La mejor opción nuclear

Imagine una industria nuclear que pueda alimentar a Estados Unidos durante décadas utilizando su propia basura radiactiva, quemando las partes de los desechos de los reactores de hoy que son las más difíciles de eliminar. Agregue tecnología que toma paja nuclear, uranio extraído y procesado, pero que en su mayoría no se podía utilizar, y lo convierte en más combustible. Luego, agregue un modelo comercial global que haga mucho menos probable que los subproductos de los reactores, como el plutonio, lleguen a las armas nucleares en países como Irán, incluso cuando la tecnología económica de energía nuclear esté disponible para todo el mundo.

El Departamento de Energía de los EE. UU. Está promoviendo tecnologías de reciclaje de desechos que requieren nuevos diseños de reactores. Pero los diseños convencionales actualizados como el económico reactor de agua en ebullición simplificado de GE (que se muestra aquí) están listos hoy. (Crédito: Bryan Christie)

Ese es el atractivo triple play que la administración Bush espera convertir con la Asociación Global de Energía Nuclear (GNEP) que dio a conocer a principios de este año, un programa propuesto de investigación y desarrollo a largo plazo casi tan audaz como el Proyecto Manhattan. Los conceptos básicos de reprocesamiento de combustible en su núcleo han estado dando vueltas durante la mayor parte de medio siglo. Ahora se están promocionando de nuevo como una forma de proporcionar abundante combustible libre de carbono para un mundo hambriento de energía amenazado por el cambio climático inducido por el hombre.

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2006

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Según el plan, para el cual la administración ha solicitado 250 millones de dólares para el año fiscal que comienza el 1 de octubre, Estados Unidos y ciertos países socios procesarían el combustible nuclear gastado utilizando nuevas técnicas que convertirían parte del mismo en más combustible y minimizarían la cantidad necesaria para su eliminación. . Estados Unidos y sus socios también arrendarían combustible de reactores a otros países, que luego devolverían el combustible gastado para su reprocesamiento.

La tecnología podría explotar el uranio de manera mucho más eficiente: Phillip J. Finck, director asociado del Laboratorio Nacional Argonne cerca de Chicago, dice que podría extraer hasta 100 veces más energía del uranio de lo que es posible ahora. Con los desechos ahora acumulados en los reactores de los Estados Unidos, según la teoría, GNEP podría producir toda la electricidad que el país necesitará durante décadas, tal vez incluso siglos, asumiendo que se puedan construir suficientes reactores nuevos necesarios. Eso eliminaría aproximadamente un tercio de todas las emisiones de dióxido de carbono de EE. UU. (Aproximadamente la parte que hoy proviene de las plantas de energía de combustibles fósiles). Todo esto mientras se reduce el desperdicio y se frustra el desvío de combustible hacia armas nucleares.

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Sin embargo, en la práctica, en el mejor de los casos, el GNEP tardaría décadas en desarrollarse y, en el peor, podría no producir nada; podría resultar inútil por motivos técnicos, o la tecnología podría ser económicamente no competitiva con otras fuentes de electricidad libres de carbono. Y el programa podría socavar un objetivo más modesto y alcanzable: resucitar una industria nuclear que no ha lanzado un proyecto de reactor exitoso desde 1974.

Hoy, un público que alguna vez desconfió de la energía nuclear se ha abierto a ella como una posible respuesta al calentamiento global. Nuevos diseños de reactores similares a los que se utilizan en la flota comercial actual, pero que se dice que son más seguros y eficientes, ya están aprobados o están siendo revisados ​​por la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. Las empresas de servicios públicos se encuentran en varias etapas de planificación al menos 16 de estos reactores (ver Revueltas de renovación gráfico ) y puede presentar solicitudes a la NRC a fines del próximo año.

