ENERGíA NUCLEAR Viaje hacia un futuro (semi)virtual
¿Cuáles son las perspectivas tecnológicas que pueden hacer posible la continuación y el relanzamiento de una estrategia europea para el sector energético de la fisión atómica? Análisis del “banco de ideas” (más o menos avanzadas) de los físicos e ingenieros del sector nuclear.
Les dieron una esperanza de vida de unos 25-30 años. La mayoría de las 150 centrales que siguen en funcionamiento en la Unión Europea envejecen menos rápidamente de lo que se pensaba. El calendario de los planes de cierre va a dilatarse en consecuencia y a escalonarse progresivamente entre 2010 y 2020. ¿Cuáles son entonces las posibilidades de “relevo” de este sector? La puesta a punto de cualquier renovación tecnológica está sometida a una obligación de control máximo del riesgo, de ahí que requieran... tiempo.
La opción EPR
Esquema prototipo de una instalación de 3ª generación EPR: un refuerzo de los niveles de seguridad; una mejora substancial de los rendimientos que permite la bajada de cerca del 10% del precio del kilovatio/ hora; una potencia nominal llevada a cerca de 1,5 (o sea, una capacidad de producción de electricidad inigualada hasta la fecha), un mayor reciclaje, por lo tanto, una disminución de los residuos; una esperanza de vida de unos cincuenta años por lo menos.
Se han contemplado dos evoluciones “realistas”. Pero una no excluye a la otra, si se tienen en cuenta los diferentes plazos de puesta en marcha para cada una de las dos. No obstante, podrían hacerse la competencia en términos de inversiones. La solución más “rápida”, denominada de tercera generación, representa una versión transitoria. Se tratará de mejorar los parámetros de seguridad y de productividad de los reactores de “agua a presión” que componen el grueso del parque europeo actual.
Este proyecto se lo conoce con la sigla EPR (European Pressurised Water Reactor). Fue propuesto en 1992, por las dos mayores empresas nucleares europeas de la época, la francesa Framatome y la alemana Siemens (actualmente fusionadas bajo la dirección de Framatome ANP). Además de una concepción replanteada y reforzada de los niveles de seguridad, basada en normas que hacen imposibles los fallos registrados en “accidentes de referencia” conocidos en el pasado, el EPR contempla una mejora substancial del rendimiento de este sector “clásico”. Su potencia nominal sería llevada a cerca de 1,5 GWe, dándole una capacidad de producción de electricidad inigualada hasta la fecha.
La optimización resultante significa una bajada de cerca del 10% del kilovatio/ hora producido. La esperanza de vida del reactor sería de unos cincuenta años o más. Y finalmente, el proyecto EPR está pensado para consumir una proporción muy elevada de combustibles MOX, reutilizando una parte importante del plutonio producido por la fisión y combinándolo con el uranio.
Un debate controvertido En octubre de 2003, la ministra francesa de industria, Nicole Fontaine, anunció que su gobierno estaba a favor de una decisión positiva para la realización del EPR. Los defensores del proyecto consideran que el paso a la tercera generación responde a una solicitud previsible de renovación y de extensión del mercado nuclear en un plazo cercano, tanto en los Estados emergentes (es el caso de China), como en Europa. A finales de 2003, el operador finlandés TVO (delegado por su gobierno que actualmente es el único en la Unión Europea que ha decidido aumentar el parque de los cuatro reactores existente en el país), se ha pronunciado claramente por la elección del EPR y ha pasado un primer pedido firme de 3 mil millones de euros al consorcio Arena(1)-Siemens.
Y no obstante, en la propia Francia, la elección final sobre la puesta en marcha del EPR aún no se ha realizado y es objeto de un debate controvertido. Además de la oposición poco sorprendente de los antinucleares, un cierto número de críticas viene también de los industriales y de quienes están en el sector atómico, quienes desearían el desarrollo de reactores más innovadores. Para sus detractores, la filosofía del EPR (concebida hace más de una década) se inscribe en una continuación de las tecnologías existentes. Aunque estén mejoradas, según ellos, no introducen un enfoque lo suficientemente renovado, en particular en el plano de la reducción de la producción de residuos.
El horizonte de la cuarta generación En efecto, otras alternativas innovadoras han comenzado a materializarse. Así entramos en la perspectiva de la “cuarta generación”, un amplio campo de investigación sobre la puesta a punto, con una perspectiva de al menos 15 o 20 años, de conceptos sumamente diferentes que vienen a subsanar los puntos débiles de los sectores actuales, sobre todo en relación con una mejor utilización del combustible y una disminución de los residuos, siempre reforzando las condiciones de seguridad y bajando los costos de producción.
