Tecnología

La energía de los desechos nucleares podría alimentar a los Estados Unidos durante 100 años, pero la tecnología nunca se ha comercializado.

EBR-II en el Laboratorio Nacional de Idaho del Departamento de Energía de EE. UU.

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

Los desechos nucleares en los Estados Unidos tienen suficiente energía para abastecer a todo el país durante 100 años, y eso podría ayudar a resolver el terrible problema político de la gestión de los desechos nucleares gastados.

Eso es según Jess C. Gehin, director asociado de un laboratorio en el Laboratorio Nacional de Idaho, uno de los principales laboratorios de investigación de energía del gobierno.

La tecnología necesaria para convertir los desechos nucleares en energía se denomina reactor nuclear rápido y existe desde hace muchos años. Fue creado por una planta piloto de laboratorio de investigación del gobierno de EE. UU. que operó desde la década de 1960 hasta la década de 1990.

Por razones políticas y económicas, la tecnología nunca se ha desarrollado a escala comercial. Hoy en día, abordar el cambio climático mediante la descarbonización de las redes de energía es aún más urgente, y la energía nuclear ahora forma parte del espíritu de la energía limpia. Como resultado, los reactores nucleares rápidos vuelven a tener un aspecto serio.

“Parece que es real, o más realista, que nunca para mí”, dijo Brett Rampal, experto en energía nuclear de Segra Capital Management y Veriten. Hizo su proyecto de último año en la Universidad de Florida sobre el tema en 2007 y recuerda a sus profesores discutiendo sobre el futuro de la tecnología incluso entonces.

Tecnología probada

Hay 93 reactores nucleares comerciales en 55 sitios operativos en los Estados Unidos, según Scott Burnell, portavoz de la Comisión de Regulación Nuclear. Veintiséis se encuentran en alguna etapa del proceso de desmantelamiento. Todos los reactores nucleares que operan en los EE. UU. son diseños de reactores de agua ligera, dijo Burnell a El Mundo que Vivimos.

En un reactor de agua ligera, el combustible de uranio-235 impulsa una reacción de fisión, donde el núcleo de un átomo se divide en núcleos más pequeños y libera energía. La energía calienta el agua, creando vapor que se utiliza para alimentar un generador y producir electricidad.

La reacción de fisión nuclear deja residuos, que son radiactivos y deben mantenerse cuidadosamente. Se utilizan alrededor de 80.000 toneladas métricas de combustible de los reactores nucleares de agua ligera en los Estados Unidos y la flota nuclear actual produce alrededor de 2.000 toneladas adicionales de combustible usado cada año, dijo Gehin a El Mundo que Vivimos.

Pero después de que un reactor de agua ligera ha hecho funcionar su reactor alimentado por uranio-235, todavía queda una gran cantidad de energía potencial disponible.

«Básicamente, en los reactores de agua ligera, del uranio que extraemos del suelo, usamos la mitad de la energía del uranio que se extrae del suelo», dijo Gehin a El Mundo que Vivimos en una entrevista telefónica. «Puede obtener una gran fracción de esa energía si reciclara el combustible a través de reactores rápidos».

Los reactores rápidos no reducen la velocidad de los neutrones liberados en la reacción de fisión, mientras que los neutrones más rápidos generan reacciones de fisión más eficientes, dijo Gehin a El Mundo que Vivimos.

“Los reactores rápidos de neutrones de uranio-238, que es principalmente lo que se encuentra en el combustible gastado, se pueden convertir en plutonio, por lo que se puede fisionar”, dijo Gehin.

Vista exterior EBR-II, en el Laboratorio Nacional de Idaho.

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

La tecnología de los reactores nucleares rápidos ha quedado obsoleta durante más de cincuenta años. La construcción de una planta de reactor rápido llamada Experimental Builder-II Reactor (EBR-II), comenzó en 1958 y estuvo en funcionamiento desde 1964 hasta 1994, hasta que el Congreso dejó de financiar.

“Hicimos funcionar el reactor EBR II en el sitio durante 30 años, recuperamos uranio y lo volvimos a colocar en el reactor”, dijo Gehin a El Mundo que Vivimos. «Se ha demostrado que se puede hacer. El truco sería ir a escala comercial para garantizar que se haga económicamente. Es una tecnología muy segura. La base de la tecnología está probada».

Si bien un reactor rápido reducirá la cantidad de desechos nucleares, no los elimina por completo.

“Todavía habría desechos que deben eliminarse, pero la cantidad de desechos a largo plazo se puede reducir significativamente”, dijo Gehin.

Por qué nunca se construyó a escala

A mediados del siglo pasado, la energía nuclear fue vista como una solución al agotamiento de los suministros limitados de combustibles fósiles.

