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Over The Rainbow

Recientemente ha aparecido publicado un interesante artículo con ese título en “The Economist” en el que se hace referencia a la energía nuclear del torio. http://www.economist.com/node/21549096.

En el artículo, en el que se empieza relatando el grave problema de emisiones de CO2 al que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI, (sólo en los primeros 20 años del SXXI las civilizaciones humanas habremos emitido casi tanto dióxido de carbono como en todo el SXX.) se valoran las distintas opciones que existen para reducir esas emisiones a niveles sostenibles.  En opinión del redactor del análisis, ninguna tecnología actual puede resolver por sí misma el problema. Incluso en combinación,  las actuales renovables, nucleares e incluso las medidas de eficiencia energética, no pueden completar el objetivo. En cualquier caso, la inversión en construcción de plantas no emisoras de CO2 con las tecnologías actuales implicará, según el artículo, no menos de 1,5 billones de $ para remplazar 700GW de las más altamente contaminantes. Si se decide, además, hacer este esfuerzo al margen de la energía nuclear, como plantean países como Alemania, se tendría que multiplicar la planta de renovables y de centrales de ciclo combinado lo que, posiblemente, incrementaría los costes de la energía en un 60%, con la pérdida de competitividad que ello implica. Eso sin olvidar que las renovables necesitan que haga sol, viento o que los ríos tengan caudales suficientes.

Todo ello ha derivado en que incluso muchos ecologistas empiecen a ver la alternativa nuclear como un mal menor, eso sí, buscando nuevos paradigmas en tecnología nuclear, la  llamada cuarta generación.  Entre los prototipos que se barajan en el marco del GIF (Generation IV International Forum), “The Economist” destaca los reactores de sales fundidas de torio,  enumerando algunas de las ventajas ya tratadas en este foro. Pero, según ellos, los reactores MSR sólo conseguirán atraer a la inversión en función de su menor coste, porque si los reactores de 3ª generación son suficientemente seguros, la seguridad no será una baza a su favor. Nosotros, obviamente, no opinamos lo mismo, pues  además de la seguridad, hay que considerar  la capacidad para eliminar residuos, la baja generación de residuos radioactivos de vida larga, el mayor aprovechamiento del combustible, y otras muchas ventajas además del precio.

Ellos plantean que una posible solución es la construcción de pequeñas plantas PWR (reactor de agua a presión) de unos 300MW de producción, porque poner estas pequeñas plantas en marcha requiere menos inversión y pueden llegar al mercado más rápidamente. Sin embargo, no está claro, por la simple aplicación de economías de escala, que el precio final por  KW/hora ofrecido por un conjunto de estas pequeñas plantas pueda competir con el generado en grandes reactores.

Así pues, en su opinión, si bien los reactores de IV generación podrían ser una solución alternativa a la reducción de emisiones, es necesario abordar no sólo el I+D sino también la implementación. Y el sector de la energía no apostará por una tecnología nueva hasta que no vea que funciona.  En definitiva, las centrales eléctricas no son propicias para la innovación radical. Tampoco ve posible que empresas de capital riesgo hagan una apuesta tan fuerte, tan a medio plazo y tan arriesgada. A pesar de ello, recientemente  hemos visto que el mercado es capaz de generar innovadores dispuestos a luchar por ello.  http://newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/2012/04/03/nuclear-waste-has-new-best-friends/ (desde aquí les deseamos mucha suerte en su proyecto, sin dejar de sentir cierta envidia por la facilidad para emprender y arriesgar existente en  Norteamérica).

En resumen, el artículo, revela un punto de vista conservador y escéptico sobre el asunto de fondo, muy en sintonía con la línea editorial de su cabecera, que de cumplirse, nos llevará a no alcanzar los objetivos de reducción de emisiones o a lograrlo a un altísimo coste. Y si no reducimos las  emisiones corremos serios riesgos de alterar drástica y fatalmente las condiciones de vida en  nuestro planeta tarde o temprano. Pero no le falta razón en cuanto a que la iniciativa privada no va a liderar un cambio tecnológico de esta naturaleza, más aún si su entorno de decisión no genera las condiciones necesarias para hacer semejante apuesta.

Sin embargo, nosotros creemos que hay que adoptar soluciones a la altura de los problemas que hay encima de la mesa. Los reactores de sales fundidas pueden demostrar que son la solución. Hay que crear las condiciones para que se pueda generar innovación y los Estados deberían actuar cuando la innovación se ve dificultada por barreras tecnológicas objetivas; difícilmente alguien va a invertir en un LFTR si luego no puede apropiarse de alguna manera del retorno de esas inversiones o si el plazo de recuperación de esas inversiones es demasiado largo. El artículo deja bien claro que los reactores civiles actuales solo tuvieron éxito por el proof-of-concept de los militares de USA.  Por eso, deberían ser los gobiernos quienes proporcionen el capital y recursos necesarios para impulsar este nuevo cambio tecnológico, que pueda solucionar la crisis medioambiental que la demanda energética de nuestro desarrollo está provocando. ¿Se cumplirán algún día nuestros sueños como dice la canción que proporciona el título al artículo?

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¿Cómo funciona un reactor de sales líquidas de torio?

Para producir electricidad habitualmente necesitamos algo que produzca movimiento, que sea capaz de accionar un generador. Ese algo generalmente suele ser vapor de agua. El vapor de agua se emplea en casi todas las centrales térmicas, es decir, de carbón, de fuel-oil, de gas y también en las nucleares. Cuando ese vapor se comprime mucho tiene mucha energía, que se transfiere por medio de una turbina al generador eléctrico. Al perder esa energía el vapor deja de tener una alta densidad y ya no es capaz de producir movimiento, por lo que es enfriado y recuperado en forma de agua líquida. Lo que diferencia a las tecnologías entre sí, es lo que produce el calor. En el caso del carbón es su combustión, al pasar de carbono a CO2, una vez se combina con el oxígeno de la atmósfera. En el caso del gas natural es la rotura del enlace de metano CH4 al combinarse con el oxígeno de la atmósfera para formar CO2 y H2O. En el caso de las centrales nucleares de agua ligera es la rotura de los núcleos de los átomos de uranio 235 y también del plutonio 239 que se va formando a medida que se irradia el uranio 238 contenido en las barras de combustible.

