RESIDUOS NUCLEARES

Transporte de residuos por tren en alemania. Observese el calor que emiten.

Hasta el momento he defendido la necesidad de utilizar la energía nuclear como única salida viable a la inminente crisis del petróleo. Para conseguir la independencia del petróleo hay que electrificar el transporte y eso supone recurrir al automóvil de hidrógeno, pues es el único que cuenta con la suficiente autonomía. Para alimentar las pilas de combustible, se necesita producir el hidrógeno a precios competitivos, y eso, como comente en el post correspondiente, solo se logra mediante la energía nuclear. Aunque existen métodos alternativos, los demás cuentan con diversos inconvenientes, precio excesivo (energías renovables), producción de gases de efecto invernadero (gas natural, carbón), pocos lugares aptos para su construcción (termosolar de torre central), etc.

Sin embargo, la energía nuclear no está exenta de problemas, y entre ellos el que está resultando más difícil de resolver es el de los residuos radiactivos. ¿Qué hacer con residuos que mantendrán su letalidad durante cientos de miles de años? Esa es sin duda, la gran pregunta por resolver. A continuación expongo brevemente las alternativas que se están investigando.

Las centrales nucleares están preparadas para retener de forma segura los residuos generados a lo largo de toda la vida del reactor. Los residuos radiactivos son controlados sistemáticamente y acumulados en instalaciones apropiadas. Pero tras el desastre de Fukushima cabe preguntarse si no hubiera sido más fácil controlar una central nuclear que no guarde sus residuos en el mismo lugar en el que se encuentra el reactor. Esto supondría la necesidad de revisar la estructura de las nuevas centrales que se construyan.

En la explotación de la energía nuclear se generan distintos tipos de residuos, en función del tipo de radiaciones emitidas y su intensidad. Como ejemplo, en España se generan cada año 160 toneladas de combustible gastado (de alta actividad) y unas 2000 toneladas de residuos de baja y media actividad (RMBA). Aunque parezcan cantidades importantes estos residuos suponen el 1 por mil de los residuos peligrosos generados por la industria española. Además los residuos de alta peligrosidad tienen una densidad muy alta, por lo que 160 toneladas son en realidad un volumen tan pequeño que cabría en el salón de cualquier casa.

Para los residuos RMBA de baja actividad, que son la mayor parte de los residuos nucleares, ya se cuenta en España con una solución completa y definitiva. Los RMBA son enviados para ser tratados por la compañía (ENRESA) y depositadas de forma definitiva en el almacén de El Cabril. Los residuos son analizados previamente, compactados y llevados a un almacén bajo control. El periodo de peligrosidad en estos casos es relativamente manejable, al ser la vida media inferior a 30 años.

Mención aparte merecen los residuos de alta actividad (RRAA), los derivados directamente de los combustibles quemados en las centrales nucleares. Estos materiales tienen una alta radiactividad, tiempo de almacenamientos extremadamente altos para algunos de sus componentes (pueden llegar a los cientos de miles de años para el caso de los actínidos), y la peligrosa presencia de materiales que como el plutonio pueden ser utilizado en el ámbito militar. Por último desarrollan el suficiente calor por si mismos como para dañar su propia naturaleza o al medio ambiente.

¿Qué se hace en la actualidad con los RRAA? En la actualidad son almacenados en las propias piscinas de la central, donde el agua se encarga de refrigerarlos y mantener su radiación bajo control. En una segunda etapa los residuos RRAA serán enviados a un almacén temporal centralizado (ATC), en donde permanecerán durante 60 años refrigerados por aire. En ese tiempo se debe haber llegado a un consenso en la comunidad científica sobre el mejor método para el tratamiento de los residuos. Una vez tratados se almacenaran a más de 500 metros de profundidad en el (AGP). Almacén geológico profundo situado sobre formaciones geológicas que han permanecido estables durante miles de años.

Por lo tanto lo que queda por dilucidar es cómo serán tratados los RRAA tras el periodo de 60 años en el ATC. En la actualidad se están evaluando una amplia gama de técnicas que conducen al final a unos mismos procesos de “separación” y “transmutación”. Correctamente tratados se podría disminuir la cantidad de residuos a la centésima parte del original y además aumentar la generación de electricidad que se obtiene de ellos. Los RRAA contienen varios grupos de isotopos de distinta naturaleza. Tras realizar los procesos químicos de separación-transmutación se consiguen agrupar los isotopos similares para tratamientos individuales y específicos.

1. Uranio: puede ser reutilizado para obtener más energía.

2. Materiales estructurales activados: Tienen un gran volumen y masa. No generan calor y se les considera de baja actividad, por lo que no presentan problemas para su manipulación y almacenaje.

3. Fragmentos de fisión de vida media y corta: Terriblemente radiactivos y emisores de calor, deben ser tratados con especial cuidado. Como factor a nuestro favor cuenta la vida media baja de tan solo 30 años, por lo que tras un periodo de entre 100 y 200 años se enfrían lo suficiente para ser tratados como residuos normales.