Estos reactores son la alternativa más prometedora a corto plazo a las plantas de carbón convencionales adicionales que producen cantidades prodigiosas de dióxido de carbono. Pero no está claro cuándo o si se construirán. Si va a suceder, la industria debe persuadir a los inversores para que den un gran paso. Eso significa convencerlos de que las plantas competirán financieramente con otras fuentes inherentemente bajas en emisiones de carbono, como turbinas eólicas, o con plantas de carbón que secuestran su dióxido de carbono, una tecnología que puede lograrse pero aún no se ha demostrado. (ver El secreto sucio) . Según el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI), una organización de investigación de servicios públicos sin fines de lucro con sede en Palo Alto, CA, cuyos miembros incluyen propietarios de plantas nucleares y de carbón, los diseños de reactores a corto plazo pueden ser apenas más baratos que la tecnología de secuestro. Y si Estados Unidos no impone restricciones a las emisiones de carbono, la energía nuclear tendrá que seguir compitiendo con las plantas de carbón convencionales.

Mientras tanto, la industria todavía está esperando una solución a su principal problema a corto plazo: qué hacer con los desechos que se acumulan en las plantas nucleares existentes. Skip Bowman, presidente y director ejecutivo del Instituto de Energía Nuclear, el grupo comercial de la industria, dice que sin una solución rápida de residuos, el renacimiento tentativo de hoy se detendrá de golpe. Una empresa no puede obtener una licencia para una nueva planta sin un plan para los desechos, y en este punto, esperar a que el Departamento de Energía abra su depósito de desechos Yucca Mountain en Nevada, retrasado durante mucho tiempo, no constituye un plan. En este contexto, dice Bowman, GNEP presenta un factor de distracción.

Algunos académicos están de acuerdo y dicen que el Departamento de Energía necesita forjar una estrategia nuclear clara y mantenerla. Andrew Kadak, ingeniero nuclear del MIT (ver Visión nuclear borrosa del DOE) , dice que el departamento ha seguido políticas de zigzag. Él considera a GNEP como la quinta iniciativa nuclear en los últimos cinco años, citando la Iniciativa del Hidrógeno Nuclear; Nuclear Power 2010 (un esfuerzo por iniciar la construcción de un nuevo reactor convencional para ese año); Generación IV (un nuevo conjunto de tecnologías de reactores, como plantas refrigeradas por gas o por plomo); y la Iniciativa del ciclo del combustible avanzado, a las que se asemejan partes de GNEP.

Si el Departamento de Energía quiere reducir las emisiones de dióxido de carbono promoviendo la prometida reactivación de la energía nuclear, tendrá que apresurarse antes de que las compañías eléctricas llenen el mercado con plantas de carbón convencionales que podrían durar 50 años. GNEP solo puede debilitar el enfoque del departamento, agregando costos y complejidad con tecnologías nuevas y no probadas.

Reactores rápidos, progreso lento

GNEP es una visión a muy largo plazo; la mayor parte de los $ 250 millones iniciales se gastarían solo para estudiar cómo podrían funcionar las nuevas tecnologías y cuánto costarían. Pero el pensamiento de sus defensores es que necesitar una visión a muy largo plazo. El Departamento de Energía predice que a mediados de siglo estarán funcionando 1.000 plantas de energía nuclear en todo el mundo, frente a las 441 actuales. Y el suministro de uranio existente, argumentan los defensores de GNEP, no alimentará a tantos reactores.

De hecho, se desconoce el tamaño del suministro de uranio, porque el uranio pasó por un largo período de precios deprimidos y no mucha gente lo ha estado buscando últimamente. Según fuentes de la industria, se sabe que existen alrededor de 3 millones de toneladas, pero es posible que haya otros 12 millones de toneladas más o menos. (Un estudio del MIT en 2003 predijo que todavía había suficiente uranio disponible para construir 1000 reactores y hacerlos funcionar durante 40 años). Sin embargo, en la medida en que necesitemos ampliar este recurso, GNEP ofrece una forma, al menos en papel, de recuperar grandes cantidades de energía adicional de él.

