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jueves, 24 de marzo de 2011

Monográfico: Energía Nuclear.


INTRODUCCIÓN.

El objetivo de este monográfico no es explicar de forma "super técnica" todos los entresijos de la energía nuclear, para eso tan solo tenéis que "copiar y pegar" en "Google" los títulos que pongo en cada párrafo y buscar una definición en la "Wikipedia" o similar. No es ese mi objetivo, mas bien quiero de una forma sencilla poder explicar "para todos los públicos" en que consiste la energía nuclear, primero porque es un tema de gran importancia, segundo porque es un tema que me apasiona, y tercero porque desgraciadamente se ha puesto "a la orden del día" por los recientes acontecimientos sucedidos en Japón.

Nota:
No obstante he creado un "anexo" a este monográfico con explicaciones mas elaboradas a la par que sencillas para el que esté interesado, pero como digo lo pondré en un "anexo" fuera de este monográfico para no hacerlo demasiado extenso, para ver dicho "anexo" tan solo tenéis que hacer clic en enlaces como este que iré mencionando en distintos puntos del artículo.


¿CÓMO FUNCIONA UNA CENTRAL NUCLEAR?


Pues aunque parezca mentira, y estoy convencido que muchas personas no lo sabrán y les sorprenderá, una central nuclear al final no es mas que "una máquina de vapor que hace girar una manivela" ... ¿cómo? dirán algunos. Pues si, así de simple, se trata de utilizar un mineral, el uranio para mediante un proceso físico (la fisión nuclear) calentar agua hasta convertirla en vapor, este vapor mueve una turbina (como un rió mueve las aspas de un molino) y esta hace girar un alternador (como en los coches o "parecido" a las dinamos colocadas en las ruedas de la bicicletas) que produce finalmente la electricidad.
La verdad es que resulta como poco curioso pensar en que tenemos que utilizar una tecnología tan compleja (que lo es, aunque lo haya explicado así) y tan peligrosa como esta para al final hacer algo tan simple como "darle vueltas a una palanca" (permítaseme la expresión incorrecta "palanca") pero es así...


¿REALMENTE NECESITAMOS CENTRALES NUCLEARES? ¿NO PODRÍAMOS "QUITARLAS" Y USAR "EL VIENTO Y EL SOL" COMO FUENTE DE ENERGÍA?


Esta es una pregunta que he oído varias veces en los últimos días a colación de los desgraciados acontecimientos acontecidos en Japón.
Bien, veamos el porqué realmente no podemos prescindir de las centrales nucleares hoy día.

La respuesta la voy a dar mediante 3 puntos: Producción, Precio y Contaminación.



Producción:

Central nuclear de Fresno (California, EEUU.)
El resumen es el siguiente: Necesitamos muchísima energía en los países desarrollados y la única forma que conocemos de producirla de forma continua, durante el día y la noche, y sin que pare ni un solo instante, o sea, como digo, "realmente de forma continua", es con la energía nuclear.
¿Por qué digo eso de "realmente de forma continua? Porque es precisamente el problema que tienen la energía solar (tanto térmica como fotovoltaica) y la eólica (del viento) que depende totalmente del clima, puede hacer viento, o no, y puede hacer viento con mas o menos fuerza. Y en el caso del sol aun es peor, porque solo hay sol durante el día, por la noche evidentemente no hay, y aun así, durante el día, si se nubla se puede perder una gran parte o incluso toda la producción de energía. En una central nuclear no ocurre eso, la producción de energía “puede” ser siempre del 100% las 24 horas del día los 365 días del año, y eso amigos, para nuestra sociedad es una necesidad total y absoluta. Pero si alguien no comprende del todo el matiz de esto se lo resumiré de una forma muy sencilla, el problema de todo esto radica en que la electricidad no se puede almacenar, no es como el agua que se guarda en un pantano o una presa y se usa según va haciendo falta, no, la energía eléctrica hay que producirla "toda" se use o no se use, y la que no se usa, se pierde ya que no se puede almacenar (en la practica porque en teoría si que se podría con medios de última generación) si se pudiese almacenar no habría "tanto" problema porque se podrían crear grandes "depósitos" de energía alimentados por el sol y el viento al menos en su mayoría y que las grandes ciudades se alimentasen de esos depósitos, pero por desgracia, esto no funciona así. Creo que con esto ya debe quedar claro este primer punto.