4. El último grupo lo componen los actínidos transuránicos: plutonio, neptunio, americio, curio, etc. Esto son los más peligrosos de todos, tanto por el riesgo de proliferación armamentística, como por su alta radiactividad (pude provocar una explosión nuclear si no son almacenados correctamente). Para colmo de males, tienen una duración enorme en comparación a toda la historia de la humanidad, ¡centenares de miles de años! Por ello, la solución propuesta pasa por la trasmutación, que consiste en convertirlos en un nuevo combustible nuclear transformándolos en residuos de los tipos anteriores y simultaneamente, generamos grandes cantidades de energía extra. De este modo se consigue tres grandes logros, disminuir el tiempo de vida de los residuos, anular la proliferación, y conseguir un extra de energía para nuestra sociedad. Para este proceso se tendrían que utilizar un nuevo tipo de reactores, los reactores rápidos o los ADS (mezcla de aceleradores y reactores rápidos). Si los cálculos no fallan estos procesos podrían reducir la cantidad y radiotoxicidad de los elementos RRAA hasta llegar a una centésima, e incluso una milésima parte de la cantidad original.

REACTORES NUCLEARES DEL FUTURO



EVOLUCION HISTORICA DE LA ENERGÍA NUCLEAR



En la actualidad se están construyendo reactores nucleares de tercera generación y de tercera generación plus, con algunas mejoras de seguridad. Todos los reactores construidos hasta la fecha estan diseñados para producir electricidad, o para la obtención de raioisótopos con fines médicos. Desde el año 2000 existe una iniciativa multinacional comandada por (Estados Unidos, Francia, China, Sudáfrica, Japón) para el desarrollo de nuevas tecnologías que permita desarrollar una nueva generación de reactores que tenga la capacidad de producir hidrógeno.

¿Por qué es importante la producción de hidrógeno de forma industrial? Eso lo trataré más extensamente en un próximo post. Pero adelantaré que si queremos liberar a nuestros vehículos particulares de la tiranía del petróleo, no parece existir otra alternativa que el desarrollar las pilas de combustible de hidrógeno. Los actuales intentos de utilizar baterías de móviles (baterías de litio) agrupadas en ingentes cantidades para almacenar la energía eléctrica en los automóviles está resultando muy decepcionante. Las baterías más modernas apenas si tienen la capacidad de almacenar la suficiente energía a precios económicos (la batería medía cuesta 20.000 €, pesa unos 400 kg y su autonomía ronda los 150 Km. por cada carga de 8 horas). De ahí que, en principio, se estén usando para crear una generación de automóviles urbanos, relativamente pequeños, aunque muy pesados y caros, que adolecen de un escaso radio de circulación. Además, hoy por hoy, resulta totalmente inviable utilizar las vaterías de lítio en el transporte pesado de mercancías a largas distancias, como camiones, o autobuses interurbanos.

Para producir hidrógeno de forma comercial y económica, los reactores nucleares de IV Generación tienen que alcanzar temperaturas de funcionamiento muy superiores a los actuales. Se estudian varios proyectos, pero el de lecho granulado alcanzaría temperaturas de 900 grados centígrados, frente a los 350 grados de las centrales actuales. A parte de la producción de hidrógeno a precios competitivos, otra ventaja adicional es que se pueden encadenar varios ciclos industriales: producción de hidrógeno a altas temperaturas, utilización del calor residual para la industria química, generación de electricidad y finalmente procesos de desalinización. El solo hecho de aumentar la temperatura de funcionamiento hasta los 900 grados ya implica un aumento del rendimiento en un 25%, lo que permite a su vez, un mayor aprovechamiento de cada carga de combustible.

A pesar de funcionar a mayor temperatura los reactores futuros serán más seguros porque prescinden del agua para su refrigeración, en su lugar utilizan helio. El He es un gas noble, y por tanto no reacciona con otros materiales, impidiendo la salida de materiales radiactivos durante un hipotético accidente nuclear. Además los reactores están pensados para soportar temperaturas de hasta 1600 °C, sin fundirse. A diferencia de los actuales que a esas temperaturas comienzan la fusión de las barras de combustible. El reactor está diseñado para tener una seguridad marcada por las propias leyes físicas de su funcionamiento, a diferencia de los actuales que dependen de sistemas de seguridad activa para no llegar a situaciones críticas. Eso supone un gran paso adelante en seguridad pues ante un eventual desastre, el reactor tenderá por su propia física a ser estable, incluso sin la presencia de operarios o sistemas activos de seguridad.

Finalmente una de las grandes ventajas de estos nuevos reactores es su reducido tamaño y simplicidad de construcción. Pueden llegar a ser hasta ocho veces menos complejos que un reactor actual, lo que facilita su producción en serie, bajando el precio y aumentando la seguridad de cada unidad.