Promesas y peligros de las nucleares de última generación
El calentamiento global que viene de la mano de nuestra manía de quemar carbón y petróleo está cambiando muchas opiniones. Los gobiernos y las industrias al menos fingen estar preocupadas por el tema; los países y la ONU se movilizan para actuar. Y en un sorprendente tirabuzón algunos ecologistas de primera hornada se destapan como partidarios de usar para combatirlo nada menos que electricidad de origen nuclear, que no emite CO2 y puede complementar a las energías renovables.
Pero, ¿después de Three Mile Island, Chernóbil y Fukushima es posible una defensa de la electricidad nuclear? Con independencia de la discusión sobre los efectos reales de estos accidentes y del verdadero riesgo que suponen las centrales actuales lo cierto es que (al menos en teoría) es posible crear reactores nucleares más seguros que los que tenemos hoy, muchos de las cuales son diseños de los primeros años de la era atómica.
Una central nuclear consiste en un núcleo que se calienta a través de una reacción atómica; el calor es retirado por medio de un refrigerante que lo transfiere a una turbina de vapor para crear electricidad y la reacción se controla para que el calor no resulte excesivo. La mayoría de las actuales tienen dos problemas graves de seguridad: por una parte necesitan sistemas eléctricos para mover las barras de control que usan para modular y apagar la potencia del reactor en caso necesario, y por otra es imprescindible que sus circuitos de refrigeración estén activados para evitar una acumulación de calor que pueda fundir el núcleo.
La pérdida de estos elementos a causa del tsunami provocó la fusión parcial de los tres núcleos en la central de Fukushima: sobre todo la anulación de los circuitos de refrigeración provocó que el calor generado derritiera el interior, a pesar de que dos de los reactores disponían de un circuito de emergencia.
Fukushima y Chernóbil
Los reactores de la planta de Fukushima Dai-Ichi eran de agua en ebullición (BWR), un diseño de los años 50 perteneciente a la Generación II de plantas atómicas. Los núcleos de ese tipo necesitan circulación de agua incluso cuando están parados; bastan dos horas de interrupción para que el núcleo corra peligro. Chernóbil, por su parte, era un reactor soviético civil derivado de un diseño militar pensado para fabricar plutonio en el que la seguridad no era una preocupación clave. La estadounidense Three Mile Island era un reactor de agua presurizada (PWR) de un diseño algo más avanzado pero una concatenación de fallos mecánicos y de gestión provocaron su fusión parcial. Dejando aparte el incendio del grafito en Chernóbil (que extendió la contaminación por media Europa) la fusión de núcleo es el peor accidente nuclear imaginable: el famoso (e implausible) 'Síndrome de China'.
Pero no es obligatorio que un reactor se funda si la refrigeración se pierde o hay un fallo eléctrico. Existen sistemas de seguridad nuclear pasiva para evitarlo: barras de control que apagan el reactor por gravedad, diseños que reducen la potencia de la reacción nuclear al aumentar la temperatura o sistemas de refrigeración que no necesitan electricidad. Los llamados Reactores Nucleares de Generación III incorporan estos elementos a diseños similares a los de Generación II, pero debido al parón nuclear tras Chernóbil tan solo se han construido un puñado de ellos: cuatro operativos en Japón y varios en construcción en Europa, Taiwan, China y EE UU.
El proyecto argentino CAREM puede considerarse como generación III+, ya que está diseñado para que en caso de apagado se mantenga seguro sin intervención externa durante 36 horas.
En 2014 se inició la construcción del primer prototipo llamado CAREM-25 en Lima, a 150 kilómetros de Buenos Aires, que una vez concluido tendrá 27 MW de potencia. Su futuro es incierto debido a la situación política y económica en Argentina y a la preocupación que genera en ciertos ámbitos por su potencial de proliferación nuclear. Existen otros proyectos de reactores de poca potencia y alta seguridad para aplicaciones especiales como la central nuclear flotante rusa Akademik Lomonosov, basada en un reactor usado en rompehielos; los planes chinos para hasta 20 centrales flotantes o el proyecto NuScale Power Module estadounidense y otros diseños conocidos como Small Modular Reactors (pequeño reactor modular). Se estima que para 2030 habrá entre 40 y 80 unidades de esta clase de reactores instalados en todo el mundo.
Pero los reactores de Generación IV son otra cosa: diseños radicalmente distintos que incorporan el mayor número posible de medidas de seguridad pasivas. Se trata de reactores de varios tipos con una característica común: en ellos la reacción nuclear tiende a apagarse si sube la temperatura.
