën zijn belichaamd in infrastructuur (tot 99% voor fotovoltaïsche energie), wat suggereert dat er grote variaties zijn in de impact op de levenscyclus als gevolg van de oorsprong van de grondstoffen, de energiemix die wordt gebruikt voor de productie, de wijzen van transport in verschillende stadia van productie en installatie, enz. Omdat effecten worden uitgedrukt in kapitaal, zijn capaciteitsfactor en verwachte levensduur van de apparatuur natuurlijk zeer invloedrijke parameters op de uiteindelijke LCA-score. Deze kan aanzienlijk afnemen als de infrastructuur duurzamer is dan verwacht.

Alle technologieën vertonen een zeer lage zoetwatereutrofiëring gedurende hun levenscyclus, met uitzondering van steenkool, waarvan de winning residuen genereert die fosfaat uitspoelen naar rivieren en grondwater. CCS heeft hier geen invloed op emissies zoals die zich voordoen in de mijnbouwfase. Gemiddelde P-emissies van steenkool variëren van 600 tot 800 g P-eq./MWh, die betekent dat een uitfasering van kolen de vermestende emissies vrijwel zou verminderen met een factor 10 (indien vervangen door PV) of 100 (indien vervangen door wind, waterkracht of nucleair).

Ioniserende straling treedt voornamelijk op als gevolg van radioactieve emissies van radon 222, een radionuclide die aanwezig is in residuen van uraniumwinning en ertsbewerking voor de opwekking van kernenergie, en bij steenkoolwinning voor de opwekking van kolenstroom. Kolenstroom is een potentieel een significante bron van radioactiviteit, aangezien bij de verbranding van steenkool ook radionucliden zoals radon 222 of thorium 230 kunnen vrijkomen (zeer variabel tussen regio's). Er is groeiend bewijs dat ook andere energietechnologieën ioniserende straling uitzenden gedurende hun levenscyclus, maar voor deze technologieën zijn in dit onderzoek geen gegevens verzameld (zie kader 5 en [2]).

Giftigheid voor de mens, niet-kankerverwekkend, blijkt sterk te correleren met de uitstoot van arseen-ionen met het storten van mijnafval (van steenkool, koper), wat de hoge score van kolenstroom op deze indicator verklaart.