EL FUTURO DE LA ENERGÍA NUCLEAR

POR: TOMÁS UNGER

Mucho se habla sobre esta alternativa al petróleo, pero realmente son muy pocos quienes saben en detalle cómo se produce. A continuación, un acercamiento a esta tecnología

La semana pasada dimos una perspectiva histórica de las razones por las que la energía nuclear resurge como alternativa al petróleo. Si bien las otras, como las energías solar y eólica tampoco producen emisiones y no dependen del petróleo, no están en condiciones de asumir el déficit de energía en un futuro previsible. La otra alternativa, que no produce CO2 y cuya disponibilidad de combustible no está limitada, es la energía nuclear.

EL INICIO

La fisión nuclear libera energía equivalente a 5.000 toneladas de dinamita por cada gramo de materia fisionada. Si la reacción se produce de golpe, es una bomba atómica. Si la reacción es controlada, libera la energía gradualmente, y puede ser usada para generar electricidad. Los primeros reactores no generaban energía sino plutonio para las bombas atómicas.

Terminada la Segunda Guerra Mundial se inició el diseño de un reactor nuclear capaz de generar energía para uso civil. El siguiente paso fue el uso de reactores para propulsar submarinos y portaviones.

En diciembre de 1951 en Arco, Idaho (EE.UU.), entró a funcionar el primer reactor experimental, productor de plutonio, que generó corriente. El primer reactor nuclear comercial fue el de Obninsk, en 1954, en la otrora Unión Soviética. Tres años más tarde comenzó a funcionar el primer reactor comercial de Occidente en la ciudad de Shipping-port en EE.UU. La construcción de reactores nucleares alcanzó su mayor auge hace 30 años, cuando se construyeron 35. Diversos factores, pero sobre todo la catástrofe del 28 de abril de 1986, en Chernobyl, coincidieron para frenar la construcción de plantas nucleares.

LOS REACTORES RÁPIDOS

Aunque el principio con el que funcionan todos los reactores es el mismo, para el uso pacífico de la energía nuclear surgieron diversas tecnologías que se pueden clasificar de varias maneras. Esta clasificación puede ser tanto por el material radiactivo usado (mal llamado “combustible”*) como por el material que circula trasmitiendo el calor para generar el vapor que mueve las turbinas y que estas generen electricidad.

Por el material fisionable (“combustible”) y la manera en que lo controlan, los reactores se clasifican en rápidos y lentos. Los llamados rápidos solo pueden usar uranio 238 o plutonio —de alto grado, como en las armas nucleares—, aunque la India está desarrollando uno que puede usar torio (India tiene poco uranio y bastante torio). Estos reactores producen más “combustible” del que consumen, por lo que se llaman “breeders” (criadores).

Los reactores rápidos usan generalmente metal líquido (normalmente sodio, pero pueden emplear plomo, potasio o mercurio) para transferir el calor al agua. Tanto Francia como Gran Bretaña, la India, Japón, EE.UU. y Rusia tienen reactores rápidos. Los soviéticos los usaron para desalinizar agua y propulsar sus submarinos, además de generar corriente eléctrica. El más grande reactor rápido es el Superphénix francés, que usa sodio para transferir calor y está operativo desde 1984 produciendo 1.200 megavatios de electricidad.

LOS LENTOS

Se llaman reactores lentos a los que tienen materiales moderadores entre las barras de “combustible”. La mayoría de los reactores utilizados para generar electricidad son de este tipo. Entre estos los más comunes son los de agua a presión, agua hirviendo y los de agua pesada. El agua a presión puede calentarse a varios cientos de grados sin hervir y se usa para transferir el calor y generar vapor. En el generador de agua hirviendo esta se evapora dentro del generador y va directamente a las turbinas.

El agua pesada en lugar de hidrógeno y oxígeno (H2O) tiene deuterio (D2O, hidrógeno pesado con un neutrón en el núcleo) y es la que circula en los reactores tipo Candu (siglas de Canadá, deuterio y uranio), reactor de agua pesada, que es el tipo más difundido. Actualmente hay operativos en el mundo 439 reactores nucleares que están produciendo energía comercial, de los cuales 230 son de agua a presión. Estos son de diverso tipo y algunos de ellos, los muy antiguos, están siendo clausurados porque su mantenimiento no resulta rentable.

LA EVOLUCIÓN

Además de dividirse en rápidos y lentos, los reactores se clasifican de acuerdo con tres características: el elemento que fisiona, el control de la fisión y la sustancia que transfiere el calor. Las diversas combinaciones de estas características permiten una gran variedad de reactores. El combustible puede ser uranio 233, uranio 235, plutonio o torio. El control del reactor se puede llevar a cabo con varillas de grafito, entre otros medios. Para transferir el calor se puede usar agua (H2O), a presión o hirviendo, agua pesada** (D2O), metales líquidos que transfieren el calor (sodio) o gases inertes (nitrógeno, helio).

Los diversos reactores nucleares producen diferentes residuos. Los llamados “criadores” tienen la ventaja de no dejar residuos, pero en cambio producen plutonio, que puede ser empleado tanto en reactores como en armas nucleares. Otros producen residuos radiactivos, cuyo almacenaje presenta problemas. Otro factor es la disponibilidad de combustible.

EL FUTURO

El agua puede usarse como elemento de seguridad y en forma de vapor para propulsar las turbinas. Un nuevo sistema, llamado PBMR (siglas de reactor modular de cama de guijarros) usa miles de “guijarros” de combustible enriquecido que calientan helio, gas que mueve las turbinas. Este sistema parece ser el más seguro y efectivo diseñado hasta hoy. Sin embargo, las ventajas de cada sistema dependen de factores geográficos, económicos y políticos que varían de un país a otro.

Los diversos tipos de reactores tienen ventajas y desventajas, pero en todos la seguridad ha aumentado exponencialmente mientras se han reducido los requisitos de mantenimiento. Hoy los reactores reproductores rápidos (RRR), que producen más “combustible” (plutonio fisionable) del que consumen (uranio), están disponibles.

Al instalarse estos reactores, el aprovechamiento del combustible se multiplicará por un factor de 100, mientras que los residuos radiactivos serán mínimos. Mientras tanto, las condiciones son cada vez más propicias para el renacimiento de la energía nuclear, y la posibilidad de producir energía sin emisiones de CO2 y con ella el hidrógeno para las celdas de combustible de los vehículos del futuro.

(*) La combustión es una reacción química de oxidación. En la reacción nuclear no hay combustión.

(**) El agua H2O es óxido de hidrógeno. El agua pesada D2O es óxido de deuterio, una forma de hidrógeno más pesada. El hidrógeno (H) normal tiene un electrón y solo un protón en el núcleo. El deuterio (D) tiene un electrón y en el núcleo un protón y un neutrón.