Esquema del funcionamiento de un reactor de sales líquidas

¿Y en un LFTR? También ocurre algo parecido. El calor lo produciría la ruptura de los núcleos de los átomos de uranio 233 (o uranio 235, opcionalmente) dentro del reactor. Pero aquí acabarían las semejanzas. El combustible nuclear no estaría en forma sólida, es decir, en forma de barras de combustible en estado sólido, sino que se disolvería en una sal de fluoruro de litio y fluoruro de berilio. No vale cualquier sal, tiene que ser una sal que sea casi transparente al flujo de neutrones, es decir, que no absorba neutrones y que, además, sea capaz de disolver el tetrafluoruro de uranio así como el tetrafluoruro de torio. Ambos están presentes en el reactor en forma de disolución. Su concentración dentro de las sales es muy pequeña, pero suficiente para que en el reactor se genere una masa critica que permita mantener una reacción en cadena. Las sales, con el material fisible en disolución, entrarían en el reactor en estado líquido a 650ºC, se calentarían dentro del reactor hasta los 700-750ºC como consecuencia de la fisión que tiene lugar dentro del mismo, y saldrían hacia el primer intercambiador de calor. El calor se transfiere a otro bucle de sales fundidas, esta vez sin presencia de material nuclear. Posteriormente, el calor se transfiere a un tercer bucle, esta vez de gas de helio, en lugar de agua. El helio super calentado y a alta presión es capaz de mover varias turbinas de gas que accionan, por un medio de un eje, el generador eléctrico que produce la electricidad.

¿Qué sucede en el primer bucle? Una vez se han enfriado relativamente, las sales de flúor con el material nuclear vuelven al reactor para volver a calentarse. Lo interesante es que sólo se produce la reacción nuclear en el reactor ya que sólo allí existen las condiciones para que se produzca ésta: la presencia de una masa critica suficiente y de un moderador que frene la velocidad de los neutrones para que hagan fácilmente “blanco” en los núcleos de uranio 233 y de torio. Fuera del reactor, en las diversas conducciones, bombas y depósitos del sistema primario no se produce ninguna reacción nuclear, si bien los elementos de fisión sí generan calor residual para alcanzar su estabilidad.

Para dar la máxima seguridad al reactor es necesario un sistema de seguridad que sea único y que funcione el 100% de las veces. Y este sistema está basado en la gravedad y está siempre funcionando. El ingenioso y sencillo sistema de seguridad que caracteriza a este reactor se llama freeze plug (tapón solidificado) y no es más que un tubo sobre el cual un ventilador sopla aire para mantener dicha sal en estado sólido. Si por, cualquier motivo, el reactor se sobrecalentara también fundiría ese tapón y las sales saldrían del reactor hacia unos depósitos especialmente diseñados para detener cualquier reacción nuclear y evacuar el calor de desintegración del material nuclear. Estos depósitos son capaces de evacuar el calor de forma pasiva, sin requerir ningún tipo de energía eléctrica. Por tanto, este reactor está totalmente diseñado para pararse automáticamente y sin ninguna intervención humana, cualquiera que sean las condiciones de energía en la planta, tanto, en situación de falta de suministro eléctrico como en situación de sobrecalentamiento no prevista.

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Bill Gates sobre la energía: Innovando hacia cero emisiones de CO2

Hace unos pocos años Bill Gates el conocido cofundador de Microsoft y una de las personas más ricas del planeta emprendió una serie de proyectos alturísticos. Uno de ellos tenía que ver con la energía nuclear. Para ello participó en la creación de una compañía llamada Terrapower que contrató a algunos de los científicos más reputados en el campo de la energía nuclear. Actualmente están desarrollando un proyecto denominado Travelling Wave Reactor a partir del cual desean construir un prototipo en China. No conozco mucho sobre el Travelling Wave Reactor pero se que tratan de conseguir la conversión del Uranio 238 en Plutonio 239 y su fisión en un reactor de neutrones rápidos y que tratan de conseguir la utilización de toda la energía contenida en el U238. En este sentido sus objetivos son iguales que el LFTR, pero por otros medios: la utilización de toda la energía contenida en el material fértil y la quema de la mayor cantidad posible de transuránidos, para lograr la máxima generación de electricidad con una mínima creación de residuos. Creo que es un esfuerzo muy loable que ojalá tenga mucho éxito.

 

 

Lo que quería expresar en el post es que sus objetivos y su visión de conjunto es compartida por muchas personas, de hecho por muchas de las que están esforzándose en lograr que algún día los LFTR alcancen su éxito comercial.

En esta conferencia celebrada por TED en el año 2010 Gates parte de un importante problema que tenemos en la tierra: la generación de CO2 y lo plantea con una sencilla ecuación:

CO2=Población x Servicios por persona x Energía por servicio x CO2 por unidad de energía.

Si conseguimos que alguno de estos elementos sea cero o lo más próximo a cero, aunque sólo sea en los países más desarrollados, incluyendo a China, estaremos en el camino de solucionar uno de los problemas que acechan a una gran parte de la humanidad.

Sabemos que la población es la que es: 7.000 millones de personas y creciendo; poco podemos hacer por ese lado.

