Een Brits onderzoeksteam werkt aan zogenoemde diamantbatterijen die straling uit kernafval omzetten in elektriciteit. De ontwikkeling gebeurt in het Verenigd Koninkrijk, onder meer bij het UK National Nuclear Laboratory (NNL) en de University of Bristol. Het doel is de techniek de komende jaren commercieel interessant te maken, met lagere kosten en veilige productie. Zo kan nucleair afval deels opnieuw worden gebruikt en ontstaat een nieuwe bron van schone energie voor sensoren en apparaten.
Diamantbatterij gebruikt kernafval
De technologie heet een betavoltaïsche cel: een halfgeleider zet energie uit bètastraling om in stroom. In dit geval komt de straling van koolstof-14, een radioactieve vorm van koolstof die vrijkomt bij het opruimen van grafiet uit oudere kernreactoren. Die straling raakt een dunne laag kunstmatig diamant (CVD-diamant), die fungeert als halfgeleider en bescherming. Het resultaat is een compacte energiebron die jarenlang een klein, constant vermogen kan leveren.
Onderzoekers bij NNL en de University of Bristol toonden eerder aan dat koolstof-14 in diamant kan worden ingekapseld. De diamantlaag werkt als zowel energiewekker als schild tegen straling naar buiten. Het lab wil deze aanpak nu opschalen en goedkoper maken voor serieproductie. Dat moet de stap van proefopstelling naar marktproduct haalbaar maken.
De techniek verschilt van klassieke batterijen, die chemicaliën gebruiken en slijten door laadcycli. Hier is de bron de natuurlijke afname van radioactiviteit, die zeer voorspelbaar verloopt. Daardoor hoeft het systeem niet te worden opgeladen en kan het decennialang meegaan. Voor toepassingen op lastig bereikbare plekken is dat een groot voordeel.
Een betavoltaïsche batterij zet energie van bètastraling direct om in elektriciteit, vergelijkbaar met een zonnecel maar dan met straling in plaats van licht.
Geschikt voor laag vermogen
De diamantbatterij levert weinig vermogen, maar wel heel stabiel. Dat maakt de techniek geschikt voor sensoren, kleine meetstations en beveiligingsapparaten. Denk aan IoT-apparaten in industrie, infrastructuur en landbouw, waar vervangen van batterijen duur of onpraktisch is. Ook medische implantaten en ruimtevaart worden genoemd als kansrijke gebieden.
Voor elektrische auto’s, laptops of huishoudtoepassingen is het vermogen te laag. De innovatie concurreert daarom niet met netstroom of zonne- en windenergie, maar vult een niche voor micro-energie. In die niche zijn betrouwbaarheid en onderhoudsarme werking belangrijker dan piekvermogen. Daarmee positioneert het lab de technologie als onderdeel van een breder energielandschap.
Een praktisch voordeel is dat de stroomafgifte nauwelijks schommelt met temperatuur of dag-nachtcycli. Voor kritische sensoren in bijvoorbeeld bruggen of dijken is dat aantrekkelijk. Ook onder water, in mijnschachten of in afgelegen natuurgebieden kan het zinvol zijn. De batterij kan daar jarenlang data- en telemetriesystemen voeden.
Kosten remmen opschaling nu
De grootste uitdaging ligt in kostprijs en productievolume. Het winnen van koolstof-14 uit grafietafval en het maken van hoogwaardige CVD-diamant zijn duur en complex. Het onderzoek richt zich daarom op hogere efficiëntie per cel en geautomatiseerde productie. Hoe meer energie per vierkante millimeter, hoe minder materiaal en kosten per module.
Ook de toeleveringsketen is bepalend. Grafietafval is vooral beschikbaar in landen met oudere reactoren, zoals het Verenigd Koninkrijk. Het opzetten van veilige verwerkingslijnen, van extractie tot eindproduct, vraagt investeringen en vergunningen. Dat vergt samenwerking tussen nucleaire instellingen en maakindustrie.