Los reactores existentes generan energía a través de una reacción en cadena que comienza cuando un neutrón libre golpea un átomo de U-235, un isótopo de uranio, y divide su núcleo. El átomo dividido arroja dos o tres neutrones; generalmente, uno divide otro átomo de U-235, y otros son absorbidos por átomos de otro isótopo de uranio, U-238, para formar plutonio-239 y otros elementos transuránicos (los que están más allá del uranio en la tabla periódica). Estos transuránicos, junto con los productos de fisión como los isótopos de cesio, se encuentran entre los componentes de los desechos nucleares.

El problema es que el U-235 es un isótopo relativamente raro; El uranio natural consta de aproximadamente una parte de U-235 a 142 partes de U-238, que no se divide tan fácilmente. El uranio utilizado para los reactores se enriquece de modo que el U-235 se encuentra en una concentración de una parte en 20. El GNEP utilizaría el uranio de manera más eficiente quemando los transuránicos del combustible gastado, después de que se separan de los otros subproductos mediante el reprocesamiento. También podría explotar algunos de los U-238. La clave sería desarrollar una nueva generación de reactores, denominados reactores rápidos.

Los reactores que se enfrían con agua, como casi todos los reactores en la actualidad, ralentizan considerablemente los neutrones después de que son liberados por la reacción en cadena. Pero los reactores propuestos por GNEP no lo harían; usarían un material diferente, probablemente metal fundido, para eliminar el calor. (Desafortunadamente, el metal preferido para este propósito, el sodio, se quema al contacto con el agua o el aire). Como una bola de billar disparada por un taco más poderoso, los neutrones darían un golpe más fuerte, lo suficiente como para dividir parte del U-238 como así como los isótopos transuránicos.

Los transuránicos se encuentran entre los materiales de vida más larga en el flujo de desechos y, por lo tanto, algunos de los más difíciles de eliminar. Eso es lo que hace que GNEP parezca tan atractivo no solo como una solución para el cambio climático, sino también como una solución para los desechos. Finck dice que teóricamente reduciría el calor y la toxicidad de lo que hoy se considera desperdicio lo suficiente como para hacer que Yucca Mountain dure este siglo, en lugar de estar completamente lleno antes de que se entierre el primer paquete de combustible.

Los pioneros de la energía nuclear en la industria y el gobierno siempre asumieron que el combustible se reprocesaría para recuperar el plutonio para su reutilización. Ese reprocesamiento es la forma en que el Proyecto Manhattan reunió plutonio para la bomba que destruyó Nagasaki. (La bomba de Hiroshima usó uranio enriquecido). W. R. Grace abrió un centro de reprocesamiento en West Valley, NY, en 1965 y luego lo vendió a Getty Oil. La planta funcionó hasta 1972 y su limpieza costó más de $ 1.6 mil millones. General Electric también intentó construir una planta en Morris, IL, pero se consideró inoperante en 1974. Luego, el presidente Carter prohibió la tecnología por motivos de proliferación.

GNEP traerá estas ideas de la tumba de una forma mucho más ambiciosa que suscita tales preocupaciones una vez más. Una preocupación es la forma en que se extraería el material utilizable de la bomba del combustible usado. Los partidarios dicen que la GNEP reduciría el riesgo de proliferación porque, a diferencia de las antiguas técnicas de reprocesamiento, que todavía se utilizan en algunos países, las nuevas no producirían plutonio puro. Pero hoy, ocho kilogramos de plutonio, la cantidad necesaria para fabricar una bomba, están incrustados en aproximadamente una tonelada métrica de desechos altamente radiactivos; en el nuevo sistema se diluiría con solo una pequeña cantidad de otros materiales. Los gobiernos o los terroristas encontrarían mucho más fácil robar el material separado y extraer el plutonio, dicen los críticos, que recuperar el plutonio del combustible nuclear gastado actual.