Sabemos que a medida que aumenta el nivel de vida de las personas tendemos a demandar mayores servicios de todo tipo que suponen mayor utilización de la energía; producción de alimentos; abrigo, construcción de viviendas, TV, calefacción, comunicaciones. Poco podemos hacer por este otro lado.

El consumo de energía por servicio tiende a ser cada vez menor, ya que el cambio tecnológico permite que, por ejemplo, se reduzca el consumo en iluminación, o en automóviles, etc. En este factor si estamos teniendo más éxito, sin embargo, existe un límite a esta reducción y será muy muy difícil reducir el consumo por debajo de 1/3 del nivel actual.

Es en la producción de energía donde más podemos avanzar porque existen tecnologías que permiten producir energía con una mínima producción de CO2. Y analiza las siguientes:

  1. Secuestro e inyección de CO2 en capas profundas de corteza terrestre.
  2. Nuevas energías nucleares.
  3. Las energías denominadas renovables (viento, solar fotovoltaica y solar térmica).

El secuestro e inyección de CO2 en capas profundas de la corteza terrestre lo considera poco factible principalmente por el coste energético que supone la compresión e inyección y, sobre todo, por la incertidumbre que supone este almacenamiento a larguísimo plazo.

La nuclear tiene tres problemas: el coste, especialmente en los países donde hay una mayor regulación, la seguridad y los residuos a largo plazo.

Los  otros eólica y solar, agrupados en un sólo grupo tienen problemas de costes elevados, de la transmisión y del almacenamiento, provenientes de sus dos características: su baja densidad energética y su intermitencia.

Según Gates necesitamos algo revolucionario, algo realmente radical que nos permita un “milagro”, no algo imposible de alcanzar, sino un cambio a gran escala que tenga una increíble fiabilidad y para alcanzarlo tenemos que ser capaces de movilizar los recursos de I+D necesarios. En realidad ya lo hemos hecho anteriormente en otros ámbitos como en la informática, con internet, o para fines distintos como el Proyecto Manhattan.

Gates sostiene que hace falta buscar más financiación para este tipo de proyectos de I+D. Que cuando los países se reúnen en lugares como Copenhague, no deberían solamente discutir sobre CO2. Deberían discutir sobre este objetivo de innovación. Actualmente los niveles de gasto en este tipo de programas de investigación son ridículamente bajos para la necesidad que tenemos de ellos y los beneficios a nivel planetario que se obtendrían. Necesitamos difundir el mensaje. Necesitamos que este debate sea más racional, que sea un debate más comprensible por la opinión pública, incluyendo los pasos que deben adoptar los gobiernos si son responsables. Este es un deseo importante, pero es un deseo que creo podemos alcanzar.

Para ver la presentación completa, con mayor calidad presionad aquí:

Bill Gates sobre la energía: ¡Innovando hacia cero!

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Presentación de David Le Blanc sobre los fundamentos del diseño de los MSR

Tengo el honor de presentarles esta interesante conferencia sobre reactores de sales líquidas de flúor realizada por David Le Blanc en la Universidad de Tennessee, EE.UU. David Le Blanc es físico por la Univesidad de Ottawa, Canadá y ha dedicado su carrera a investigar sobre física nuclear. Comenzó su carrera centrado en la investigación sobre la fusión y poco a poco fue cambiando su orientación hacia la fisión, especialmente en el campo de los reactores de sales líquidas. Actualmente dirige su propia compañía: Ottawa Valley Research Associates, Ltd.

Esta conferencia se centra fundamentalmente en seis aspectos de los reactores de sales líquidas:

  1. La financiación del I+D necesario para desarrollarlos.
  2. Los fundamentos de los reactores de sales líquidas (MSR) de flúor.
  3. Las ventajas de los reactores MSR.
  4. Un análisis sobre el coste total del ciclo del combustible.
  5. Ventajas e inconvenientes de los diferentes diseños propuestos.
  6. Un análisis del camino más apropiado para proseguir el desarrollo de los MSR.

 

He de realizar cuatro consideraciones previas a nuestros lectores:

  1. Aunque el blog, en general, es asequible para un lector no especializado, para poder seguir el hilo de la conferencia se requiere un nivel de conocimientos un poco mayor; existen otros artículos en este blog más adecuados para los visitantes noveles.
  2. Está impartida completamente en inglés, pero he considerado que su interés supera los inconvenientes idiomáticos.
  3. La conferencia dura algo más de una hora.
  4. Se requiere tener instalado Silverlight de Microsoft (un complemento similar a Adobe Flash, pero realizado por Microsoft, y que probablemente tengan ya instalados en sus ordenadores). En este sentido, me hubiera gustado incrustar esta presentación dentro de nuestra página web, pero no lo he conseguido, así que el link nos lleva directamente a un servidor de la Universidad de Tennessee.

Confío en que sea de su interés.

Presentación de David Le Blanc sobre Molten Salt Reactors

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LFTR. Una tecnología llena de ventajas para un país como España.

Las ventajas para la utilización del Torio como sustituto del Uranio en reactores nucleares son, entre otras, las siguientes:

  • Las estimaciones de reservas de torio triplican las del uranio, y el torio se encuentra más repartido por todo el mundo y, en general, en países más estables políticamente. La distribución geográfica conocida del Torio es la siguiente, según la Agencia Internacional de Energía Atómica IAEA(las estimaciones son en toneladas):

 

    • Australia 489.000 19%

      Reservas de torio por países

      Distribución de las reservas conocidas de torio por países

    • USA 400.000 15%
    • Turquía 344.000 13%
    • India 319.000 12%
    • Venezuela 300.000 12%
    • Brasil 302.000 12%
    • Noruega 132.000 5%
    • Egipto 100.000 4%
    • Rusia 75.000 3%
    • Groenlandia 54.000 2%
    • Canadá 44.000 2%
    • South África 18.000 1%
    • Resto del mundo 33.000 1%
    • Total Mundial:  2.610.000

Hay que tener en cuenta, además, que la exploración de este mineral ha sido escasa hasta la fecha por lo que seguramente existirán cantidades aún mucho mayores no descubiertas.