Las obras ya empezadas en este ámbito se dirigen primero a los procesos propiamente dichos de la fisión, en particular el recurso a los “neutrones rápidos” que habían sido abandonados (véase el cuadro). También tratan de la composición de los combustibles (integrando en la misma una proporción máxima de los residuos reciclados en el propio sitio de su producción). La investigación estudia igualmente el transporte de la energía producida por nuevos fluidos portadores de calor: gas, metal líquido, sales fundidas, en lugar del agua. El gas portador de calor permite en particular la utilización del ciclo directo (la producción de electricidad sin pasar por un circuito secundario), lo que eleva el rendimiento.
La característica general de los sistemas de cuarta generación se basa, además, en una elevación substancial de las temperaturas de funcionamiento que pasarían de 300º en los reactores de agua a presión actuales a una temperatura de 850º. En el plano de la termodinámica, este aumento de temperatura permitiría conseguir un 50% en el rendimiento de la conversión calor/electricidad.
De ahí que, a tales niveles, las centrales nucleares puedan convertirse en fuentes de cogeneración. La producción conexa de calor se pondría así a beneficio de los procedimientos industriales. Se considera igualmente que la disponibilidad de este ”maná” calorífico producido por las centrales situadas a lo largo de las costas permitiría, por ejemplo, garantizar a gran escala la desalinización del agua de mar. Si por ejemplo las temperaturas pudieran llegar a 900º, el calor recuperado sería entonces capaz de producir, a gran escala, hidrógeno, por craqueo termoquímico del agua. El hidrógeno es especialmente interesante para producir energía con pilas de combustible sin emitir gas de efecto invernadero.
Europa entre la fisión... ¿Dónde se sitúa Europa en este futuro del sector nuclear? Se barajan las perspectivas de dos registros temporales y tecnológicos diferentes.
El sector electronuclear, sólidamente desarrollado e implantado desde hace cerca de medio siglo está situado en un entorno competitivo con respecto a otras energías. Por lo tanto, la industria es, ante todo, la que tiene que gestionar de forma autónoma la continuación de su actividad en un horizonte a corto plazo de una treintena de años. El apoyo europeo, en el plano de la investigación, se limita a un interés colectivo que concierne antes que nada a la cuestión de la gestión de los residuos y en menor medida, al control de un funcionamiento satisfactorio y coordinado de la seguridad.
Por el contrario, Europa participa plenamente en ciertos trabajos llevados a cabo en la perspectiva de la “cuarta generación”. La sección Euratom del Quinto Programa Marco 1998-2002 ha apoyado la red temática Michelangelo(2). Esta red, lanzada en 2001, reúne a un importante grupo de industriales y científicos, quienes se han dado por misión la definición de una estrategia para mantener abierta la opción de la energía nuclear de fisión en la Europa del siglo XXI.
Además, las actividades de investigación reciben apoyo dentro del marco de cuatro de los conceptos elegidos por el Foro Generación IV (Véase cuadro): el HTR (Reactor de alta temperatura), el reactor rápido refrigerado por gas, el reactor de agua supercrítica y el reactor de sales fundidas. Un proyecto estudia también la perspectiva de desalinización del agua de mar. Las convocatorias de propuestas para las investigaciones sobre los reactores de “cuarta generación” continúan en el Sexto Programa Marco 2002-2006.
... y la fusión Otra bien distinta es la perspectiva mucho más lejana ofrecida por la fusión termonuclear. El control de esta forma de producción de energía, que utiliza reacciones muy energéticas las mismas que aquellas que son generadas en el seno del astro solar y de las estrellas vivas del Universo, constituiría una revolución sin precedente en la historia de la humanidad y quitaría cualquier hipoteca con respecto a sus necesidades futuras.
En el transcurso de las últimas décadas, la Comisión ha invertido ya, en nombre de la Unión, varios miles de millones de euros (750 millones de euros están dentro del Sexto Programa Marco) para la realización de este objetivo ambicioso y estratégico a largo plazo. De hecho, éste ha desembocado en una cooperación científica internacional activa con los Estados Unidos, Canadá, Japón, Rusia, China y Corea.
Gracias a este esfuerzo, Europa es actualmente un socio de primer plano en este concierto de investigación que empieza una etapa decisiva: la construcción, ya decidida, del primer reactor de demostración bautizado ITER. Al final de un largo proceso de selección, la Unión ha elegido, en noviembre de 2003, proponer la candidatura europea única del centro de investigación de Cadarache, en Francia, para albergar ITER. Los participantes del proyecto, reunidos en Washington un mes más tarde, no han conseguido hacer una elección definitiva entre el sitio propuesto por la Unión Europea y su competidor, el de Rokkasho-Mura presentado por Japón. La decisión está prevista para febrero de 2004.