El secretario de Energía, Samuel Bodman, hablando sobre GNEP, prometió que respondería a los desafíos del terrorismo global. La idea es hacer que el ciclo del combustible sea a prueba de bebés: países como Irán podrían arrendar combustible enriquecido a niveles de reactor (5 por ciento de U-235) pero no a niveles de bombas, por lo general superiores al 90 por ciento de U-235. Enviarían su combustible gastado de regreso a países más seguros para su reprocesamiento y una segunda ronda dentro de los reactores avanzados. Estos reactores, que quemarían muchos de los elementos producidos en los reactores más simples, estarían ubicados en lugares estables como Indiana o Florida, o en países que ya tienen armas nucleares.

La asociación resultante haría que la política estadounidense sobre tecnología nuclear sea más similar a la de Rusia y Francia, que ya separan el plutonio. Los defensores citan esto como una ventaja adicional de un programa que, dice Finck, proporcionará a los Estados Unidos una fuente de energía libre de carbono, asequible y a largo plazo con un bajo impacto ambiental.

El GNEP Mirage

Pero GNEP puede ser un espejismo. Por un lado, los patrocinadores apenas tienen idea de lo que costaría; los 250 millones de dólares propuestos por la administración Bush son para un programa que espera resolverlo. Los patrocinadores de GNEP dicen que su tecnología ampliará el suministro de combustible nuclear lo suficiente como para reducir las emisiones de carbono prácticamente para siempre y nos permitirá evitar el espectro de elegir entre el calentamiento global y la energía de muy alto precio. Sin embargo, parecería que ahorrar dinero en combustible nuclear puede ser práctico solo si el precio no es un problema.

Richard L. Garwin, miembro emérito de IBM y coautor de siete libros sobre armas nucleares y energía nuclear, estima que las plantas de reprocesamiento existentes, como la que opera en Francia, suministran plutonio a los reactores a un precio de aproximadamente 1.000 dólares por kilogramo de uranio ahorrado. Pero el precio de mercado del uranio, señala, es de alrededor de $ 100 por kilogramo, y podría estar en un pico temporal.

El combustible es solo una parte del costo de la energía nuclear, y Finck dice que reprocesar el combustible y reutilizarlo en reactores rápidos agregaría solo un 10 por ciento a los costos generales de energía. Pero no está claro de dónde vendría incluso ese modesto incremento. Frank N. von Hippel, físico y experto en políticas de la Escuela de Asuntos Públicos e Internacionales Woodrow Wilson de la Universidad de Princeton, señala que Estados Unidos se propuso construir un reactor rápido en la década de 1970, pero abandonó el esfuerzo en 1983 después de Francia, Alemania y el Reino Unido los construyó y luego los abandonó por ser demasiado costosos y difíciles. Y una vez que se construyeron los reactores rápidos, el sistema previsto por GNEP podría requerir hasta uno de los nuevos y costosos reactores por cada tres reactores ordinarios, según los patrocinadores, dependiendo de la eficacia de los nuevos reactores. Garwin dice de los reactores rápidos: No existe la idea de que estas cosas se abran paso económicamente.

Espero que tengamos más reactores; Ciertamente espero que el mundo tenga más, dice Garwin, refiriéndose a los tipos que operan comercialmente en la actualidad. Pero eso solo sucederá si parece económicamente rentable para la industria privada ingresar en esta área. Y en este momento, una gran cantidad de dinero inteligente, parte del cual se canaliza a través del Departamento de Energía, no solo se destina a esa energía nuclear convencional, sino también a otras fuentes de energía libres de carbono, como la eólica, la solar y el carbón con secuestro de dióxido de carbono.

