EL FUTURO DE LA ENERGIA NUCLEAR

Interior del reactor tipo Tokamac

La oposición a la energía nuclear ha calado en la población de muchos países desarrollados de una forma tan irracional e intensa que ha llevado a los políticos, siempre más preocupados por los votos que por el bien del país, a no atreverse a hablar racionalmente del tema, con grave perjuicio para el país y sus ciudadanos.

Echando la vista atrás en la historia, hay recordar los disturbios de julio de 1854 en Cataluña por las llamadas “selfactinas” (máquinas para mecanizar el hilado) o los ataques de la organización anarquista Mano Negra de 1882/3 por los nuevos sistemas de trabajo mecanizado en Andalucía que aumentaba el paro. Fue especialmente duro en la zona de Jerez de la Frontera. Ambas cosas, imprescindibles hoy en la industria textil y la agricultura. Más recientemente, conocí en Francia directamente, en 1981, los problemas con las nuevas máquinas cosechadoras de vid. Llegaron a quemar varias, que los seguros no quisieron asegurar en aquellos momentos previendo los problemas; ¿concibe alguien en la actualidad la agricultura sin tractores y cosechadoras o la industria textil sin las hiladoras y telares mecánicos?

Creo firmemente que el futuro de la generación de energía a partir del núcleo atómico, a plazo más o menos largo, es inexorable. Los países que tuvieron la visión de apostar por el desarrollo de esa energía en momentos en que era cara y el petróleo barato y abundante, han afrontado hasta ahora y sin duda lo seguirán haciendo en el futuro las posibles carencias energéticas con mayores posibilidades de éxito que los demás. Hay que citar en primer lugar a Francia y su apuesta decidida por esa energía (datos de 2007: obtenía el 78% de su electricidad de sus 58 centrales nucleares), y al resto de países que obtienen más de un tercio de su electricidad de sus centrales nucleares: Bélgica (54%), Suecia (48,0%), Suiza (37%), Corea del Sur (39%), Japón (30%), Ukrania (47%), y el resto de países de la órbita de la antigua URSS, están alrededor el 40/50%, etc.

Recuerden a Mitterrand en los años 70 en la TV francesa dirigiéndose a sus conciudadanos: “No tenemos petróleo, no tenemos gas, NO TENEMOS ELECCIÓN”. Con esta fase se inició el gran programa nuclear francés. Programa que en todos sus años de funcionamiento no ha ocasionado ningún incidente reseñable. Disfruta Francia gracias a la visión de sus gobernantes de la energía eléctrica más limpia y barata de Europa.

Para terminar esta serie, quiero hacer un apunte breve de los desarrollos próximos y futuros de la producción de electricidad con tecnología nuclear. Los últimos diseños de los reactores, que se clasifican por generaciones, han avanzado en aspectos como el aumento de la seguridad, optimización del consumo del combustible y disminución de los residuos.

De este tipo son las centrales nucleares de tercera generación que se están construyendo en Europa, concretamente en Olkiluoto, en Finlandia, y Normandía, en Francia. Son reactores de gran potencia, concretamente 1.600 MW. En USA han desarrollado diseños que proporcionan menos energía pero que poseen mayor seguridad. Son los AP600 y AP1000, (ADVANCED PASSIVE y la potencia en MW). Estos diseños están basados en los actuales de agua ligera a presión (PWR) pero el reactor está inmerso en un tanque de agua borada (el boro es un eficaz absorbente de neutrones) de modo que a la mínima pérdida de refrigerante o de presión, la reacción en cadena se detiene sin intervención humana. Parece que Finlandia, Francia y Gran Bretaña están dispuestas a construir ocho reactores de este tipo además de los dos que están en construcción.

En el diseño de estos nuevos reactores se ha cuidado sobre todo el bloqueo de las posibles fugas al exterior. Es decir, se trata de evitar totalmente la necesidad de evacuar la población en caso de accidente. También se ha conseguido aumentar la eficiencia energética por la optimización de la utilización del combustible y reducción de los residuos.

Hay un tipo muy interesante de mini reactores, denominados HTR (reactores de alta temperatura) que son de alrededor de 100 MW de potencia. Se han ensayado y descartado algunos modelos pero el más prometedor y que mejor funciona es un diseño sudafricano (Sudáfrica nunca ha dejado de investigar el desarrollo nuclear industrial) el PBMR. La traducción libre del nombre es “reactor nuclear de lecho de guijarros (o pellets)”. Es una enorme vasija llena de unas bolas de tamaño similar a las de golf o billar, de carburo de silicio, material cerámico muy resistente, que a su vez contienen en su interior otras más pequeñas (parecidas a los “M&M”) del mismo material, que albergan en su interior una pequeña cantidad de combustible. El recipiente está dentro de la vasija del reactor con sus elementos de control y seguridad.

