Cómo la barrera de hielo de Fukushima bloqueará las aguas subterráneas radiactivas

Los funcionarios japoneses, desesperados por contener una crisis cada vez mayor en la central nuclear de Fukushima, buscan utilizar permafrost artificial para evitar que se filtre agua radiactiva. La idea es construir un muro de tierra congelada de una milla de largo alrededor de los edificios del reactor tóxico de Fukushima para detener la contaminación del agua subterránea; los especialistas más experimentados en el campo dicen que el plan debería funcionar.

Almacenamiento en frio: Un muro de congelación creado para un proyecto de construcción por la empresa SoilFreeze.

Las empresas japonesas involucradas parecen estar adoptando un enfoque autónomo. Hace dos semanas, un alto funcionario de Tokyo Electric Power (Tepco) señaló que la empresa detrás del desastre de Fukushima buscaría ayuda internacional con la crisis de contaminación del agua de Fukushima. Pero ni Tepco ni su contratista, la empresa japonesa de ingeniería y construcción Kajima Corp., ni Tepco ni su contratista, la empresa japonesa de ingeniería y construcción Kajima Corp., no han contactado a los expertos de las empresas estadounidenses y de los laboratorios nacionales que están detrás de los sistemas de paredes de congelación más grandes del mundo, y el único que ha demostrado contener la contaminación nuclear.

Una de estas expertas es Elizabeth Phillips, quien gestionó la instalación de una pared de congelación de 300 pies de largo y 30 pies de profundidad para aislar los desechos radiactivos en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. En Tennessee en 1996 y 1997. Mientras se congela Los muros se utilizan comúnmente para contener el agua subterránea y facilitar las excavaciones en sitios de construcción y minas, este caso requiere experiencia especializada, dice ella. Debe asegurarse de que quienquiera que lo haga esté analizando todo lo que pueda salir mal, dice Phillips. Deberías ir con alguien que lo haya hecho antes.

Cada día, aproximadamente 400 toneladas de agua subterránea que fluye desde las montañas cercanas ingresan a las grietas en los edificios del reactor dañados por los colapsos y explosiones en Fukushima en 2011, según un documento informativo de Tepco de abril de 2013 . El agua que se escapa de los edificios contamina el agua subterránea aguas abajo y finalmente se derrama en el mar. Los niveles de contaminantes son peligrosamente altos. El mes pasado, Tepco extrajo agua de un pozo de muestreo aguas abajo de los edificios que contenían niveles de radiación que eran órdenes de magnitud superiores a los niveles considerados seguros por el Autoridad de Regulación Nuclear de Japón .

Los esfuerzos de Tepco para prevenir esa propagación hasta ahora han sido ineficaces, arriesgados y, en última instancia, insostenibles. Su respuesta principal ha sido bombear agua subterránea contaminada a tanques de retención, que se suman a las más de 300.000 toneladas de agua radiactiva que ya se encuentran almacenadas en Fukushima en tanques ensamblados apresuradamente que son vulnerables a futuros terremotos. Algunos ya se han filtrado. La semana pasada, la Autoridad de Regulación Nuclear de Japón registró una fuga reciente de 300 toneladas como incidente de nivel 3, el primer incidente en Fukushima que ha calificado en la escala internacional de eventos nucleares desde 2011.

El muro de congelación sería un enfoque más definitivo para la gestión de las aguas subterráneas. Según lo propuesto por Kajima en abril y respaldado en mayo por un panel de expertos de la Autoridad de Regulación Nuclear, recorrería 1,4 kilómetros y rodearía los cuatro reactores destruidos del lugar. Las tuberías verticales deben perforarse o clavarse en el suelo a intervalos de un metro, creando lo que parece una serie de postes de cerca del subsuelo. Catorce plantas de refrigeración de 400 kilovatios bombearían refrigerante de -20 ° C a -40 ° C por cada tubería para absorber el calor del suelo, produciendo un cilindro expansivo de tierra congelada.