EPRI analizó recientemente los precios de las fuentes de electricidad sin carbono y descubrió que si, como afirman los fabricantes, se pudieran construir nuevos reactores por $ 1,700 por kilovatio de capacidad (menos que el costo en la década de 1980, incluso antes de ajustar por inflación), producirían electricidad a unos 49 dólares por megavatio-hora. Aunque eso es aproximadamente dos tercios del precio de la biomasa y la mitad del precio del viento, otras tecnologías en la mesa de dibujo pueden hacer el trabajo por muy poco más. Por alrededor de $ 55 por megavatio-hora, descubrió el EPRI, el carbón podría gasificarse y quemarse, y el dióxido de carbono podría secuestrarse. Las centrales eléctricas que funcionan con carbón gasificado aún no se han comercializado, pero se podrían construir plantas convencionales de carbón pulverizado que secuestraran su dióxido de carbono y producirían energía a unos 65 dólares por megavatio-hora. Los inversores perciben esas tecnologías como de menor riesgo, y Estados Unidos tiene cientos de años de carbón.

En unos pocos años, o en unas pocas décadas, los impuestos al carbono podrían ser universales en el mundo industrial, una guerra en el Golfo Pérsico podría hacer que el precio del petróleo se duplicara o triplicara, y la demanda de electricidad podría aumentar, particularmente si a alguien se le ocurriera un mejor precio. batería que podría producirse en serie para coches eléctricos. Pero incluso si todas esas cosas empujaran al mundo hacia la energía sin carbono, todavía estaríamos buscando la energía sin carbono que cueste menos. Eso podría ser energía nuclear, según EPRI. Pero Steve Specker, presidente de EPRI, espera una carrera de caballos entre diferentes tecnologías de carbón sin carbono.

Jugando con la proliferación

Más allá del problema del costo, GNEP podría revertir una estrategia exitosa contra la proliferación, dicen varios científicos, incluido von Hippel de Princeton. Sostiene que el reprocesamiento del combustible nuclear gastado crea un riesgo demasiado grande, incluso si el plutonio se mezcla con pequeñas cantidades de otros materiales que no son buenos combustibles para bombas. Los oponentes dicen que el plutonio del combustible gastado no solo podría caer en las manos equivocadas, sino que el reprocesamiento en Estados Unidos podría alentar a otros países a reprocesar los desechos nucleares ellos mismos, haciendo que sus propios subproductos estén disponibles para armas.

Dado que Estados Unidos abandonó el reprocesamiento a mediados de la década de 1970 por esa misma razón, a von Hippel le parece ominoso que ahora, con GNEP, el país pueda adoptarlo una vez más. Estados Unidos ha tenido un éxito extraordinario durante 30 años en oponerse a la expansión del reprocesamiento a estados sin armas con el argumento 'No reprocesamos; tú tampoco lo necesitas ', dice. Eso es parte de la lógica del estudio del MIT de 2003, El futuro de la energía nuclear, que concluyó que el reprocesamiento que perseguían Francia, Rusia y Japón no brindaba suficientes garantías contra la proliferación. También concluyó que la perspectiva de una escasez de uranio no sería una razón para pasar al reprocesamiento en los Estados Unidos durante muchos años.

Es fácil ver por qué la comunidad de investigadores está encantada con GNEP. Representa una gran fuente de fondos. Es un truco de panes y peces para el mundo en proceso de industrialización, especialmente para los burócratas a quienes les gustaría redimir las predicciones, hechas por sus predecesores de la década de 1950, de un poder demasiado barato para medir. Pero GNEP no es relevante para un renacimiento de la energía nuclear. Las empresas de servicios públicos abandonaron más de 100 proyectos de reactores en las décadas de 1970 y 1980, y solo ahora, impulsadas por los altos precios de los combustibles fósiles y un cambio en la actitud del público, están pensando en volver a intentarlo. Un ciclo de combustible sofisticado destinado a sustentar una industria comercial floreciente es inútil si no existe una industria comercial. Lo que necesita la energía nuclear es ponerse en marcha pronto, reemplazando las fuentes emisoras de dióxido de carbono de una manera económica y aburrida. Sin eso, nada seguirá.

Matthew L.Wald, reportero de la oficina de Washington del New York Times , ha escrito sobre la industria nuclear durante 27 años.

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