  • Se estima que el 100% del torio es aprovechable para fines nucleares, mientras que solamente se aprovecha el 0,5% del uranio para el mismo fin en un reactor de agua ligera y un 0,7% en uno de agua pesada. Esto hace que la exploración y extracción del Torio sea, si se utiliza como fuente de energía, más rentable que la del uranio, para el que lo utiliza, aunque posiblemente menos para el que lo extrae. Afortunadamente, el Torio suele encontrarse junto a otros minerales comerciales, lo que hace que el coste de extracción pueda ser compartido con el de estos otros minerales. Por otra parte, el coste de inversión en la transformación del mineral de torio en torio metálico, necesario en un LFTR (liquid fluoride thorium reactor) se compensa con creces con el mayor rendimiento energético y los subproductos obtenidos durante el ciclo de fisión.
  • Al funcionar a baja presión, el torio en reactores MSR (molten salt reactor) ofrece más garantías de seguridad, no existiendo sustancias que puedan cambiar bruscamente de estado y tiendan naturalmente a escapar de la contención. Por otro lado, la baja volatilidad de los elementos de fisión en forma de fluoruros, en el caso de un LFTR, descarta prácticamente la posibilidad de explosiones por acumulación de gases y, en particular, de hidrógeno, como las que ocasionalmente, sí se han producido en los reactores actuales de uranio de agua ligera, por ejemplo recientemente, en Fukushima-Daiichi.
  • La construcción y el mantenimiento de centrales que funcionen a base de torio debería resultar menos costoso, ya que todo el proceso, en conjunto, es más seguro y se requieren menos elementos de seguridad activa redundantes para mantener el funcionamiento del reactor, si bien este punto aún debe analizarse convenientemente.
  • El combustible de torio y, en particular, en forma de sales de fluoruro de torio en estado líquido presenta, en general, mejores propiedades térmicas y físicas, así como un mejor rendimiento de la irradiación, que el combustible utilizado en  los reactores nucleares actuales.
  • Los residuos radioactivos provenientes de este elemento en un reactor LFTR tienen menos impacto en el medio ambiente, duran menos y son más fáciles de gestionar.
  • Las técnicas para la disposición a largo plazo de los desechos del ciclo de combustible del torio (los cuales producen una menor cantidad de transuránidos) pueden ser menos exigentes que las del ciclo del uranio-plutonio, tanto desde el punto de vista de la vida del repositorio, como de las necesidades de espacio. Es decir los costes de gestión de los residuos son menores.

Para un país como España lanzar de modo inmediato el desarrollo de este tipo de reactores, ofrecería las siguientes ventajas:

  1. Reduciría la dependencia exterior en la importación de hidrocarburos, lo que ayudaría a mejorar nuestra balanza de pagos, y reduciría el riesgo de nuevos procesos inflacionistas derivados de las subidas en el precio del petróleo.
  2. Reduciría los costes promedios de producción de la energía, y si esto se trasladase a los consumidores finales (particulares y empresas), redundaría en la mejora de la competitividad de nuestras industrias y servicios y en una mayor renta disponible para el ahorro, la inversión o el consumo.
  3. Crearía puestos de trabajo de alto valor añadido en el desarrollo de la tecnología, en la construcción, instalación y mantenimiento de las nuevas centrales, así como en  la fabricación de los bienes de equipo necesarios para equiparlas, generando nuevos polos de crecimiento económico, allí donde fuesen instaladas y, en definitiva, propiciando un nuevo desarrollo económico.
  4. Un desarrollo suficientemente temprano de esta tecnología permitiría la exportación de la misma a otros países ya sea a través de las venta directa de bienes de equipo, por el uso de licencias, o bien, de la venta de servicios de apoyo tecnológico en la construcción de las mismas.
  5. Daría la posibilidad de hacer un reaprovechamiento de inversiones ya realizadas, por ejemplo en las sucesivas moratorias nucleares, en centrales nucleares que han sido desmanteladas o en aquellas que podrían serlo en el futuro.
  6. Reduciría las emisiones netas de CO2 y de otros contaminantes más nocivos tales como el SO2, NOx, mercurio o arsénico originadas actualmente en la producción de energía por combustión del carbón y el petróleo lo que, a su vez, acabaría redundando en una reducción de los costes sanitarios derivados de la polución del aire que respiramos y de la contaminación en las aguas e indirectamente en los alimentos que consumimos y, a la larga, mejoraría la calidad de vida de las generaciones futuras.

Para llevar a cabo esta iniciativa, y poder beneficiarnos cuanto antes de estas ventajas, se requeriría de una fuerte inversión inicial que, en mi opinión, debería ser liderada, al menos inicialmente, por el sector público, para evitar la demora ya sufrida. Por ejemplo, en otro sector paradigmático como el de la automoción, la investigación y desarrollo así como la difusión del motor eléctrico se ha retrasado extraordinariamente, debido a la falta de un adecuado foco en el I+D en baterías eléctricas. En el caso del LFTR no estaríamos hablando de un apoyo permanente, como el que sí requieren los productores de otras energías más dispersas como la solar o, intermitentes como la eólica, sino de un apoyo para generar el I+D necesario para poner a punto la tecnología de base necesaria para que el sector privado tome el relevo en la difusión y uso de esta tecnología. En este sentido, el papel catalizador del sector público, al menos en esta cuestión, parece clave, desde el punto de vista estratégico, para superar las posibles barreras y la potencial injerencia de otros intereses que aparentemente rodean a la industria de la energía y que, hasta ahora, han venido entorpeciendo, con bastante éxito , el desarrollo de tecnologías alternativas a la quema de combustibles fósiles (esta tecnología nuclear, por ejemplo, se conoce desde los años 50 y no nos explicamos muy bien la falta de interés mostrado por el sector o los gobiernos hasta ahora, a la vista de las evidentes ventajas mencionadas).