Voor de marktintroductie mikken ontwikkelaars op specifieke, goed betalende niches. Denk aan sensornetwerken voor olie- en gasleidingen, ruimtevaart of defensie. Met volumes kunnen prijzen dalen en volgen civiele toepassingen. Zo ontstaat stap voor stap een commercieel levensvatbaar pad.
Veiligheid onder EU-toezicht
Gebruik en transport van radioactieve materialen vallen in Europa onder het Euratom-kader en de Basisnormen voor stralingsbescherming (Richtlijn 2013/59/Euratom). In Nederland houdt de Autoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming (ANVS) toezicht via de Kernenergiewet en uitvoeringsregels. Producten moeten aantonen dat de straling volledig is ingekapseld en onder grenswaarden blijft. Op het moment van schrijven zijn voor elk gebruiksscenario specifieke vergunningen en certificeringen vereist.
Voor medische inzet gelden bovendien de Europese Verordening medische hulpmiddelen (MDR) en aanvullende stralingsnormen. Logistiek en opslag volgen ADR-regels voor gevaarlijke stoffen. Fabrikanten moeten aantonen dat hergebruik en afvalverwerking veilig en traceerbaar zijn. Dat sluit aan bij de Europese doelen voor circulaire economie en risicobeheersing.
De EU-taxonomie erkent kernenergie als overgangstechnologie onder strikte voorwaarden. Systemen die kernafval reduceren en veilig hergebruiken kunnen daarbinnen passen. Dat kan toegang tot financiering verbeteren, mits aan milieu- en veiligheidscriteria wordt voldaan. Zo beïnvloedt beleid direct de route naar de markt.
Kansen voor Nederlandse toepassing
Nederland kent veel sensortoepassingen in waterbeheer, landbouw en infrastructuur. Langdurig werkende energiebronnen kunnen hier onderhoud en storingen beperken. Denk aan meetpunten in dijken, offshore-boeien of spoortracés. Ook in de industrie kan continu monitoring zonder batterijwissels kosten besparen.
COVRA beheert in Nederland het kernafval; de grootste voorraden grafietafval liggen echter in andere EU-landen en het VK. Samenwerking over de grens is daarom logisch, bijvoorbeeld via gezamenlijke verwerkingsprojecten. ESA en ESTEC in Noordwijk bieden bovendien een Europese springplank voor ruimtevaarttoepassingen. Zo ontstaat een ecosysteem waarin Nederlandse kennis en Europese productie elkaar aanvullen.
Voor opschaling zijn standaarden en testfaciliteiten belangrijk. Europese normalisatie-instellingen kunnen helpen met specificaties voor stralingsdichte modules. Publieke inkoop voor kritieke infrastructuur kan de eerste volumes aanjagen. Daarmee worden de kosten sneller concurrerend.
Concurrentie en alternatieven
Naast de diamantbatterij werken bedrijven ook aan betavoltaïsche cellen met tritium of nikkel-63. Die leveren vergelijkbare, zeer lage vermogens voor lange tijd. Het verschil zit in beschikbaarheid van de isotopen, veiligheidseisen en productiekosten. De markt zal per toepassing bepalen welke combinatie het beste uitkomt.
Er zijn ook andere routes om kernafval nuttig te maken, zoals gesmoltenzoutreactoren en accelerator-gedreven systemen. Die richten zich op energiewinning en verkorting van de levensduur van langlevende isotopen. Zulke installaties vragen echter grootschalige infrastructuur en regulering. Micro-energiebronnen zoals diamantbatterijen vullen juist kleinschalige, decentrale behoeften in.
Voor eindgebruikers draait het om totale eigendomskosten, betrouwbaarheid en certificering. Leveranciers die die drie combineren, winnen waarschijnlijk de eerste contracten. De komende jaren wordt duidelijk of productiekosten voldoende dalen. Dan kan deze niche-innovatie een vaste plek krijgen in het Europese energielandschap.