(1) Filial de Framatome. (2) Red Michelangelo - Competitiveness and sustainability of nuclear energy in the EU (Competitividad y sostenibilidad de la energía nuclear en la UE)
Las tecnologías nucleares utilizan en general como combustible el uranio 238 (denominado fértil), encontrado en estado natural, enriquecido previamente con el isótopo 235. Es este isótopo, presente a razón del 3% aproximadamente, ...
El Foro internacional Generación IV
Fundado a iniciativa del Departamento americano de la energía (DoE), este foro de reflexión y de investigación cuenta con diez países miembros: Argentina, Brasil, Canadá, Francia, Japón, Corea del Sur, Sudáfrica, Suiza, ...
Las tecnologías nucleares utilizan en general como combustible el uranio 238 (denominado fértil), encontrado en estado natural, enriquecido previamente con el isótopo 235. Es este isótopo, presente a razón del 3% aproximadamente, el que produce las reacciones de fisión, bajo la influencia del bombardeo por neutrones térmicos, denominados también neutrones lentos. Alrededor del 1% del uranio 238 captura igualmente neutrones para producir plutonio 239, que constituye también un material fisible (véase el esquema). Al salir de las centrales, el combustible gastado contiene por lo tanto una gran parte de uranio y alrededor de un 1% de plutonio.
Cuando se practica el reprocesamiento, el uranio y el plutonio pueden ser separados industrialmente del combustible gastado y reutilizados para formar la mezcla fisible bautizada como combustible MOX. No obstante, en los reactores de neutrones térmicos, el MOX sólo puede ser reciclado a su vez dos o tres veces. En este tipo de reactores, es posible utilizar en total una parte pequeña de los combustibles nucleares empleados.
Otra solución puede ser el bombardeo de las materias fisibles con neutrones de más alta energía, denominados neutrones rápidos. Permite, por un lado, fisionar mejor el plutonio y, por otro, aumentar la captura de los neutrones por el uranio 238 fértil, presente en el combustible, para transformarlo en plutonio 239.
La tecnología de los neutrones rápidos conoció un desarrollo importante en los años 70, con el concepto de los reactores reproductores. Se los presentaban como máquinas que producían más combustible de lo que consumían. No obstante, esta solución suscitó una fuerte oposición, ya que el plutonio 239 también es una de las materias primas de las armas nucleares.
El reactor reproductor construido en Kalkar (Alemania) nunca ha sido puesto en funcionamiento. Además del reactor experimental Phenix de Marcoule, todavía apto para el servicio, Francia intentó, por su parte, explotar a gran escala su reactor Superphenix de Creys-Malville. Poco concluyente, la experiencia duró dos décadas y terminó en 1997.
No obstante, si se volviera a evaluar concienzudamente, la tecnología de los neutrones rápidos, muy interesante para la minimización de los residuos, podría volver a utilizarse con vistas a la cuarta generación.
El Foro internacional Generación IV
Fundado a iniciativa del Departamento americano de la energía (DoE), este foro de reflexión y de investigación cuenta con diez países miembros: Argentina, Brasil, Canadá, Francia, Japón, Corea del Sur, Sudáfrica, Suiza, el Reino Unido, los Estados Unidos, a los que se ha unido la Comisión Europea. Su objetivo: explorar el posible futuro del sector electronuclear de aquí al año 2030. Las primeras obras de esta asamblea de expertos han hecho posible la selección, entre abundantes pistas tecnológicas, de seis sistemas(1) que responden al pliego de condiciones impuesto en términos de durabilidad (en particular, reducción drástica de los residuos), economía, seguridad (no proliferación y protección contra el terrorismo).
La investigación y el desarrollo de estos nuevos segmentos están en su fase de inicio. Al estar basados en la cooperación, requieren la coordinación de los socios y una definición de las condiciones de distribución de la información y de la propiedad intelectual. Por su parte, la Comisión apoya diversos proyectos de investigación y una red europea en esta exploración del futuro.
(1) SFR: reactor rápido refrigerado por sodio; LFR: reactor rápido refrigerado por plomo; VHTR: reactor térmico refrigerado por gas de muy alta temperatura; GFR: reactor rápido refrigerado por gas; SCWR: reactor refrigerado por agua supercrítica; MSR: reactor de sales fundidas.
Viaje hacia un futuro (semi)virtual
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