Nucleair aangedreven marineschepen: onderwerp van een prijswinnende masterthesis

Gefeliciteerd aan adelborst techniek in opleiding bij de Koninklijke Marine, Tom Wien, voor het winnen van de Kooyprijs 2025. Hij voerde het onderzoek voor zijn thesis “Nuclear Propulsion for Naval Vessels” uit bij de RD&I-afdeling van Damen Naval.

In april van dit jaar kende de Afdeling Defensie en Veiligheid van het Koninklijk Instituut van Ingenieurs (KIVI) de Kooyprijs toe aan Tom Wien. Deze jaarlijkse prijs wordt uitgereikt voor de beste afstudeerscriptie op een technologie die relevant is voor defensie en veiligheid. Het onderwerp van Tom’s masterthesis was Nuclear Propulsion for Naval Vessels: een onderzoek naar het dynamisch gedrag van een hogetemperatuurreactor (High-Temperature Gas-Cooled Reactor, HTGR) met een superkritische koolstofdioxide-energieterugwinningscyclus.

Na zijn middelbare school in 2018 begon Tom Wien zijn opleiding tot technisch officier bij het Koninklijk Instituut voor de Marine (KIM) in Den Helder. Het programma combineert een bacheloropleiding met praktijkgerichte marineofficiersopleiding. Na het behalen van zijn bachelor (in Militaire Systemen en Technologie) vervolgde Tom zijn studie met een master Werktuigbouwkunde met specialisatie in Energy Flow and Process Technology aan de TU Delft.

Voor zijn masterthesis was Tom “erg geïnteresseerd in het onderzoeken van nucleaire voortstuwing voor marineschepen”. Via een gedeelde connectie ontdekte hij dat ook Damen Naval belangstelling had voor dit onderwerp. “Ik nam contact op met Damen Naval en al snel werd duidelijk dat we dezelfde ideeën hadden”, vertelt Tom. “Ook was meteen duidelijk dat gedegen onderzoek nodig was om te bepalen of nucleaire voortstuwing in de toekomst bruikbaar kan zijn.”

Tom voerde zijn onderzoek uit binnen de RD&I-afdeling van Damen Naval, onder toezicht van Gert-Jan Meijn. Zijn werkrooster was hybride: een combinatie van thuisstudie en bezoeken aan het kantoor in Vlissingen. “Die regeling werkte perfect voor mij: ik kon thuis en aan de universiteit voortgang boeken en vervolgens bij Gert-Jan terecht om te overleggen en ideeën uit te wisselen – hij maakte altijd zoveel mogelijk tijd vrij om mij te ondersteunen. Daarnaast planden we tijdens mijn bezoeken zoveel mogelijk bijeenkomsten met andere medewerkers en belanghebbenden bij Damen Naval”, voegt Tom toe.

Nadat hij het onderwerp van zijn thesis had aangescherpt tot het dynamisch gedrag van een kernreactor, vat Tom de essentie van zijn werk als volgt samen: “Marineschepen vereisen, in tegenstelling tot commerciële schepen, snelle vermogenswisselingen. Daarom richtte ik me op een hogetemperatuurreactor met een superkritische CO₂-cyclus – dit is veiliger, efficiënter, compacter en duurzamer dan andere reactortypes, binnen de overwegingen van dit onderzoek. Ik ontwierp en modelleerde een volledige cyclus, specifiek afgestemd op maritieme omstandigheden, inclusief snel reagerende controlesystemen. Simulaties toonden aan dat het systeem het dynamisch gedrag van diesel- en gasturbines kan evenaren, wat de haalbaarheid van kernenergie voor maritieme toepassingen aantoont.”

Voorbijgaand aan politieke en maatschappelijke kwesties rond complexiteit en veiligheid, verdeelt Tom de voordelen van kernenergie als brandstofkeuze voor marineschepen in vier hoofdpunten:

1. Langdurige energievoorziening
“Kernenergie kan langdurig energie leveren zonder dat het schip hoeft terug te keren naar de haven om te bunkeren of brandstof te ontvangen van een bevoorradingsschip. Dit maakt een schip minder afhankelijk van logistieke routes en stelt het in staat langer in een bepaald gebied te opereren, waardoor de inzetbaarheid wordt vergroot.”
2. Duurzaamheid
“Kernenergie is een energiebron die tijdens gebruik geen CO₂ uitstoot en kan daarom bijdragen aan de transitie naar duurzame energiebronnen.”
3. Zeer hoge energiedichtheid
“In tegenstelling tot andere duurzame energiebronnen (zonnepanelen, methanol, enz.) heeft kernenergie een zeer hoge energiedichtheid. Dit zorgt ervoor dat het benodigde volume beperkt kan blijven.”
4. Toekomstige energiebehoefte
“De energiebehoefte van marineschepen zal naar verwachting alleen maar toenemen. Betere radars, onbemande systemen en mogelijk railguns zullen meer energie vragen dan de huidige systemen.”

Kijkend naar het potentieel van kernenergie binnen de maritieme sector, gelooft Tom dat er een toekomst is voor deze technologie. “Let wel: in mijn rol als marineofficier mag ik geen uitspraken doen over het standpunt van de marine ten aanzien van nucleaire voortstuwing. Ik ben persoonlijk geïnteresseerd in dit onderwerp en wil dus niet suggereren dat de Nederlandse marine zelf belangstelling heeft voor deze technologie”, stelt hij. “Dat gezegd hebbende, er wordt al geïnvesteerd in kernreactoren op land – en naarmate deze technologie zich verder ontwikkelt, kan de stap naar maritieme toepassingen sneller worden gemaakt. Bovendien zal de verschuiving van fossiele brandstoffen naar duurzame bronnen nucleaire opties aantrekkelijker maken, aangezien alternatieven nog niet de benodigde hoge energiedichtheid kunnen leveren. Dit sluit ook aan bij de ambities van de Nederlandse maritieme sector, waarin staat dat er tegen 2035 schepen met kernenergie in de vaart moeten zijn.”

Vaandrig (techniek) Tom Wien bevindt zich momenteel in de afrondende fase van zijn officiersopleiding. “Ik verwacht dit traject in november af te ronden, waarna ik zal beginnen als technisch officier aan boord van schepen van de Koninklijke Marine, of mogelijk bij een van de walorganisaties.”

Op de interne Naval Knowledge Hub van Damen Naval verschijnt binnenkort een uitgebreider artikel over Tom Wiens thesis.