Existe la oportunidad adicional de utilizar los fondos previstos para I+D en el proyecto del Almacén Temporal Centralizado (ATC) de Villar de Cañas, en Cuenca, España, donde está previsto invertir un total de 700 millones de euros, y orientar una parte de esa inversión hacia el I+D del LFTR. En breves palabras, sería sustituir una inversión en I+D, inicialmente pensada para desarrollar la tecnología para enterrar unos residuos a largo plazo, por otra tecnología que permite utilizar esos mismos residuos para producir electricidad y, además, conseguir que su vida pase de un mínimo de 20.000 años a unos pocos cientos de años.

Ya hay otros países como India que han emprendido parte de este camino y que esperan cubrir el 30% de sus necesidades energéticas basadas en Torio hacia el 2050 (aunque por lo que sabemos inicialmente esa tecnología no está orientada a combustibles líquidos, parte de ese conocimiento sería fácilmente utilizable en el I+D de los LFTR). Otros países, como el Reino Unido están evaluando seriamente la adopción de esta tecnología para la producción de electricidad y para la destrucción de sus stocks de plutonio. Esperemos que España se sume pronto  a la implantación de LFTRs y que no seamos en esto, también, los últimos en llegar, pues eso sólo reduciría el impacto beneficioso de las ventajas locales dada nuestra particular coyuntura.

A continuación presentamos un cuadro resumen con los principales efectos que cabría esperar produciría la implantación de esta tecnología energética en las principales variables macroeconómicas, incidiendo positivamente en al menos 5 de las 6 principales.

 

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España y la dependencia energética … una bonita historia de desesperación

Central Eléctrica de Ciclo Combinado en el Puerto de Barcelona La claudicación ante las multinacionales energéticas por parte de la política  para obtener concesiones de prospección es, ante todo, una situación provocada por la desesperación. Una desesperación natural y quizás inconsciente al intuirse preso en una trampa; la trampa energética en la que nos hemos metido de forma voluntaria. El cebo fue el bienestar de la calefacción central, la comodidad de un transporte individual, una ciudad siempre iluminada, electricidad para todo y una larga lista de tentaciones demasiado golosas. Ahora intuimos que estamos atrapados cuando la factura se hace incómoda y nos quejamos de los continuos aumentos del precio de la gasolina, la factura del gas, la electricidad o el transporte público. Y también cuando cualquier otro producto básico se encarece por “culpa” del aumento del coste de la energía. No es de extrañar que los políticos estén presionados por sus votantes, por un lado, y por el sector energético que tiene que rendir cuentas ante sus accionistas, por el otro. Con éste panorama de fondo es comprensible que sigamos buscando yacimientos y, si son en nuestras costas o tierras mejor, ya que dependeremos algo menos de suministradores externos.
Me imagino que a un gobierno no le gusta, igual que a tantos miles de canarios, tener plataformas petrolíferas Silueta de plataformas petrolíferas Golfo de México de noche en la puerta de su casa pero me temo que no le queda otra que comulgar con ruedas de molino. ¿Por qué? Sencillamente porque España se encuentra en un situación dificilísima en lo que a los recursos energéticos respecta. Y desgraciadamente todavía no es viable abastecernos completamente de energía renovable. La dependencia actual y por bastantes años venideros del crudo, carbón y gas es innegable y las iniciativas para salir de ésa ratonera escasas y acalladas principalmente por la necesidad de estrujar los recursos hasta su agotamiento.
 Tenemos que salir de la trampa o cambiar el sistema. Salir de la trampa de la dependencia energética parece ilusorio. Y cambiar el sistema de la dependencia no es fácil. Pero es posible si invertimos ahora para dejar de ser tan dependientes de los recursos fósiles finitos al quemarlos y, de paso, sacrificar nuestro planeta con incalculables e irremediables riesgos actuales y futuros. Sería la forma de no tener que estar sometido a las presiones de las multinacionales energéticas o, sencillamente, ante las eléctricas locales, que lo único que hacen es comprar combustibles fósiles para luego revenderlos en forma de electricidad cara, sin invertir apenas en I+D, lamentándose cansinamente del déficit energético y extendiendo facturas “muy bonitas” a los consumidores.
Conscientemente mezclo el término “nosotros” para referirme a la gente de España pero también a toda la gente de nuestro planeta tierra. En realidad el problema que tiene España lo tienen la mayoría de los países y, los que no lo sufren ahora como, por ejemplo Rusia , que tiene, aparentemente, ingentes cantidades de “reservas naturales” de recursos energéticos, los tendrán algún día no muy lejano.
Existen posibles alternativas y una de las que propongo y promuevo es la energía nuclear de 4ª generación basada en el torio. ¡Que horror! Van a gritar algunos. Pero quizás convendría informarse sobre la energía nuclear actual y alternativas que dejamos (EE.UU.) de desarrollar en los años 70 a causa de presiones políticas. Lo que tenemos actualmente es otra lamentable situación en el lado nuclear. Pero, y ahí está la cuestión, podríamos tener reactores cuyos núcleos no pudiesen fundirse o sufrir explosiones de hidrógeno, como ocurrió en Fukushima-Daiichi; no acumularían residuos durante 20.000 años; consumirían un recurso abundante con una eficiencia del 99,5%, en lugar de generar un ratio de residuos del 99,5%, como la actual; no pudiesen crear plutonio para armas nucleares; fuesen capaces de quemar los residuos actuales convenientemente tratados; y un sinfín de ventajas adicionales que suenan como la lista de los Reyes Magos de toda persona que ama a su planeta pero que, también, quiere vivir con las comodidades de nuestros tiempos.
Ahora se preguntarán algunos ¿Si es tan bonito, por qué no existe ya? Pues como con todas las cuestiones importantes, en momentos concretos de la historia ciertos grupos influyentes decidieron un camino y no otro. En el caso de la energía nuclear se decidió por el ciclo del uranio-plutonio, que tan necesario les pareció a los “estrategas” de aquellos tiempos de guerra fría. Y ahora, que las cabezas nucleares se estan desmantelando, en gran medida,  otros grupos parecen no estar muy interesados en desarrollar una industria nuclear alternativa a la actual que, al menos obtiene importantes ingresos vendiendo el combustible a las centrales ya instaladas, aunque sea a costa de generar residuos equivalentes al 99,5% del peso de ese mismo combustible.
¡Qué perversa situación! No me extraña que un gobierno, a falta de alternativas, tenga que tomar decisiones desafortunadas; pero, ¿no es lo que hacemos todos cuando estamos desesperados? Nos queda muy poco tiempo para reaccionar. Existe una alternativa viable basada en el torio. ¡Hagámoslo ahora!
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LFTR: una máquina para producir “oro”