Lecho de bolas: sin barras de control
El diseño de Lecho de Bolas es uno de los más desarrollados: hubo dos reactores experimentales en Alemania (ya cerrados) y hoy opera un prototipo en China, aunque un segundo que se iba a instalar en Sudáfrica finalmente se abandonó. En un reactor de lecho de bolas el núcleo es una pila de miles de bolas del tamaño de las de billar recubiertas de grafito pirolítico que en su interior llevan diminutas partículas del material fisible dentro de microcápsulas cerámicas.
Con este diseño si la temperatura aumenta la reacción pierde eficiencia debido a un fenómeno físico llamado ensanchamiento doppler. No hacen falta barras de control: si aumenta el calor el núcleo se para por sí mismo.
A cambio los críticos destacan inconvenientes como la dificultad de controlar la temperatura, la posibilidad de que las bolas de combustible ardan o la generación de polvo contaminado por el roce entre ellas. AVR, el primer reactor de lecho de bolas experimental, fue construido en Alemania y funcionó entre 1966 y 1988 cuando se cerró tras el accidente de Chernóbil. El proceso de desguace ha sido largo, lento y caro. Para perfeccionar el diseño de las bolas de combustible se construyó el reactor THTR-300 que funcionó de 1983 a 1989 aunque sólo estuvo a pleno rendimiento durante 423 días. La compañía propietaria tuvo que ser rescatada por el gobierno alemán ante la escalada de costes producto de problemas de operación; el desmantelamiento completo está previsto a partir de 2027.
Alemania vendió la tecnología a China, que en 1995 empezó a construir el reactor experimental de 10 MW HTR-10 en la Universidad Tsinghua. HTR-10 alcanzó su nivel operativo pleno en 2003 y está previsto construir dos módulos de 250 MW en la central nuclear de Shidao Bay en la provincia de Shandong para que funcionen en 2017. Por su parte Sudáfrica inició el proceso para instalar una planta de demostración en Koeberg, cerca de Ciudad del Cabo, pero en 2010 el gobierno suspendió indefinidamente la construcción y congeló sine die las actividades de la empresa encargada.
Fluidos exóticos: agua supercrítica, sales fundidas, plomo
Algunos reactores de Generación IV emplean fluidos menos habituales como refrigerante, como agua supercrítica. Este tipo emplea muy elevadas presiones y temperaturas lo que mejora la eficiencia y simplifica la estructura. Además se pueden regular para que generen más combustible del que gastan, transformándolos en un reactor reproductor o 'breeder'. Por eso más de 30 instituciones en 15 países diferentes tienen programas de investigación: tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos experimentaron desde los años 50, aunque todavía no hay plantas construidas.
Sales fundidas
Otro esquema es el reactor de sales fundidas en el que una sal en estado líquido actúa como refrigerante y el combustible nuclear está en prismas o disuelto en el propio refrigerante. La mayor eficiencia de las sales en la transferencia de calor hace que el interior del núcleo sea mucho más sencillo y pequeño; por eso los primeros experimentos fueron militares pensando en equipar submarinos o incluso aviones (el Experimento de Reactor para Aeronaves), aunque resultaron tener problemas y fueron abandonados. Rusia, EE UU y el Reino Unido tuvieron reactores experimentales de este tipo; alguno de ellos operó durante años eficientemente.
Los problemas, sin embargo, son graves. La fabricación de los núcleos es compleja; la sal fundida debe mantenerse muy caliente, por lo que no se pueden apagar con facilidad y el arranque es difícil. Algunas sales son corrosivas o reactivas como el sodio, lo cual dificulta la operación: esto quedó patente en el accidente de la central japonesa de Monju en 1995. Por fin desde el punto de vista de la proliferación nuclear este tipo de plantas son un riesgo, ya que pueden emplearse para crear armas nucleares.
Refrigerados con plomo
La última variante son los reactores reproductores refrigerados por plomo con circulación por convección natural. Es resistente a las fugas de refrigerante y el plomo actúa como blindaje frente a los rayos gamma y como sumidero térmico. Los problemas están relacionados con el enorme peso del metal, lo que implica reforzar las estructuras ante riesgos como los sísmicos. Como en los reactores de sales fundidas los de plomo han de mantenerse calientes, y si en alguna parte del circuito hay un punto frío se pueden bloquear tuberías como le ocurrió al submarino soviético K-64 en 1972.
A pesar de estos inconvenientes hay varios programas de investigación sobre diferentes diseños incluyendo el europeo MYRRHA, que pretende desarrollar una planta experimental para 2018. Alemania desarrolla su propio proyecto de reactor de uso dual, capaz de usar sales fundidas o plomo. Rusia tiene experiencia en esta clase y trabaja en proyectos de reactores comerciales basados en esta tecnología, igual que EE UU.
