Jonathan Tennenbaum*
Los reactores “Pebble-bed” de alta temperatura reciben su nombre del hecho de que el combustible nuclear se acondiciona en esferas del tamaño de pelotas de tenis (guijarros), en lugar de barras de combustible convencionales. Cada esfera consiste de millares de minúsculas partículas de combustible, cada cual encapsulada en varias capas de material de cerámica resistente a las temperaturas, envueltas a su vez en una esfera de grafito.
El encapsulamiento del combustible son esas “partículas de cerámica revestidas” evita que los productos de fisión radioactiva escapen, inclusive a temperaturas muy altas. Esto contribuye en gran medida la seguridad del sistema y, combinado con los otros recursos de seguridad, excluye la posibilidad de la liberación de material radioactivo a gran escala, en todos los accidentes posibles.
Otra gran ventaja para la seguridad es un coeficiente de temperatura negativo muy grande, es decir, la eficiencia de la reacción en cadena disminuye rápidamente a medida que la temperatura aumenta. El resultado es que las reacciones de fisión se interrumpen, solamente por la física, cuando la temperatura del reactor excede un cierto grado.
Esto fue demostrado de forma impresionante en pruebas con el reactor experimental AVR de Julich, Alemania y, luego, en el reactor experimental chino HTR-10. Los haces de control se retiraron y los mecanismos de refrigeración activos se desconectaron. No paso nada. La temperatura se elevó hasta la altura máxima proyectada, las esferas de combustible permanecieron intactas y no hubo liberación significativa de radioactividad.
La tercera gran ventaja del reactor “Pebble-bed” es que se le puede abastecer de forma continua. Los reactores convencionales deben reabastecerse cada uno o dos años; la central tiene que apagarse, se debe abrir el vaso principal del reactor, hay que retirar las barras de combustible usadas y almacenarlas y sustituirlas con otras nuevas. A causa del alto grado de radiación, estas operaciones se realizan a control remoto. La operación de reabastecimiento dura normalmente entre 3 y 5 semanas, durante la cual la planta no produce electricidad. Esas interrupciones para el reabastecimiento, naturalmente, aumentan los costos de la generación de la energía nuclear.
En el reactor “Pebble-bed”, por otro lado, hay un proceso continuo de abastecimiento: las bolas de combustible se extraen de la pila por el fondo en forma de embudo del reactor, mientras que las bolas nuevas (o antiguas recicladas) se agregan a la pila por la parte superior. La generación de energía continua sin interrupción.
El reactor, finalmente está proyectado para operar a altas temperaturas con una eficiencia correspondientemente mayor en la generación de electricidad potencial para generar calor de procesamiento para uso industrial. Usa helio -un gas inerte- como refrigerante, para evitar reacciones químicas indeseables y para mejorar aun más la seguridad del sistema.
El concepto fue desarrollado por el profesor Rudolf Schulten, de Alemania, donde hay un pequeño reactor experimental, el AVR mencionado antes, que opera desde hace veinte años. Un reactor de potencia a gran escala, el THTR de 300 megawattios, proyectado para operar con combustible combinado de uranio-torio fue construido posteriormente. Por desgracia, el proyecto THTR sufrió una serie de problemas técnicos y feroces ataques políticos del movimiento contra la energía nuclear, por lo que funciono tan solo tres anos, para terminar apagado en 1989.
Más tarde, el proyecto encontró refugio en China, donde un prototipo de 10 MW opera desde 2003 en la Universidad de Qinghua. El año pasado se concluyo la construcción de una planta piloto de demostración de 210 MWE en la provincia de Shandong, conocida como HTR-PM, dotada de dos reactores modulares, y es la primer planta comercial de este tipo del mundo.
Reactores modulares pequeños (SMRS) para producirse en grandes cantidades
Otro impulso de innovación dado en el sector es la reducción del costo y aumentar la flexibilidad de la energía nuclear con la construcción de reactores modulares compactos y estandarizados que se pueden producir en serie y transportarse a las instalaciones de su correspondiente planta. Esta, en general, combinaría dos o más unidades para alcanzar la potencia de generación deseada y luego se le podrían agregar otras más. La “producción en serie” de reactores modulares en fabricas centralizadas sería mucho más económica que su construcción en las plantas y los proyectos estandarizados simplificarían su obtención de licencias. A esto se agrega que el capital inicial sería una fracción del necesario para una gran planta, lo que hace que esta forma de energía nuclear sea más accesible.
La experiencia con reactores nucleares pequeños se remonta a la construcción de reactores para submarinos y, posteriormente, para portaaviones. Desde los años cincuentas, cerca de 700 de dichos reactores se han usado en embarcaciones, muchos de ellos estandarizados en su diseño y en su construcción. Casi todos fueron construidos para embarcaciones militares, pero Rusia, desde el periodo soviético hasta el día de hoy, ha usado reactores compactos, con bastante éxito, en sus rompehielos que operan en el Ártico. También opera el único navío portador de contenedores movido por energía nuclear del mundo, el Sevmorput.