Desde la antigüedad uno de los mayores deseos del hombre ha sido convertir el plomo en oro. Los alquimistas buscaban sin descanso la piedra filosofal, capaz de convertir el plomo en oro. No la hemos descubierto aún, pero esto es lo más cerca que vamos a estar. El torio natural es fértil. Eso significa que si lo introducimos dentro de un reactor nuclear (por ejemplo, en un LFTR) genera un isótopo que sí es fisible (uranio-233). Pero el torio, en sí mismo, no es fisible, es decir, aunque juntemos mucha cantidad de este elemento nunca se va a producir una reacción en cadena ni, por tanto, vamos a generar calor para producir electricidad. Necesitamos algo más. Ese algo puede ser uranio-233 o uranio-235 y también podría ser plutonio-239. Pero el uranio-233 no existe en la naturaleza y no tenemos acumulado prácticamente nada de él. El uranio-235 sería un buen candidato, puesto que se encuentra en la naturaleza, sin embargo, es caro porque es muy escaso (sólo un 0,7% del uranio natural es U-235) y, además, habría que separarlo del uranio 238, lo cual también es costoso. Podríamos utilizar el plutonio-239 que ya ha sido fabricado en los reactores comerciales, de hecho, sería ideal, porque realmente no sabemos qué hacer con él. Sin embargo, el plutonio no es plenamente compatible con las sales de flúor de litio y berilio, en el sentido de que su solubilidad es limitada (solo podemos añadir una cantidad moderada). Por tanto, si ahora mismo quisiéramos iniciar un reactor LFTR no habría más remedio que recurrir al uranio-235.

Pero este uranio-235 que es muy caro y valioso sólo lo necesitaríamos una vez, ya que una vez iniciada la operación un LFTR sería capaz de producir más uranio-233 que uranio-235 consumamos. Así considerado, el coste de ese uranio-235 entraría dentro de los costes de construcción del reactor. Con el transcurso del tiempo tendremos uranio-233 excedente para poner en explotación otro reactor LFTR, además del primero que pusimos en explotación. Cuando finalice la vida útil del reactor podemos recuperar el uranio-233 generado para alimentar otro reactor y seguir produciendo electricidad.

¿Cuánto torio necesitaremos? Se ha calculado que aproximadamente una tonelada por año, para mantener una central de 1.000 MW/h funcionando un año entero. Con 1 tonelada produciríamos 525 millones de euros en electricidad con un consumo de torio de 50.000 euros. ¿con una máquina así, para qué queremos el oro?

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Ventajas de utilizar combustible líquido

El combustible nuclear de la gran mayoría de los reactores actuales se encuentra en estado sólido y está compuesto de pastillas de oxido de uranio, insertadas en tubos de zirconio, que sirven de contenedor. Este uranio cuando el combustible está nuevo suele tener una composición típica de un 97% de uranio-238 que no es fisible, y un 3% de uranio-235 que es fisible. Una vez que se introduce en un reactor, este combustible nuevo se va gastando y, por tanto, se va reduciendo la cantidad de uranio-235, y se van generando elementos más ligeros como consecuencia de la ruptura de los núcleos de uranio-235. Estos isotopos más ligeros son muy radioactivos, pero tienen una vida media muy corta o relativamente corta. ¿Qué sucede con el resto, con el 97% del U238? A medida que se va radiando algunos de los átomos de U238 absorben un neutrón y se convierten en plutonio-239. El plutonio-239 es fisible y, por tanto, contribuye a mantener la reacción en cadena, su fisión también produce elementos más ligeros, radioactivos, pero de vida corta o media. Pero en aproximadamente un tercio de las ocasiones el plutonio-239 no se fisiona, lo que genera cierta cantidad de plutonio-240 (no fisible) que, a su vez, puede generar plutonio-241 y otros transuránidos. Estos elementos, a partir del Plutonio en la tabla periódica, suponen un problema para la gestión de los residuos. Si no fuera por el plutonio y los transuránidos, el resto de los elementos de la fisión tendrían un nivel de radioactividad muy bajo en un máximo de 300 años (el 83% de ellos en menos de 10 años).

