La investigación en los reactores de fusión es el gran reto y la posible solución cara al futuro
Jordi Gispert (19-09-2023)
E = mc². La cantidad máxima energética que se puede obtener desde un cuerpo en reposo es igual a la masa de este objeto multiplicada por la velocidad de la luz (299. 792.458 metros por segundo) al cuadrado. Ya! Es la única ecuación que va a salir en este artículo. Aunque cabrían muchas más para entender profundamente los procesos que hay que definir para comprender el sistema nuclear. Fue formulada por Albert Einstein, el popular físico alemán que abogó siempre por el pacifismo y sin embargo dio la clave para armar la bomba atómica. Rompe con el paradigma newtoniano puesto que esta equivalencia considera que la masa es fuente de energía. Se cuantifica desde ella la potencia contenida en los distintos núcleos (conformados por protones y neutrones), una fuerza que es capaz de liberarse mediante reacciones de fisión o de fusión.
La fisión, precisamente, es el proceso que se emplea en las centrales nucleares. Un elemento pesado, mayormente uranio (que tiene 92 protones, y que solo es superado en el número atómico por el plutonio, con 94) sirve como combustible. Su núcleo es bombardeado por neutrones (pequeñas partículas sin carga eléctrica que conforman el centro de los átomos, y evitan el rechazo entre protones). Este choque, con la energía adecuada, provoca escisión (o fisión) de los átomos de uranio, que se parten, por contacto, en dos subunidades (dos elementos distintos como pueden ser el bario, 56 protones, y el criptón, con 36) y disipan a su curso tres neutrones y un montante de energía relevante. Se desata, de esta forma, una reacción en cadena, que debe ser controlada, normalmente con las placas de grafito que atrapan neutrones excedentes, para impedir un aumento exponencial. La energía resultante calentará el agua circundante, que una vez evaporada se encargará de mover turbinas y generar el producto deseado: la corriente eléctrica que es base y objetivo del negocio.
¿Energía limpia?
Hace una año, el 6 de julio de 2022, el Parlamento Europeo dio luz verde (con 328 votos a favor, 278 en contra y 33 abstenciones) a un cambio en las reglas de taxonomía. La energía nuclear y el gas natural, pasaban a ser consideradas como fuentes sostenibles para la transición energética. Lejos de un consenso de la ciencia, la maniobra tenía el fin de promover las inversiones. No había ninguna evidencia. Era un gesto oportunista, enmarcado en la “batalla” contra Rusia, para captar fondos suculentos con la excusa de un supuesto giro “verde”. El principal argumento es que las plantas nucleares no emiten CO2.
Y cierto es que en el proceso de fisión no lo hacen. Pero sí en los diversos procedimientos, como el de extracción de combustible, construcción de los reactores, transporte de material y cierre. En el estado español la última mina de uranio, la de Saelices del Chico, en Salamanca (que sacaba entre 200 y 300 toneladas anuales) concluyó su actividad en el 2000, después de 43 años de vida. Juntamente con la instalación de La Haba, ubicada en Badajoz (que en promedio y anualmente producía entorno a 30 toneladas), se llegó a abastecer un cuarto del total del combustible necesario. Ahora todo es importado, con el gasto consiguiente y la emisión de los gases de efecto invernadero derivados del transporte.
De igual forma, el uranio natural, que posee un peso atómico (neutrones más protones) de 238, debe ser enriquecido para adquirir propiedades más idóneas de fisión. Para ello se mezcla en una proporción mínima, de entre el 2 y el 4%, con su isótopo 235 (la variante del mismo elemento que contiene 3 neutrones menos: 143). El proceso de producción y de venta del uranio enriquecido, recae solo, actualmente, en 8 estados: Rusia, China, Estados Unidos, Japón, Brasil, Países Bajos, Reino Unido y Francia. Esto sin contar que las distintas reservas mineras, que alcanzaron ya su tope, siguen la tendencia decreciente.
Erigir una central tarda 7,3 años de mediana según la World Nuclear Association y entre 10 y 19 según el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Las condiciones varían entre un país y otro pero el coste en emisiones, si contamos construcción y también desmantelamiento, perdura entre 2 y 4 décadas. Se estima en total que para todo el ciclo (desde la extracción de uranio hasta la evacuación de los residuos) una planta nuclear emite entre 10 y 50 gramos de dióxido de carbono por cada kilovatio hora (KWh) de energía que produce.
Seguridad y accidentes
Desde que en 1954 se puso en funcionamiento la primera central nuclear en Oblast de Kaluga (Rusia), cerca de Moscú, nadie no ha resuelto el gran problema que supone el riesgo de accidente. Los agentes del negocio repiten constantemente que las plantas nucleares son seguras. Y a su tiempo se suceden periódicamente grandes fiascos que obligan a repensar e intentar innovar en los sistemas de seguridad.
Al margen de los más llamativos (Figura 3) Cataluña pudo ser el epicentro de una gran fatalidad. El 19 de octubre de 1989, un fallo de la turbina de la planta de Vandellós I (Baix Camp) condujo a un incendio en el reactor. Se interrumpió momentáneamente el sistema de refrigeración y el peligro de fusión del núcleo era latente. La excelente intervención de algunos técnicos y el cuerpo de bomberos consiguió frenar las llamas. Repusieron manualmente el mecanismo, y se evitaron consecuencias desastrosas.