En aproximadamente seis semanas, esos cilindros se fusionarían para formar una barrera continua que mantiene el agua subterránea afuera y los contaminantes adentro. El resultado sería una barrera sólida desde la superficie que se extiende aproximadamente 95 pies hacia abajo para encontrarse con una capa de arcilla y roca de baja permeabilidad. Y aunque requeriría un enfriamiento a largo plazo para resistir, el muro es inmune a cortes de energía que duran días o semanas. Se necesitarían meses o años para derretir el muro, dice Daniel Mageau, vicepresidente e ingeniero de diseño del contratista SoilFreeze, con sede en Seattle.

Varias características hacen que los muros de congelación sean mejores barreras que las construidas con acero, concreto o arcilla, alternativas que el panel de la Autoridad de Regulación Nuclear consideró y rechazó. Una ventaja clave citada por Phillips es la capacidad de autocuración de la pared de congelación. Por ejemplo, el agua que fluye hacia las grietas causadas por un terremoto, una amenaza siempre presente en Fukushima, se congelaría para restablecer la barrera. Eso es realmente un gran activo, dice Phillips.

La experiencia de Oak Ridge sugiere que funcionará en Fukushima, según Phillips y los expertos de los contratistas que construyeron la pared del laboratorio: contratista geotécnico con sede en Rockaway, Nueva Jersey. Más trinchera y basado en Anchorage Fundaciones árticas . Sigue siendo el único proyecto de muro de congelación de contención nuclear hasta la fecha, y uno que se ha caracterizado erróneamente en informes de prensa como un experimento. No era un modelo. Estaba perforando suelos contaminados y evitando que materiales reales contaminados radiológicamente escapen y atraviesen un arroyo, dice el ingeniero jefe de Arctic Foundations, Edward Yarmak.

El muro de congelación de Oak Ridge se fusionó en enero de 1998 y contenía el mismo conjunto de elementos presentes en Fukushima durante seis años, la duración especificada para el muro de Fukushima por el panel de la Autoridad de Regulación Nuclear, hasta que los reguladores ordenaron al Departamento de Energía de EE. UU. Que remediara el sitio. Phillips confía en que habría funcionado más allá de sus 30 años de vida útil.

Joseph Sopko, director de congelación de suelos en Moretrench, dice que el plazo de un año propuesto por Kajima para la instalación y la congelación es razonable a la luz de una instalación que logró para una mina de oro en el norte de Ontario a fines de la década de 1990 que cortó tuberías por dos millas. Pared larga instalada en poco menos de un año. Mientras tanto, la escala para el muro de Fukushima parece francamente pequeña en comparación con un muro de cinco millas de largo propuesto para una operación de arenas petrolíferas en Alberta, para la cual Moretrench está realizando estudios piloto actualmente.

Sin embargo, un gran inconveniente es el consumo de energía. Si bien las paredes tardan meses o años en descongelarse una vez congeladas y, por lo tanto, son inmunes a los cortes de energía, requieren refrigeración a largo plazo para resistir. Normalmente, la potencia de refrigeración necesaria para el mantenimiento es aproximadamente la mitad de la necesaria para formar la pared.

Tepco y Kajima podrían ahorrar energía si emplearan una técnica utilizada en Oak Ridge. Su muro incorporó dispositivos pasivos conocidos como termosifones que Arctic Foundations ha instalado en Alaska para reforzar el derretimiento del permafrost debajo de los edificios y la infraestructura. Un gas refrigerante circula pasivamente en los tubos cada vez que el suelo está más caliente que el aire de arriba, absorbiendo calor en la parte inferior hirviéndolo, luego descargando ese calor en la parte superior condensándose y finalmente goteando hacia abajo por la pared del tubo para repetir el ciclo.

Gracias a la inclusión de termosifones, el sistema Oak Ridge consumía apenas 100.000 kilovatios-hora de energía al año, menos de 10 hogares que consumirían en un año. Es un sistema muy eficiente para mover el calor contra la gravedad. No hay partes móviles, dice Yarmak.

Aún así, aunque a Yarmak le encantaría exportar los termosifones de Arctic Foundations a Japón, dice que el consumo de energía no es un problema crítico para Fukushima. Incluso con el sistema de pared de congelación más convencional que ha propuesto Kajima, cuyo consumo de energía sería aproximadamente 250 veces mayor que en Oak Ridge, el uso de energía todavía parece pequeño en contexto. Para el alcance del problema que tiene Japón, no es mucha energía, dice.

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