Lo cierto es que si no fuera por algunos elementos de fisión las barras de combustible podrían seguir consumiéndose y generando energía. Pero entre esos productos de fisión que permanecen dentro de las barras de combustible hay algunos gaseosos (su volumen tiende a aumentar y podrían llegar a dañar las vainas de zirconio que contienen los elementos combustibles e impiden salgan al circuito de agua) y hay otros que tienden a absorber demasiados neutrones y dificultan la reacción en cadena. Por tanto, mucho antes de que las barras de combustible hayan agotado su potencial de generación de calor tienen que ser retiradas y almacenadas. Además rara vez las barras son procesadas para la separación de sus elementos después de su uso, por lo que su destino habitual es el almacenamiento conjunto. Por tanto, el rendimiento que obtenemos habitualmente del combustible es de alrededor de un 0,5% de su potencial.

 

¿Y en un LFTR? En un LFTR el combustible se encuentra en estado líquido y, por tanto, los componentes gaseosos tienden a salir de los líquidos que los contienen. Por tanto pueden salir en el mismo sistema de bombeo del reactor y ser guardados y almacenados durante un periodo corto de tiempo hasta que dejan de ser radioactivos. El resto de los elementos, que no son gaseosos, quedan en forma de fluoruros en las sales. Aquellos elementos que sean más absorbentes de neutrones pueden ser extraídos mediante métodos físico-quimicos. De esta forma es posible aprovechar casi el 100% de la energía contendida en el torio. Pero también, y muy importante, podemos extraer los elementos pesados que han absorbido neutrones e impedir que se genere plutonio-239 y otros transuránidos de larga vida antes de que lleguen a producirse. Por tanto, se reduce el volumen total de residuos que se generan y, además, su vida es muchísimo más corta que en el caso del combustible en estado sólido.

 

Cuadro extraído de Thorium and the Liquid-Fluoride Reactor: Reduce, Reuse, Recycle

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Un tesoro técnico y científico

Este es el repositorio de documentos procedentes de Oak Ridge National Laboratory (ORNL) que Kirk Sorensen ha escaneado y puesto a disposición del mundo para su consulta y análisis. Contiene la mayor parte del conocimiento acumulado sobre sales de flúor y sobre reactores de sales fundidas de flúor de varios proyectos: El Aircraft Reactor Experiment, el Molten Salt Reactor Experiment, así como estudios sobre proyectos futuros como el Molten Salt Breeder Reactor y otros. Estos documentos tienen un valor muy importante por varios motivos: en primer lugar son muy exhaustivos y rigurosos y en segundo lugar fueron elaborados por algunas de las personas más inteligentes del mundo en el momento en el que fueron redactados.

En los años de la década de 1970 los científicos que trabajaban en estos proyectos no pudieron convencer al poder político para seguir financiando la I+D y la construcción de un prototipo a escala comercial. En ausencia de fondos gubernamentales, la limitación geográfica de su ámbito de conocimiento restringió la posibilidad de que esta tecnología fuera ampliamente conocida y experimentada. En 1970 casi no existía internet pero hoy en día su presencia generalizada puede cambiar la situación de forma muy determinante.

Aprovecho estas líneas para dar mi más sincero tributo a aquellas personas que han participado en la generación y posterior difusión de este conocimiento. Gracias.

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La necesidad de desarrollar el LFTR. Por A.Weinberg.

Alvin M.Weinberg fue uno de los pioneros de la energía nuclear. Participó en el Proyecto Manhattan, patentó el reactor de agua ligera, y fue el director del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) desde 1950 a 1970. En la introducción del documento de ORNL-TM-1851 en 1967 proporcionó su análisis razonado sobre los motivos que sustentaban el desarrollo del “reactor regenerador de sales fundidas” (MSR).
¿En qué circunstancias Weinberg escribió este documento? Fue en el año 1967. La industria atómica parecía tener un futuro despejado, sólo amenazada por la futura escasez de U235 y su consiguiente carestía. Era necesario recurrir a los reactores regeneradores (que son capaces de generar más combustible nuclear del que consumen) para evitar esa amenaza. El ciclo uranio-plutonio con los reactores rápidos era una alternativa. La otra, defendida por el ORNL era el ciclo torio-uranio en reactores de neutrones moderados. Finalmente ninguna de las dos se hizo realidad, aunque por distintos motivos. La primera por la dificultad de lograr un proceso viable técnicamente y rentable en términos económicos y la segunda por la decisión política de centrar todos los esfuerzos económicos en desarrollar la primera. ¿Cómo sería hoy el mundo si se hubiera optado por el torio o, al menos, si se le hubiera dejado competir en términos de igualdad con el plutonio? La respuesta pertenece a la historia-ficción, pero podemos aventurar que probablemente sería mejor de lo que es en la actualidad. La duda que subyace es: ¿nos habremos equivocado al apostar por la tecnología equivocada?

¿PORQUÉ DESARROLLAR LOS REACTORES REGENERADORES DE SALES FUNDIDAS?