Precio:
Aunque siempre se dice que la energía nuclear es muy cara y que si las centrales nucleares fuesen privadas no podrían existir porque no son rentables, la realidad es que no son tan caras "como tal" ya que aproximadamente el 70% del coste de mantenimiento de una de estas centrales se gasta en seguridad por lo que el coste real no sería tan alto si se consiguiesen medidas de seguridad mas económicas. Lo que es en si el combustible, o sea el uranio, no es tan caro como por ejemplo el carbón, el gas o el petróleo que actualmente se usan para producir electricidad en otros tipos de centrales. Ahora bien, el coste de construcción de una central nuclear es tremendamente alto y esto además del alto precio del mantenimiento por las altas medidas de seguridad es lo que finalmente dificulta la rentabilidad económica. Se estima que para que una central nuclear pueda ser rentable, ha de ser construida por aproximadamente “1.500 millones de euros” (hablamos de una central de 1.000 MW), aunque realmente esa cifra de momento está lejos de conseguirse ya que las últimas centrales terminadas han acabado costando mucho mas de lo presupuestado, por los retrasos y problemas varios, con un coste final de hasta 4.000 millones de euros en algún caso, y es justo esto lo que hace de la energía nuclear una opción cara. Hay que conseguir por todos los medios que las centrales se puedan construir de forma mas eficiente con un coste razonable para aumentar la rentabilidad. Finalmente otro coste que también hay que tener en cuenta es que tras los 20 o 30 años que la central nuclear pueda estar operando, habrá que proceder a su desmantelamiento, este proceso "dura años" y por ello es extremadamente caro, aunque normalmente este último proceso no se tiene "tanto" en cuenta a la hora de hablar de la rentabilidad de la central.

Nota:
Para saber cuanto debería costar como "máximo" una central nuclear, partimos de que cada "kilovatio" de potencia instalada no debería superar los "1.500" euros, siendo así tan solo hay que multiplicar la potencia instalada por "1.500" para obtener la cantidad (en euros) que no debería ser sobrepasada para no salirnos del umbral de rentabilidad.
(Ejemplo: Una central de "1.000 MW" produce 1.000.000 de kw/hora y eso multiplicado por "1.500 euros" nos da "1.500 millones de euros.", ese debería ser su precio "máximo" de construcción)

Contaminación:
Pues este punto es sencillo de entender, una central nuclear lo único que hace es calentar agua que mueve una turbina por tanto, está claro que no contamina nada en absoluto a nivel de emisiones de CO2. Por lo que esta es una de sus grandes ventajas junto al precio del combustible que tienen las centrales nucleares frente al resto de centrales existentes. Otro tema ya sería el de los residuos nucleares, pero este tema lo dejamos para otro momento porque como tal no contaminan ya que no se dejan "por ahí tirados" sino que se almacenan bajo estrictas medidas de control.


LAS CENTRALES NUCLEARES QUE EXISTEN HOY DÍA (2º y 3ª generación)

Pues como figura en el título las centrales nucleares de la actualidad "en teoría" son de 2ª y 3ª generación, lo que significa que la tecnología empleada se ha ido transformando con el paso del tiempo, las técnicas en el uso de la energía nuclear se han ido perfeccionando de forma que las plantas de los años 60 (1ª generación) eras mas simples que las de 2ª, o las actuales de 3ª generación. Ahora bien, ¿por qué dije antes "en teoría"? Pues porque aun quedan en el mundo centrales de 1ª generación en funcionamiento y realmente eso no parece muy lógico por 2 razones, la primera, por motivos de seguridad, ya que son centrales que llevan funcionando aproximadamente 40 años, y la segunda porque apenas producen la mitad de la potencia que puede producir una central nuclear actual, o sea de 3ª generación.


En España tenemos 7 centrales nucleares de la siguiente clasificación:

1ª generación: "José Cabrera" (1.968) y "Santa María de Garoña" (1.971)
2ª generación: "Almaraz", "Ascó" y "Cofrentes" (las 3 de principios de los '80)
3ª generación: "Vandellós II" y "Trillo I". (ambas de finales de los '80)

Nota 1:
Comentar como curiosidad que la central de “Chernóbil” (Rusia) comenzó a operar en 1.977 y el terrible accidente ocurrió en 1.986.
La central de “Fukushima” (Japón) comenzó a operar en 1.971 y ha sido ahora en 2.011 cuando tras un terremoto de “9.1” en la escala de “Richter” y un tsunami ha tenido los problemas que todos conocemos. Es importante mencionar que se está diciendo que la central de Fukushima es de primera generación y por tanto igual que por ejemplo la central española de “Garoña” pero esta información no es correcta,
la central de Fukushima es mas moderna tecnológicamente que “Garoña” ya que la Japonesa es de 2ª generación y la española realmente es de 1ª generación y por tanto mucho mas obsoleta. (da que pensar que en España aun tengamos dos centrales tan antiguas.)

Nota 2:
Ni que decir tiene que nuestras centrales de “Cabrera” y “Garoña” no deberían permanecer operativas mucho mas tiempo (deberían haberse cerrado ya de hecho), a lo sumo 5 o 10 años mas, eso si, en caso de seguir operando deberían ser revisadas a fondo y posiblemente reforzadas para reducir el riesgo de accidentes.

Nota 3: Comentar que "Almaraz", "Ascó" son centrales "dobles" cada una de ellas tiene “2” reactores nucleares en lugar de “1” como las demás, o sea que en España tenemos 7 centrales, pero en total 9 reactores. (el reactor es básicamente el "motor" donde se "quema" el uranio para calentar el agua)


EN CAMINO LA 4ª GENERACIÓN: (consultar el “anexo” para mas detalles)

La próxima generación de centrales nucleares promete novedades interesantes, ya que a su uso normal de producir electricidad se le suma otro verdaderamente interesante a la par que útil, producir hidrógeno. Recordemos que el hidrógeno en cierto modo se puede considerar como un "almacenador" de energía cuyo mayor inconveniente es producirlo ya que para ello también hace falta energía pero si se pudiese extraer hidrógeno de una central nuclear "a la vez" que esta produce energía en grandes cantidades, podríamos por un lado satisfacer las necesidades de energía como hasta ahora y a la vez también obtener un hidrógeno que bien podría usarse para alimentar las pilas de combustible de los coches eléctricos o los generadores eléctricos de grandes edificios para usos de emergencia e incluso para calefacción y así sustituir el uso de gasoil por ejemplo, entre otras muchas utilidades que podría recibir este hidrógeno.