Hay que contar asimismo, que las grietas del acero que compone los reactores, son comunes, aunque poco perceptibles. Se originan por la presión que soportan y se deben comprobar para prevenir los escapes. Entre 1995 y 1999 los doce generadores de vapor de la central de Ascó (en Tarragona) y de Almaraz (en Cáceres), debieron sustituirse por la corrosión. Los operarios aseguraron que este hecho no podría repetirse y sin embargo volvió a aparecer, poco después, en la planta extremeña. Y en el 2005 el problema sucedió en la tubería del circuito terciario de Vandellós II. El descuido y el menosprecio de la amenaza hicieron que se rompiera la tubería que tomaba agua del mar y que servía para enfriar el circuito secundario. El riesgo de aumento de temperatura, de fusión y fuga radiactiva fue inminente.
Los residuos nucleares
El principal componente radiactivo que emana de las centrales es el tritio, el isótopo inestable del hidrógeno que tiene 2 neutrones, y produce radiaciones beta (la emisión de un electrón en el proceso de desintegración nuclear). Son de baja intensidad y con tiempo de permanencia de unos 17 años, pero no hay que despreciarlas. (Figuras 4 y 5).
El resto de los productos que derivan del proceso, son isótopos de elementos muy inestables (uranio, plutonio, radio o polonio, como ejemplo de los 4 más intensos). Cada uno tiene un período de desintegración particular, que oscila entre pocos años y los más de 4 mil millones del uranio 238. Las radiaciones que sueltan pueden ser tanto emisiones beta (surgidas del proceso de desintegración ya mencionado), alfa (núcleos de helio desprendidos y altamente ionizantes) o bien gamma (ondas electromagnéticas de gran frecuencia y energía, con potencial para causar graves daños a los núcleos celulares).
Son los llamados residuos de alta actividad, que hay que cargar y “esconder” cuando se cierra una central, sea por accidente o por fin de su vida útil (calculada entre los 20 y los 40 años). Despojos que se unen a los restos de mediana o baja actividad, materiales irradiados como guantes, trajes o las aguas que han servido para enfriar los reactores. Son desechos con potencial radiactivo de diversa intensidad, y con un tiempo de permanencia que oscila entre centenas y miles de años. Se almacenan en piscinas, en los recintos de las centrales, y después en almacenes de carácter temporal o permanente (que suelen ser cavidades muy profundas bajo tierra). En España solo hay uno, el de El Cabril, ubicado en el pequeño municipio de Hornachuelos, Córdoba. Inició su andadura en 1992, y guarda ahora mismo 56.977 metros cúbicos de residuos nucleares de mediana y baja actividad (hasta el 80% ya de su capacidad). La Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA), entre público encargado desde 1984 de la gestión de desechos de las plantas, pretende ahora ampliar la instalación argumentando que precisa espacio para echar los restos del conjunto de centrales que prevén desmantelarse. El Consejo de Seguridad Nuclear ya ha advertido de un posible riesgo de filtración de material radiactivo a las aguas subterráneas.
Marco nuclear en España y a nivel mundial
La película Oppenheimer (sobre el físico que ideó la bomba atómica para Estados Unidos), los vertidos iniciados del agua de Fukushima y el surgimiento de un grupo de activistas pro nucleares que arremeten contra algunas organizaciones que denuncian los peligros de las plantas, han vuelto a poner de actualidad una temática que ha sido foco, desde siempre, de protesta ecologista. A pesar de este contexto, en España siguen funcionando 5 plantas, 7 reactores (Figura 6). Son las de Ascó I, Ascó II y Vandellós II (en Tarragona), ), Almaraz I y Almaraz II (en Cáceres), Cofrentes (en Valencia) y Trillo (en la provincia de Guadalajara). Iniciaron sus actividades en la década de los 80, y en gran parte han renovado los permisos para alargar su andadura y prolongar sus beneficios. Otras ya caminan al ocaso. El desmantelamiento de la José Cabrera, pionera del estado, situada en Almonacid de Zorita (Guadalajara), está prácticamente acabado. Vandellós I cumple en cinco años su período de latencia y Santa María de Garoña (Burgos), recibió el pasado julio la autorización por parte del gobierno para empezar los trabajos de derribo, que costarán 475 millones y prevén finalizarse en 2033.
A nivel mundial, estados como Alemania se han decantado de igual manera por poner fin a las plantas nucleares, mientras China, Francia o Rusia apuestan ciegamente a este modelo (Figura 7). El país galo ya produce un 70% de electricidad a partir de procesos de fisión.
¿Un futuro de FUSIÓN?
