Energía new-clear (II)

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Viene de Energía new-clear (I) 

¿Podemos regresar a una sociedad solar? No con siete mil millones de habitantes, ávidos por una vida mejor. No, mientras no seamos capaces de desarrollar sistemas masivos de almacenamiento de energía y redes eléctricas inteligentes. No, posiblemente, en ausencia de una superestructura política que permita la racionalización de recursos —que haga posible explotar el sol del Sahara, el viento de Finisterre, los saltos hidráulicos de Noruega—. No, en todo caso, mañana, ni el año que viene, ni en una década ni en tres. La energía renovable (incluyendo la denostada hidráulica) supone menos del 13 % de la tarta. Los recursos hidráulicos del planeta están ya bastantes explotados. El 5 % de energía solar y eólica crecerá sin duda, posiblemente de manera espectacular. ¿Pero cuánto? Los problemas técnicos y logísticos asociados a la explotación de estas energías no son baladíes, como no lo son los costes (a pesar de que están disminuyendo). Pasar del 5% al 50% por cierto en menos de un siglo sería sin duda una gesta heroica.

¿Podemos entonces sustituir los recursos fósiles por energía nuclear? Tampoco es una hazaña que podamos realizar a corto plazo. Las centrales nucleares producen electricidad de manera fiable y continua —no dependen de los avatares del clima y utilizan un combustible cuya densidad energética es muy superior a la del carbón o el gas natural, no digamos ya el viento o la radiación solar—. Pero en el mundo hay unos trescientos cincuenta reactores en operación, muchas de ellos de un diseño vetusto, como la hoy tristemente famosa central de Fukushima. 

¿Es posible multiplicar, digamos por diez, el número de reactores actuales? A priori podría contestarse que sí. Después de todo llevamos sesenta años construyendo estos ingenios y el diseño dominante (el reactor de agua ligera, o LWR de sus siglas en inglés) ha evolucionado a lo largo de las décadas hasta dar lugar a modelos como el EPR francés que, —de nuevo a priori— podrían utilizarse como base para expandir la energía nuclear por un orden de magnitud.

El EPR, al igual que otros modelos de la llamada generación III+, incorpora toda la tecnología actual a sus sistemas de seguridad, mucho más sofisticados que los disponibles hace dos, tres o cuatro décadas. Un EPR habría resistido, muy probablemente, el maremoto que provocó el tristemente célebre accidente de Fukushima, al igual que resistiría otras catástrofes similares. El nivel de seguridad estimado para estos ingenios es del orden de un accidente por reactor cada cien mil años. O en otras palabras, una flota de cinco mil EPR podría operar durante doscientos años sin que ocurriera un nuevo Fukushima.

A priori, claro está. Porque lo cierto es que el EPR sigue siendo un reactor de agua ligera con el mismo talón de Aquiles, a pesar de todos sus sistemas de seguridad, que el de las centrales de Fukushima. 

El diseño de base de un LWR es una vasija de acero que contiene agua a alta presión —unas 150 atmósferas en el caso del EPR— y a una temperatura en exceso de 300 grados centígrados. El agua en un LWR juega el papel de refrigerante —permite evacuar el intenso calor generado por las reacciones de fisión en el combustible— y de moderador —frena los neutrones energéticos producidos en las fisiones, a fin de que estos puedan inducir nuevas fisiones y continuar la reacción en cadena—. El combustible del LWR son pastillas de óxido de uranio encerradas en largas varillas de zirconio, un metal con buena conductividad térmica. El uranio que forma el combustible está enriquecido en el isótopo físil U-235, cuya abundancia en las pastillas es del 3 % en lugar del 0,7 % en el uranio natural. Conceptualmente, un reactor nuclear es un dispositivo muy simple —por el contrario, es una de las máquinas más complejas que el hombre ha construido en su realización práctica—. La reacción de fisión en el interior de las pastillas de uranio produce enormes cantidades de calor que se transfiere al agua a presión que circula por el reactor. Esta agua se transforma, a menudo a través de un circuito secundario, en vapor a alta presión que mueve una turbina.