Esquema del reactor de cantos rodados

El funcionamiento no puede ser más simple: se inyecta gas helio a presión que fluye entre los “pellets”, que están a alta temperatura por la reacción nuclear. Al enfriarlas, el gas se calienta hasta una temperatura de casi 1.000ºC y se inyecta directamente en el mecanismo que mueve la turbina. El helio enfriado por la pérdida de calor que ha conllevado mover la turbina, vuelve a la vasija calentándose de nuevo e iniciando el ciclo. Alcanzan una potencia de 250 MW. Si hay algún sobrecalentamiento por anomalía de funcionamiento, el material cerámico se fundiría y bloquearía la reacción. En caso de que alguna pieza llegara a fraccionarse contaminando el resto de las piezas, habría una pérdida de eficacia, y en el caso improbable de que llegara a fundir todo el reactor, lo más grave que provocaría sería una gran pérdida económica.

Como casi todas las cosas de este mundo, presentan ventajas e inconvenientes. Por su pequeño tamaño, tienen infinidad de ventajas. Por ejemplo, se pueden ubicar en las proximidades de los lugares que más energía demandan haciendo innecesarios los grandes transportes de electricidad con sus enormes torres y evitando las pérdidas y costes que ello supone. También pueden ser subterráneos obteniendo un plus de seguridad. En algunos modelos, no es necesaria la recarga de combustible: cuando se agota, lo que sucede entre treinta y cincuenta años, se cierra la central. En los modelos que sí se pueden recargar, el combustible consumido permanece perfectamente encapsulado en los pellets y listo para su almacenamiento definitivo si no se desea reprocesar, tarea difícil, por la dureza de los pellets.

Esquema del reactor 4S de Toshiba

Por último, no resisto la tentación de presentar un reactor que con más propiedad podría llamarse una “pila atómica o batería nuclear”. Se les llama 4S (Super Safe, Small and Simple). Su potencia oscila de 10 a 50 MW. El modelo 45 de la japonesa TOSHIBA, es un reactor con una vasija de 70 cms. de diámetro y 2 metros de altura que se entierra a unos 30 metros de profundidad. El edificio en superficie que alberga las turbinas,  generadores y controles es de 22x16x11 metros. Genera electricidad entre 30 y 50 años, al cabo de los cuales se queda enterrado donde está.

Apenas tiene partes móviles porque utiliza paneles reflectores de neutrones. Tampoco tiene varillas de control porque funciona en régimen de neutrones rápidos. Su combustible inicial es 238U con el contenido habitual de 235U. Pero, como vimos anteriormente, al bombardear  el 238U se transforma en Plutonio por lo que no solo utiliza el 3% del uranio fisionable 235U, sino el 97% restante convertido en Plutonio. Ello le permite una vida activa muy larga con una cantidad de combustible inicial relativamente pequeña.

Parece que está previsto instalar un reactor de este tipo en Galena, Alaska, pequeña ciudad (470 habitantes en 2010) que queda totalmente aislada gran parte del año por el hielo y la nieve. Hasta ahora la solución ha sido almacenar cinco o seis millones de litros de gasoil para generar electricidad, solución costosa y contaminante.  Con una batería Toshiba 4S, el problema quedaría resuelto con un edificio como una casa pequeña de dos plantas y a unos 10 céntimos de euro el kWh durante varias décadas.

La solución para esa pequeña ciudad de Alaska es difícilmente aplicable a escala mundial. Cada barrio y pueblo tendría su propia batería nuclear y se acabarían las pérdidas por transporte en las líneas de alta tensión. Pero dejar el planeta sembrado de multitud de pequeños depósitos subterráneos llenos de residuos radiactivos de larga actividad, no parece ni  seguro ni razonable.

LA FUSIÓN NUCLEAR

 Hay que terminar este repaso del futuro de la energía nuclear mencionando lo que muchos científicos consideran la solución definitiva de nuestras necesidades energéticas: la FUSIÓN nuclear.

La fusión nuclear es lo contrario de lo que hemos visto hasta ahora, es decir, la unión de núcleos atómicos ligeros para dar lugar a otros  más pesados. La reacción sobre la que más se está investigando es la que se lleva a cabo con los dos isótopos del hidrógeno, el  Deuterio (un protón y un neutrón) y el Tritio (un protón y dos neutrones) que formarían gas helio (dos neutrones y dos protones). En el proceso queda libre un neutrón que sale disparado liberando gran cantidad de energía.