Al mismo tiempo, existía la preocupación de que no habría suficiente uranio para alimentar los reactores nucleares convencionales que necesitaría Estados Unidos. Los reactores rápidos se han desarrollado como una solución a ambos problemas: generan grandes cantidades de energía y usan solo cantidades mínimas de combustible de uranio, dijo Gehin a El Mundo que Vivimos.

Pero las cosas cambiaron. «Comenzamos a descubrir que en realidad contiene un poco de uranio. Por lo tanto, no había tal necesidad de usarlo con tanta eficacia», dijo Gehin.

Luego, la energía nuclear en su conjunto comenzó a perder popularidad, principalmente debido al accidente nuclear de 1979 en Three Mile Island en Pensilvania, dijo Gehin.

Además, la economía era un factor. El carbón, y más tarde el gas natural, siguieron siendo abundantes y baratos. Los reactores rápidos generalmente se consideraban más caros que los reactores tradicionales de agua ligera, dijo Gehin, lo que los convertía en un área poco atractiva para la inversión.

“El desarrollo de los primeros reactores rápidos comerciales en los EE. UU. también sufrió sobrecostos”, dijo Gehin.

Avance rápido hasta 2022. Con el aumento de los precios de la energía rusa debido a la guerra rusa en Ucrania y la creciente enfermedad en la población que se desplaza hacia fuentes de energía que no emiten gases de efecto invernadero que calientan el planeta, otra mirada a la energía nuclear. Al mismo tiempo, los innovadores buscan rediseñar la tecnología de reactores rápidos para hacerla más rentable, dijo Gehin.

Actualmente, Rusia es el único país que produce electricidad con tecnología de reactor rápido. India y China tienen planes para construir reactores comerciales rápidos en el futuro.

En 2019, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció que estaba construyendo su propio reactor de prueba de espectro rápido, el reactor de prueba Versatile, pero no fue financiado en el proyecto de ley de financiación general del año fiscal 2022. Se probó en los Estados Unidos durante casi 30 años. Estados Unidos ha estado «brindando efectivamente liderazgo a Rusia, China e India con esta capacidad vital», dijo la Oficina de Energía Nuclear en un comunicado escrito en mayo.

Mientras el gobierno se mueve lentamente, las nuevas empresas Oklo y TerraPower y el gigante de la energía Westinghouse están trabajando en tecnologías de reactores rápidos.

Sala de control EBR-II en el Laboratorio Nacional de Idaho.

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

Rusia está a cargo de las cadenas de suministro

Incluso con empresas privadas trabajando para innovar y comercializar diseños de reactores rápidos, existen importantes obstáculos de infraestructura.

Antes de que los desechos nucleares puedan usarse para alimentar reactores rápidos, deben someterse a reprocesamiento. Actualmente, solo Rusia puede hacer esto a escala. Francia también tiene el potencial para reciclar desechos nucleares usados, dijo Gehin, pero el país generalmente toma su combustible reciclado y lo vuelve a colocar en los reactores de agua ligera existentes.

Hasta la fecha, el Laboratorio Nacional de Idaho puede reprocesar una gran cantidad de combustible para investigación y desarrollo, dijo Gehin a El Mundo que Vivimos, pero no mucho más.

Las empresas privadas que comercializan tecnología de reactores rápidos están presionando para desarrollar cadenas de suministro de combustible nacionales. TerraPower dice que está invirtiendo en cadenas de suministro y trabajando con líderes electos para generar apoyo político, y Oklo ha recibido tres premios gubernamentales y está trabajando con el gobierno para comercializar cadenas de suministro de combustible para reactores rápidos en casa.

La alternativa a la alimentación de reactores rápidos es crear combustible HALEU, que significa uranio de bajo enriquecimiento de alto grado, desde cero, en lugar de reciclar desechos nucleares. (Donde los reactores convencionales utilizan hasta un 5 % de uranio enriquecido, HALEU se enriquece con uranio hasta un 20 %).

Se podría argumentar que es más fácil producir HALEU directamente que reciclar los desechos usados, dice Gehin, pero al final, la opción más barata ganará. «Será impulsado en gran medida por lo que tiene sentido económico». Independientemente, Rusia es el único país con potencial para realizar HALEU a escala comercial.

El CEO y cofundador de Oklo, Jacob DeWitte, dice que es muy estricto con el combustible reciclado, incluso si se produce después de la producción HALEU a escala comercial.

“Esto parece bastante prometedor para ser económicamente más atractivo que el combustible nuevo”, dijo DeWitte a El Mundo que Vivimos. «Este proceso funciona mediante el uso de electrólisis para reciclar electroquímicamente el transuránico y el uranio de los desechos en material de alimentación como combustible. Nuestro objetivo es que esta instalación esté operativa en la segunda mitad de la década».

Peter Flores Posada

Apasionado por el mundo de la tecnología, es productor de segmentos para portales de noticias importantes. Su experiencia y estudios, le llevan a desarrollar información de interés en el ámbito de la tecnología y nuevas técnicas y desarrollo.

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