junio 17, 2022

Si la nuclear quiere ser una alternativa de futuro, tiene un reto: aprovechar la energía de sus residuos

Los residuos nucleares tienden a acaparar buena parte de la atención social cuando se discute la energía nuclear. La gestión de estos desechos es más segura de lo que la intuición nos dice, pero no es del...

Los residuos nucleares tienden a acaparar buena parte de la atención social cuando se discute la energía nuclear. La gestión de estos desechos es más segura de lo que la intuición nos dice, pero no es del todo eficiente. La inmensa mayoría de la energía contenida en el combustible nuclear no es aprovechada, lo cual aumenta el volumen de los desperdicios y alarga el tiempo en que éstos son peligrosos. Por fortuna existen soluciones a este problema, pero no son baratas.


Dos problemas: falta de combustible y exceso de residuos.
Toda producción energética cuenta con sus ventajas e inconvenientes, y le energía nuclear no es una excepción. La guerra en Ucrania ha destapado uno de estos problemas, que la nuclear no es una fuente renovable de energía. El combustible nuclear utilizado en la mayoría de plantas, el isótopo uranio-235 (U235), es limitado y no todos los países con plantas nucleares tienen acceso a él.

A este se añade el problema de la gestión de residuos. Aunque hayamos avanzado mucho en la gestión de estos residuos, encargarse de ellos supone un coste añadido, a lo que hay que añadir que el rechazo que generan en la población dificulta aún más su gestión eficiente. Hay que añadir un factor más: el combustible nuclear guarda aún mucha energía tras ser gastado.

Desperdicio energético.
Jess Gehin, director de laboratorio en el Idaho National Laboratory en Estados Unidos, explicaba recientemente a la cadena CNBC que tan solo utilizamos un 0,5% de la energía contenida en el U235 es aprovechada en los reactores convencionales empleados hoy por hoy, los reactores de agua ligera. Además, solo el 0,7% del uranio que encontramos de manera natural en la Tierra es de este tipo, el restante corresponde al isótopo 238.

Reactores rápidos.
Existen formas de aprovechar parte de toda esta energía desperdiciada, señala Gehin. Parece, además, que el problema para su implementación es más económico que tecnológico según el experto. La clave estaría en los reactores de neutrones rápidos o reactores rápidos, llamados así porque no limitan la velocidad de éstos como hacen los reactores convencionales utilizados hoy en día.

Según el estadounidense, sería posible extraer una fracción sustancialmente mayor de la energía del uranio reciclando el combustible con estos reactores. “Los reactores de neutrones rápidos pueden convertir de manera más eficiente el uranio-238, que es predominantemente lo que se halla en el combustible gastado, en plutonio, de manera que es fisible” explica Gehin.

El U238 es también más abundante en la naturaleza, lo que facilitaría proceso de enriquecimiento del uranio requerido para convertirlo en material fisible con el que alimentar los reactores. Aprovechar estos mecanismos garantizaría, según la Agencia Internacional para la Energía Atómica (IAEA), poder seguir empleando energía nuclear durante miles de años. Además, continúa la agencia, supondría una mejora en la gestión de los desechos nucleares.

El origen: mucha demanda y poco combustible.
Los reactores de neutrones rápidos fueron propuestos en las primeras décadas del desarrollo de la energía nuclear comercial. En esta época el suministro de uranio no estaba garantizado, por lo que la eficiencia energética de las centrales nucleares era un tema que recibía una consideración importante.

Esto cambié con los años al encontrarse nuevas reservas de uranio, pero también al asentarse los hidrocarburos como fuente de producción eléctrica. A esta menor presión para la mayor eficiencia se añadieron los accidentes de Three Mile Island y Chernóbil, duros golpes para la percepción social de este tipo de energías.

Tipos de reactores rápidos.
Esta larga historia, y el hecho de que sean varios los países interesados en estos desarrollos, ha dejado una diversidad de tipos de reactores rápidos, especialmente los conocidos como reactores reproductores rápidos, llamados así por realizar su trabajo en dos fases, con una fase utilizando el combustible producido por la otra.

Algunos de estos tipos de reactores rápidos, en distintas fases de desarrollo según la IAEA, son los reactores rápidos refrigerados por sodio, reactores rápidos refrigerados por plomo y por plomo-bismuto, reactores rápidos de sales fundidas, y reactores rápidos refrigerados por gas. Estos “cumplen unas normas más elevadas de seguridad, sostenibilidad, economía, protección física y resistencia a la proliferación”.

La tecnología está lista, la implementación lejos.
El principal problema para implantar estas tecnologías a escala comercial es económico. El aumento del combustible y la existencia de otras opciones no nucleares ha mantenido estas opciones a raya. Esto no deja de ser una paradoja, puesto que la energía nuclear es ya de por sí más cara que otras alternativas y aumentar la eficiencia del combustible debería abaratarla no encarecerla. Esta intuición se cumpliría si los principales costes de esta energía estuvieran relacionados con la compra de combustible y la gestión del combustible ya empleado.

Solucionar un problema, ¿atenuar otro?
Implementar opciones nucleares más eficientes puede ayudar a mantener esta opción en el mix energético aun si el acceso al combustible se ve limitado, bien sea por la situación geopolítica bien sea por el agotamiento del recurso. Sin embargo no parece que vaya a hacer más que atenuar el problema de los residuos nucleares.

Los residuos van a seguir siendo producidos en las centrales convencionales, y el “stock” actual de residuos, según insisten Gehin o la propia IAEA es suficiente como para proporcionar energía durante los próximos mil años. Además, éstas pueden funcionar sin llegar a recurrir al uso de residuos, alimentándose de uranio de bajo enriquecimiento como el HALEU (high-assay low-enriched uranium), uranio con un nivel de enriquecimiento más bajo (entre un 5 y un 20% de U235, frente al 3-5% del combustible convencional que el uranio fisible o enriquecido convencional.

Esta opción puede ser más barata que el reciclado de residuos, así que quizá, en la práctica, no acabe aprovechándose el potencial de reciclado que estas nuevas tecnologías prometen. La economía supone un doble motivo para el escepticismo en este sentido.

¿Es esto aplicable en España?
En España no se conocen proyectos semejantes. El Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) considera en sus publicaciones un ciclo lineal (por paradójico que suene) del combustible nuclear. Eso no impide que participe en el desarrollo de proyectos como el reactor experimental europeo Jules Horowitz (JHR), junto con otras instituciones como el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat). JHR será un reactor experimental, no comercial, y estará situado en el sudeste de Francia.

Fusión y otras alternativas.
No hay que olvidar que seguimos avanzando (poco a poco) en la energía de fusión, que podría también ser una alternativa superior a estas opciones. Siempre en el horizonte, se calcula que esta tecnología podría llegar hacia el año 2060. Por eso resilta difícil saber si ésta llegará antes de que la falta de fuentes de combustible nuclear pueda ser un problema considerable.

Imagen | Idaho National Laboratory

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