Los combustibles primarios son baratos, abundantes y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía). El Deuterio no es radioactivo y el Tritio, que si lo es, se produce dentro del propio reactor a partir de litio. Es un sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. La reacción de fusión no es una reacción en cadena, por lo que no es posible que se pierda el control. En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible. La fusión no produce gases de efecto invernadero; la reacción en sí sólo produce helio, un gas ligero no nocivo. Cuando se consiga puede ser una fuente de energía prácticamente inagotable.

Pero en la práctica es muy complicado. Como ambos tienen un protón, partícula con carga eléctrica de mismo signo, se repelen. Y para que la fusión se lleve a cabo de manera crítica, o sea generando  más energía que la que se consume en todo el proceso, han de aproximarse hasta casi tocarse. Hay dos formas de vencer la repulsión. Una, acelerando uno de los núcleos y lanzándolo contra el  otro, lo que se hace en los aceleradores de partículas. El otro es aumentar la temperatura de un medio lleno de Deuterio y Tritio hasta que la energía térmica permita superar la barrera eléctrica. Pero ésta es tan fuerte que exige unos cien millones de grados de temperatura. Es la temperatura que tienen las estrellas y la energía que les da esa luminosidad que nos permita verlas a millones de años luz de distancia.

Hasta ahora, lo anterior no se ha conseguido, pero los avances han sido espectaculares. Los proyectos de investigación son cada vez más ambiciosos y caros, llegando hasta tal punto que de los planes nacionales, en varias etapas, se ha pasado a un plan mundial. Así de cara resulta esta investigación. Las esperanzas están puestas en el ITER (INTERNACIONAL TERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR) proyectado como instalación experimental para demostrar que la energía de fusión es viable industrialmente. Esto permitirá, sobre todo, estudiar componentes, materiales, fenómenos y comportamientos para que el siguiente paso, que ya tiene nombre,  DEMO, sea algo próximo a un reactor industrial.

El ITER, se está construyendo en Cadarache, Francia, el país que apostó antes y más firmemente que ningún otro por la energía nuclear. Pero también participan en el proyecto, además de la Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Rusia, China, la India y Corea del Sur. Es realmente un proyecto de escala mundial. Su coste está previsto en 14.000 millones de euros. La Unión Europea pagará el 40 por ciento de su coste total, Francia un 10 por ciento adicional (el proyecto conlleva muchas ventajas para la sede) y el resto de socios el 10 por ciento cada uno. Está previsto que entre en operación en 2017 y obtener la información derivada de los experimentos que se realicen conllevarán varios años de arduo trabajo.

Estamos ante la posibilidad de energía ilimitada y limpia, dicho sea esto último con matices. Los neutrones «activan» los materiales con los que están en contacto, por lo que el propio reactor se contamina de radiactividad. No es nada comparable a lo que produce la fisión. En cualquier caso no sería un residuo radiactivo de vida larga, ya que se calcula que entre cincuenta y cien años después de cesar el funcionamiento de un reactor de fusión desaparecería la radiactividad.

Todo parece apuntar a que el ITER dará las claves para poder diseñar el DEMO, un reactor de fusión que no sólo termine de definir la fusión, sino que se conecte a la red eléctrica. Todo ello podría tardar en cristalizar entre 10 y 20 años. Pero lo único que está claro es que si se abandona la investigación en la fusión nuclear, jamás tendremos una energía limpia y disponible para todo el mundo.

NOTA ADICIONAL DE ÚLTIMO MOMENTO.- Cuando estaba acabando de redactar este artículo del blog, recibo varias noticias muy interesantes conectadas con el tema.

1ª.- El pasado 8 de febrero la Canciller Ángela Merkel puso en marcha el reactor alemán de fusión Stellarator que llegó hasta los 80 millones de grados Celsius y consiguió confinar una nube de plasma durante un cuarto de segundo.

2ª.- Unos días después, el reactor chino, de tipo Tokamak, produjo plasma de hidrógeno a 50 millones de grados Celsius y lo mantuvo girando durante unos impresionantes 102 segundos.

3ª.- Uno de los mayores problemas de la fusión nuclear es que la enorme cantidad de energía que genera la fusión de los átomos tiende a disiparse demasiado rápido debido a turbulencias internas, lo que produce una gran pérdida de calor. Un grupo de científicos del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) ha dado con la clave del problema tras procesar los datos del reactor de fusión Alcator C-Mod mediante un superordenador. El Alcator es un reactor experimental de tipo Tokamak ubicado en el Centro de Fusión y Ciencias del Plasma del MIT. Cada simulación requiere 15 millones de horas de cálculos realizados por el equivalente a 17.000 procesadores. Cada simulación tarda 37 días en completarse.

Para aquel que pueda estar interesado en  obtener más información adjunto la dirección del video publicado por MIT. Copiar y pegar en el buscador:

http://es.gizmodo.com/el-mit-resuelve-uno-de-los-grandes-problemas-de-la-fusi-1759393769