No hay que confundir la fisión nuclear, proceso explicado hasta el momento, con el concepto de la fusión, que entraña nuevas opciones de futuro. Resumiendo mucho, se trata de hacer que dos elementos ligeros (hidrógeno, helio o litio, por ejemplo) superen su fuerza de repulsión electromagnética y unan sus núcleos, conformando una sustancia superior y liberando a cada paso a un neutrón y a parte de su masa y energía. Es el proceso que siguen las estrellas, pero en Tierra hay que aplicar altas presiones y temperaturas de 100 millones de grados para iniciar la reacción. Conseguir la “chispa” que inicie la marcha y mantener bajo control las consiguientes explosiones son los baches que aún deben superarse.
Los esfuerzos de las distintas naciones para avanzar en el campo se han venido reforzando desde principios de siglo, después de ver como la bomba de hidrógeno (explosión descontrolada que combina fisión, fusión y fisión de nuevo) ya es posible y se ha aplicado. El proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ha agrupado los avances de 34 países (los 27 de la Unión Europea más Suiza, China, India, Rusia, Japón, Estados Unidos y Corea del Sur), con el auspicio de la Agencia Internacional de la Energía Atómica. Su objetivo es disponer un reactor de fusión en la localidad de Sant Pau de Durènça, en Occitania, artefacto que empezará a funcionar con plasma en un par de años, y ya con deuterio y tritio (isótopos de hidrógeno) en el 2035.
En principio se trata de una tecnología sin residuos radiactivos, más segura, y con potencial para saciar la demanda de energía renovable al 100% de forma extensa. ¿Qué mejor que copiar el modelo que propulsa a nuestro sol para abastecer las necesidades de la especie humana sin emitir gases de efecto invernadero? Soñar es gratuito, aunque habrá que auditar bien todo el proceso, propiciar la ciencia y escrutar los intereses y perjuicios que se puedan derivar.
¿QUÉ PUEDO HACER YO?
- Investigar los conceptos que gobiernan el funcionamiento nuclear (Fusión, Fisión, Radioactividad, liberación energética…).
- Cuestionar o ser muy crítico con los distintos argumentos de personas muy ligadas a la industria nuclear
- Ahondar en el futuro potencial de la fusión.
- Abogar por el cierre completo de las centrales nucleares obsoletas.
- Denunciar la financiación excesiva, el monopolio y fomentar las inversiones en las fuentes renovables de energía.
- Involucrarse en los grupos de debate y actuación frente al actual marco nuclear.
- Difundir los conocimientos y datos que se vayan adquiriendo.
ENLACES DE INTERÉS
FICHA PELÍCULA “Oppenheimer” (Cristopher Nolan, Universal Pictures, EUA, 2023):
https://www.fotogramas.es/noticias-cine/a37916827/oppenheimer-nolan-fec…
INFORME “La seguridad de la energía nuclear en España y en el mundo” (Ecologistas en Acción, 2016):
https://www.ecologistasenaccion.org/33279/
https://www.ecologistasenaccion.org/wp-content/uploads/adjuntos-spip/pd…
LIBRO “Energía nuclear, contaminación radiactiva y sus efectos en la salud” (Universidad Autónoma Metropolitana-Xochimilco, México, 2016):
https://www.casadelibrosabiertos.uam.mx/contenido/contenido/Libroelectr…
ACUERDO DE LA UNIÓN EUROPEA (Taxonomía) para definir el gas y las centrales nucleares como fuentes de energía sostenible (06-07-2023):
https://es.euronews.com/my-europe/2022/07/06/el-parlamento-europeo-apru…
ACTIVISTAS CLIMÁTICOS HACEN CAMPAÑA CONTRA GREENPEACE POR DENUNCIAR EL APOYO DE LA UNIÓN EUROPEA A ESTA FORMA DE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA (Gaceta, 06-09-2023):
https://gaceta.es/mundo/activistas-climaticos-inician-una-batalla-legal…
POSIBLE AMPLIACIÓN DEL CEMENTERIO NUCLEAR DE EL CABRIL (Público, 22-04-2023):
https://www.publico.es/sociedad/posible-ampliacion-unico-cementerio-nuc…
LIBRO “Voces de Chernobil”, Svetlana Aleksievich (Debolsillo, 2015):
PDF: http://www.dcne.ugto.mx/respaldo1/Contenido/MaterialDidactico/amezquita…
REFERENCIA: https://www.casadellibro.com/libro-voces-de-chernobil/9788490624401/243…
LIBRO “La energía después de Fukushima”, Cristina Narbona, Jordi Ortega (Turpial, 2012):
https://www.bibliostock.com/politica-y-sociedad/11453-la-energia-despue…
LIBRO “Derecho Nuclear: Debate Mundial” (Organismo Internacional de Energía Atómica, IAEA, Viena, 2022):
https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/S_Nuclear_Law_web.pdf
VÍDEOS CANAL “Física Explicada” con clases didácticas de los conceptos de Fusión nuclear, Fisión y Radioactividad:
https://youtu.be/qe7v1HuXZno?si=fsEhqOaK5EKx_IAz
WEB DEL Consejo de Seguridad Nuclear:
https://www.csn.es
WEB DEL Organismo Internacional de Energía Atómica (Fundado en 1957 y con sede en Viena):
https://www.iaea.org
WEB DEL ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor):
https://www.iter.org