La energía atómica basada en los reactores agua de neutrones moderados, parece ser un éxito comercial asegurado. En estas circunstancias la Comisión de Energía Atómica (AEC) de EEUU se ha visto en la obligación de prevenir cualquier subida de los costes de la energía nuclear, una vez que nuestro país ha confiado plenamente en esta fuente de la energía. Es por esta razón que el desarrollo de un regenerador económico, anteriormente considerado una meta a alcanzar en el largo plazo, ha emergido como una tarea prioritaria del sector empresarial de la energía nuclear. Por otra parte, a medida que nuestro país confía cada vez en mayor medida en la energía atómica, el interés en desarrollar el regenerador crece –el desarrollo del regenerador sencillamente, no debe fallar. Por ello todos los posibles caminos para lograr un reactor-regenerador se deben examinar cuidadosamente.
Para que un regenerador tenga éxito debe satisfacer tres requisitos. Primero, el regenerador debe ser técnicamente factible. En segundo lugar, el coste de energía del regenerador debe ser bajo; y en tercer lugar, el regenerador debe utilizar el combustible tan eficientemente que permita establecer una flota completa de reactores regeneradores sin tener que depender de la extracción de minerales de alto-coste. El regenerador de sales fundidas parece satisfacer, en algunos aspectos mejor que cualquier otro sistema de reactor, estos requisitos. Por otra parte, dado que la tecnología de los regeneradores de sales fundidas apenas se solapa con la tecnología de reactores regeneradores rápidos en estado sólido, su desarrollo proporciona al mundo un camino alternativo en el largo plazo hacia una energía nuclear barata que no se vea afectada por ninguno de los obstáculos que pudieran ponerse en el camino del desarrollo del regenerador rápido.
El regenerador de sales fundidas, aunque pudiera parecer un desvío en el desarrollo de los reactores convencionales, en realidad supone la culminación de más de 17 años de investigación y desarrollo. Los incentivos para desarrollar un reactor basado en los combustibles fluidos han sido importantes desde los primeros días de existencia del Metallurgical Laboratory. En 1958 los proyectos más prometedores de combustibles líquidos eran el reactor de bismuto líquido, el reactor acuoso homogéneo, y el reactor de sales fundidas. En 1959 la AEC estableció un grupo de trabajo para evaluar los tres conceptos. La conclusión principal de su informe fue que el “reactor de sales fundidas tenía las más altas probabilidades de alcanzar su viabilidad técnica.”
Este veredicto del grupo de trabajo de 1959 parece confirmado por el funcionamiento del Molten Salt Reactor Experiment. A los que han seguido el proyecto de sales fundidas de cerca, este éxito apenas les habrá sorprendiendo. La viabilidad técnica esencial del sistema de sales fundidas se basa en ciertas características termodinámicas desde un principio anticipadas por R.C. Briant, que dirigió el proyecto del ANP en el ORNL. Briant anticipó que los fluoruros fundidos serían termodinámicamente estables en un entorno de materiales estructurales basados en el níquel; que su configuración iónica impediría que sufran ningún daño como consecuencia de la radiación; que proporcionarían una baja presión de vapor, a la vez que serían relativamente inertes al contacto con el aire, y que los reactores basados en ellos serían seguros. La experiencia en el ORNL con las sales fundidas durante estos años ha confirmado la intuición química de Briant. Aunque sigue habiendo algunas incertidumbres técnicas, particularmente las relacionadas con el moderador de grafito, la trayectoria hacia un regenerador de sales fundidas exitoso parece estar bien asentada.
Estimamos que un regenerador de 1.000MWe costaría 115 dólares por kilovatio (eléctrico) y que el coste del ciclo de combustible debería situarse en el rango 0,3-0,4 mills/KWh. El coste total de energía de un productor privado procedente de un reactor regenerador sales fundidas (MSBR) de 1.000-MWe debería situarse alrededor de los 2,6 mills/KWh. En contraste con el regenerador rápido, el costo extremadamente bajo del ciclo del combustible del MSBR apenas depende de la venta de la venta de subproductos del material fisible. En su lugar, depende de ciertos avances en el proceso químico de las sales fundidas de fluoruro que han quedado demostradas, bien en plantas piloto, bien en laboratorios: el proceso de volatilidad de compuestos del flúor para recuperar el uranio, la destilación en vacío para liberar la sal de los productos de la fisión, y para lograr un rendimiento más elevado, pero con algo menos de seguridad, la retirada del protactinio por medio de la extracción o absorción líquido-líquido.
El regenerador de sales fundidas, funcionando en el ciclo termal del Th-233U, se caracteriza por una relación de regeneración baja: la tasa máxima de regeneración con combustible de bajo coste se estima se sitúa alrededor de 1,07. Esta tasa de regeneración baja es compensada por el reducido volumen específico de material fisible del MSBR. Mientras que el volumen específico de material fisible del reactor rápido se sitúa entre 2,5 y 5 kg/MWe el volumen específico del regenerador de sales fundidas se sitúa entre 0,4 a 1,0 kg/MWe. El plazo estimado para duplicar el combustible en un MSBR se sitúa entre 8 y 50 años. Esto es comparable a las estimaciones del reactor regenerador rápido, situadas entre los 7 y los 30 años.
Desde el punto de vista de la conservación de recursos a largo plazo, un volumen específico de material fisible bajo, en sí mismo, le proporciona una ventaja al regenerador termal. Si la cantidad de energía atómica crece de forma lineal, el tiempo de duplicado del combustible y el volumen específico de material fisible condicionan de forma simétrica la determinación del volumen de materia prima que hace falta extraer de minas para la puesta en marcha inicial y para el consumo del conjunto del sector nuclear. Así, un volumen específico de material fisible bajo es un requisito esencial para que un regenerador tenga éxito, y las comparaciones detalladas en la sección siguiente demuestran que un buen regenerador termal con un volumen específico bajo podría, a pesar de tener una lenta tasa de regeneración, hacer un uso mejor de nuestros recursos nucleares que un buen regenerador rápido con alto volumen específico y una alta tasa de regeneración.
El enfoque del regenerador de sales fundidas puede satisfacer los tres criterios de la viabilidad técnica, de un coste muy bajo de generación de energía eléctrica, y de una buena utilización del combustible. Su desarrollo como un prometedor competidor al regenerador rápido es, así lo creemos, de interés para la nación.
Es nuestro propósito que en el resto de este informe se describa el estado actual de la tecnología, lo cual permita estimar los requisitos para su desarrollo, demostrar la viabilidad de esta tecnología y para construir un regenerador termal a escala industrial basado en sales de flúor en estado líquido.

A.M. Weinberg

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