Es muy improbable que un LWR sufra un accidente como el que destrozó el reactor de Chernóbil, esto es, una reacción en cadena descontrolada (excursión de criticidad o de potencia en el discreto argot del campo). Esto se debe a la presencia de poderosos bucles retroalimentados negativos en la operación del reactor. Un bucle retroalimentado negativo es un mecanismo que se opone al efecto que lo crea y tiende a mantener el sistema en equilibrio. Si calentamos café en una gélida noche de invierno y olvidamos la taza en el escritorio, no tardará en enfriarse hasta alcanzar la temperatura del cuarto. Si, por el contrario, nos preparamos un helado en una tórrida tarde de verano y olvidamos tomarlo a tiempo, acabaremos con un batido a la tibia temperatura ambiente. El café caliente no se calienta más cuando lo retiramos del fuego, ni el helado sigue enfriándose fuera de la nevera. En ambos casos, un bucle retroalimentado negativo tiende a devover la temperatura de los líquidos a la del ambiente que los rodea.

En un LWR existen varios bucles retroalimentados negativos, de los cuales mencionaré dos. El llamado efecto Doppler y el llamado coeficiente negativo de vacío. El primero se da debido a la mezcla entre U-235 (el isótopo físil del uranio) y U-238, que no se fisiona con neutrones lentos, pero es capaz de capturarlos, eliminándolos así de la reacción en cadena. Sin entrar a describir la física subyacente, podemos imaginarnos el efecto Doppler como un mecanismo que aumenta la probabilidad de que los neutrones rápidos emitidos en la fisión del U-235 sean capturados por el U-238 antes de que tenga tiempo de perder la suficiente energía como para inducir una nueva fisión. Este mecanismo se acelera a medida que la temperatura aumenta. En un reactor nuclear, el efecto Doppler está «afinado», por decirlo así, de tal manera que a la temperatura normal de operación permite que la cantidad justa de neutrones se «enfríe» (pierda su energía) lo suficiente para que se mantenga la reacción en cadena. ¿Pero qué ocurre si la reacción en cadena comienza a descontrolarse? Por un lado, aumenta el número de neutrones. Por otro, aumenta la temperatura, ya que la energía liberada es mayor con una reacción de fisión más intensa. Pero al aumentar la temperatura el efecto Doppler dispara la probabilidad de capturar neutrones del U-238. Como consecuencia, el exceso de neutrones en la reacción desaparece y la temperatura baja. Cuando ha bajado lo suficiente, la probabilidad de capturar neutrones del U-238 baja de nuevo y se vuelve a las condiciones iniciales de operación.

Un efecto similar ocurre con el llamado coeficiente de vacío. Aquí, el mediador del bucle retroalimentado negativo es el agua que ejerce de moderador (freno) de los neutrones rápidos. Si la reacción en cadena se descontrola, aumenta la temperatura y si la temperatura aumenta el agua se evapora. Pero, sin agua, los neutrones rápidos emitidos en la fisión no encuentran núcleos de moderador contra los cuales chocar y perder energía. En consecuencia, el número de fisiones disminuye y la reacción vuelve a su curso. 

El talón de Aquiles de los LWR no es por lo tanto el control de la reacción de fisión, sino la necesidad de refrigerar continuamente el núcleo del reactor. En los reactores de Fukushima la reacción de fisión se detuvo inmediatamente cuando golpeó el terremoto. Si este no hubiera venido acompañado de un tsunami, no habría ocurrido, posiblemente, nada digno de ser contado —el caso de otros reactores cercanos—. Pero la combinación de terremoto y maremoto inutilizó los sistemas autónomos necesarios para bombear continuamente agua fresca en el reactor. Incluso con la reacción de fisión detenida, el núcleo de estas máquinas es un infierno radioactivo que produce, en el instante de detenerse la reacción, casi tanto calor como él debido a esta, cortesía de la desintegración de los núcleos inestables producidos en la fisión. Este calor va disminuyendo a medida que los radioisótopos desaparecen, pero lo hace de manera muy lenta. Durante largo tiempo, tras la parada de la reacción, es imprescindible refrigerar continuamente el núcleo del reactor con un flujo continuo de agua fresca. Si ese flujo no está disponible, las varillas de metal se van calentando hasta que llega un momento en que se funden. Si eso ocurre, el interior del reactor se convierte en un cocido de metal fundido y elementos radioactivos capaz de indigestársele a cualquiera.

Esta situación —la fusión del núcleo— estuvo a punto de darse —o para ser exactos se dio parcialmente— en el reactor de Harrisburg, hace más de tres décadas y se ha producido finalmente, con toda su gravedad, en los reactores de Fukushima.  Nadie duda de la magnitud de la catástrofe, aunque diversos observadores la evalúan de diferente manera. Lo que es innegable es que, pese a que el número de víctimas directas ha sido prácticamente nulo —algo muy relevante teniendo en cuanta las más de veinte mil tragedias humanas que habrá costado el maremoto—, las consecuencias ecológicas, sociales y económicas serán muy serias. 