Con esa experiencia, la empresa estatal Rosatom creó una planta nuclear flotante que puede transportarse por mar hasta lugares costeros para abastecer de electricidad a comunidades y regiones locales. A finales de 2019 comenzó a operar la primera de ellas, instalada en Pevek Chukuta, en el Extremo Oriente del país. La planta, denominada Almirante Lomonosov, posee dos reactores del tipo KLT-40, utilizado en lo rompehielos nucleares, con potencia de generación eléctrica de 70 MW, lo que la convierte en la primera de una serie que Rosatom pretende comercializar en todo el mundo.
Los últimos años han sido testigos de una carrera cada vez más intensa para hacer competitivos en el mercado los SMR. La disputa es entre las empresas abastecedoras nucleares establecidas y una variedad de empresas más jóvenes, entre las que destacan Westinghouse, GE-Hitachi, NiScale, ADvanced Reactor Concepts, L.L.C. y Chinergy. Quien quiera ganar tendrá que construir su primer SMR en algún lugar y, en este sentido, China lleva una ventaja evidente, pues ya tiene prototipos de SMR (ver abajo), además de que su esfuerzo tiene el apoyo y el poderío del gobierno central, lo que facilita la realización de proyectos nucleares en general. Esto hace atractiva a China como lugar para proyectos de empresas occidentales -naturalmente, con la condición de compartir la tecnología.
Una estrategia puesta en práctica por la empresa estadounidense NuScale y por su competidora GE-Hitachi es la construcción de la versión menor y más simplificada de un tipo de reactor ya probado y comprobado, en este caso, un subtipo de los reactores de agua a presión (LWR). Entro otros aspectos, ambas empresas anuncian un alto grado de seguridad pasiva instalada y una enorme reducción de los costos de capital por MW de generación eléctrica. NuScale parece estar al frente, pues ya ha anunciado la construcción de una planta de referencia de 12 módulos en un sito en el Laboratorio Nacional de Idaho, y el primero de ellos comenzara a funcionar en 2026.
China National Nuclear Corporation anunció el año pasado un proyecto de demostración de un pequeño reactor modular multiusos, que utiliza tecnología LWR, el Linglong One, que deberá empezar a funcionar en 2025. Indonesia y Corea del Sur también están trabajando en reactores modulares pequeños de un modelo semejante.
Ponderaciones finales
Es necesario admitir que, aunque haya habido un progreso sustancial, no se ha encontrado ninguna solución 100 por ciento satisfactoria de los problemas de la fisión nuclear. Como el mundo no puede prescindir de la energía nuclear, debemos aceptar algunos riesgos y compromisos, hasta que no haya disponible algo mejor.
Hay pruebas de la existencia de reacciones nucleares de baja energía (LENR, por sus siglas en ingles) que señalan la posibilidad de la generación de energía por procesos nucleares y esencialmente libre de radioactividad. Se trata de un perspectiva bastante promisoria, de la cual hablaremos en una serie de tres artículos que seguirán. Ya se hicieron numerosos experimentos relativamente simples, con la generación neta de calor y una buena reproductividad, en especial en Japón. Sin embargo, existen muchas incógnitas, en particular sobre la forma de sí regular y controlar los procesos LENR para aplicaciones prácticas, además de que no existe una explicación física confirmada del fenómeno. Se puede imaginar, con optimismo, que en un plazo relativamente breve se podrá disponer de aplicaciones como fuentes de calor de baja a media temperaturas. La pruebas de la trasmutación, encontradas en muchos experimentos LENR indican también una forma potencial de eliminar residuos radioactivos, con investigaciones en este sentido ya realizadas en Japón.
La “Fusión en caliente” -reacciones de fusión nuclear a temperaturas de millones de grados- es un juego completamente diferente: aquí la física es perfectamente comprendida, pero las dificultades técnicas para la materialización de fuentes de energía de fusión en caliente viables económicamente son formidables. Por otra parte, la fusión en caliente tiene el potencial de alcanzar densidades de energía de órdenes de magnitud más altas que los reactores de fisión o que cualquier otra tecnología de energía conocida. El futuro puede ser brillante.
Para finalizar, creo que no se debe confiar mucho en las previsiones de los actuales modelos matemáticos sobre el clima mundial. Tenemos que considerar la posibilidad de que los cambios climáticos persistan a pesar de que (o después que) se reduzcan las emisiones causadas por las actividades humanas a cero. Esta es una razón más para evitar medidas de histeria -como inversiones excesivas en fuentes renovables-, que debilitarían a la economía real y reducirían la capacidad de lidiar con futuras condiciones ambientales, sean las que fueren.
*MSIa Informa desde Berlin