¿Puede la energía nuclear permitirse un accidente —un Fukushima— cada dos o tres décadas? Lo dudo.  ¿Es el EPR, o modelos similares de la generación III+ la fórmula que se necesita para una expansión sostenible (léase segura) de la energía nuclear, al nivel de miles de reactores? No estoy seguro. Al margen de otros argumentos que darían de sí para muchas páginas —coste, disponibilidad del combustible, complejidad tecnológica— el argumento clave, al menos en nuestra hipocondríaca sociedad, vuelve a ser el de la seguridad. Un EPR, al igual que cualquier LWR, no está exento del riesgo de sufrir una fusión del núcleo. Y si se quiere ser puntilloso, toda la tecnología de último grito que utilizan será obsoleta en las cinco o seis décadas de vida que se espera extraer de estas bestias. Parte del desastre en Fukushima está relacionado con la explotación de reactores cuyos estándares de seguridad ya no se correspondían (al ser muy antiguos) con las exigencias actuales. Pero dados los costes astronómicos y el impacto ambiental de una central nuclear es imposible pretender que estas no funcionen durante muchas décadas.

Curiosamente, el LWR no prosperó hasta alcanzar su papel preponderante como solución industrial casi única de la energía nuclear por ser el mejor reactor disponible hace cincuenta años, sino por una combinación de circunstancias entre las cuales habría que citar los intereses del complejo industrial-militar estadounidense. El LWR es, en esencia, el motor de un submarino nuclear, varado en tierra y rodeado por una cúpula de hormigón. Claro que un submarino nuclear dispone de todo el océano para refrigerarse en caso de problemas, mientras que cuando se construye un monstruo de 1600 MW de potencia como el EPR es necesario, valga la licencia poética, traerse el océano al reactor. 

(Continua aquí)

4 comentarios

  1. Por experiencias pasadas y tecnologías actuales no hay dudas de que los reactores nucleares continuarán a ser más seguros, pero el terror innato a estas fuerzas de la naturaleza continuará a gravar sobre la población. Usted parte en su artículo con la premisa de que las otras tecnologías, eólicas y solares, por los largos tiempos necesarios para sus desarrollos óptimos, son insuficientes para afrontar el problema urgente y actual del presente, pero ¿sería tan difícil, con una coordinación financiaría y tecnológica mundial, implantar en cada hogar un panel foto voltaico? Creo que con 6kw por cada unidad habitacional habría un exceso de energía suficiente como para alimentar la industria y el transporte público y privado. Espero que en el próximo artículo afronte el problema de las escorias nucleares, que bien podrían ser arrojadas hacia el Sol en vez de que se estén ya preparando viajes de placer mediante cohetes. Excelente divulgación. Gracias.

    • El mayor problema radica en que una solución que funcione el +99% del tiempo no es suficiente en este sector (mas de un día sin electricidad). Por el otro lado el coste de la red eléctrica es el mismo si un cliente requiere energía durante una hora o durante todo el año.

  2. Uno de los mayores errores que se comete al intentar evaluar como resolver el reto energético del futuro es intentar centrarse en una única tecnología. Actualmente no existe ninguna tecnología que permita abastecer toda la demanda requerida del ser humano. Las centrales nucleares son conocidas como centrales «de base», capaces de generar energía barata, pero sin ningún tipo de flexibilidad para generar la energía requerida en cada momento. Esta necesidad, proporcionada por las centrales «de pico», es hoy abastecida por centrales de ciclo combinado (gas natural) o grandes centrales hidroeléctricas de bombeo. Aquí radica el mayor reto, que ni centrales nucleares o energías renovables pueden resolver.
    La solución evidente pasa por el almacenamiento de energía mediante baterías, pero esta solución sigue siendo de momento demasiado cara, con baja eficiencia y no se puede olvidar que el ciclo de vida de las baterías no puede compararse con el de ninguna otra central.
    Otra solución mucho menos comentada pero con gran potencial es la flexibilidad o control del consumo más conocido como Demand Side Management. El actual manejo de datos permite en tiempo real controlar cargas «menos» críticas, en orden de consumir únicamente la energía que es generada en tiempo real, reduciendo la necesidad de las centrales de pico. Este concepto permitiría un almacenamiento «virtual» de energía sin necesidad de baterías.

  3. Si mal no he entendido no queda otra que hacer de tripa corazón y convivir con esos monstruos. Y educar a ser consumidores prevenidos. Somos demasiados y el planeta no es elástico. Gracias por la aclaración.

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