GRANDES PROYECTOS DE LA HUMANIDAD CON RESPECTO A LA ENERGÍA NUCLEAR.

1)
Fusión Nuclear (termonuclear)
2) Fusión Nuclear fría (fusión fría)
3) Reactor Nuclear alimentado por "torio".
4) Centrales híbridas de "fisión-fusión".


1) Fusión Nuclear.

Hablamos ahora de fusión y no de fisión, la diferencia es simple, en las centrales nucleares "de toda la vida" lo que se hace es "fisionar" (o sea partir) átomos de uranio, y en el proceso del cual estoy hablando ahora lo que se hace es fusionar (o sea unir) átomos de "X" elemento.
Lo primero que habría que decir es que la fusión (“fusión” en 1.932, impresionante...) nuclear no es nada nuevo ya que en 1.932 el genial físico australiano “Mark Oliphant” hizo los primeros descubrimientos sobre esta materia y casi desde el primer momento en el que se trabajó en el "proyecto Manhattan" (el proyecto secreto de EEUU para fabricar la bomba atómica) ya se tenía en mente una bomba basada en el trabajo de Mark Oliphant, la llamada "bomba H" o bomba de hidrógeno, muchísimo mas potente que la bomba atómica.
Por otra parte recordemos que el proceso de fusión nuclear es el que alimenta las estrellas, o sea el que nos da la vida, el que permite que nuestro sol siga brillando. Nuestro Sol (como todas las estrellas) es en esencia una gran bomba nuclear de hidrógeno. Esto hace entender como en pruebas exitosas de fusión de hidrógeno se han alcanzado temperaturas de mas de 100 millones de grados centígrados.

Pero realmente ¿en qué consiste la fusión nuclear? Por explicarlo de forma simple diremos que si se produce una gran cantidad de energía cuando el núcleo de un átomo de uranio se rompe, se produce muchísima mas energía cuando 2 núcleos se unen y de ahí la importancia (al menos es uno de los motivos) de intentar aprovechar la energía basada en la fusión nuclear.
En el caso de la fisión se utiliza como sabemos uranio, pero en el caso de la fusión, hay que utilizar un elemento mas simple ya que contra mas simple sea mas fácil (menos energía será necesaria) para que se produzca la unión de ambos núcleos. Siendo así, el elemento a usar está claro cual es, el hidrógeno, por su simpleza ya que está compuesto tan solo de "un protón" y "un electrón".Esta tecnología actualmente se está intentando poner en marcha bajo el nombre de proyecto "ITER" (International Thermonuclear Experimental Reactor), el lugar elegido para su construcción ha sido "Cadarache" (al sur de Francia), aunque hay que decir que no se trata del primer reactor de fusión construido en el mundo, el mas grande hasta la fecha es el "JET" (Joint European Torus) construido en "Culham" (Reino Unido), aunque el ITER será el mas grande jamas construido, eso si, cuando se terminen de solucionar del todo los grandes problemas presupuestarios que están ralentizando la construcción y ni que decir tiene que la crisis económica global no ayuda en absoluto.


2
) Fusión Nuclear fría (fusión fría)

La expresión "fusión fría" se ha utilizado desde hace muchos años casi como una utopía ya que plantea un escenario en el que se pudiese realizar la fusión de dos núcleos de hidrógeno partiendo de un entorno a temperatura ambiente, cosa que no es lo normal ya que para que se produzca una fusión como la mencionada es necesario una temperatura por encima del millón de grados centígrados.
Los científicos llevan años soñando con el día en el que se haga realidad la tan anhelada fusión fría ya que ese
día el mundo cambiará radicalmente (en teoría) puesto que todas las necesidades de energía a nivel mundial se podrían satisfacer de una forma relativamente sencilla, sin contaminar, y con un combustible reciclable e "infinito" ya que sería simplemente agua, que puede salir del mar por ejemplo (aquí hay ciertos matices que los que están a favor de esta tecnología no suelen contar, los dejaremos para mas adelante) . Actualmente si se quisiera hacer una fusión nuclear antes habría que aplicar una enorme cantidad de energía para elevar la temperatura y esto evidentemente tiene un coste muy caro, además de que habría que restar la energía aplicada inicialmente a la energía obtenida finalmente lo que repercute en una disminución total del rendimiento energético y por consiguiente de la rentabilidad económica.


3) Reactor Nuclear alimentado por "torio".

Al igual que el uranio se usa como combustible nuclear, resulta que hay otro elemento que desde hace unos años está siendo mirado con "buenos ojos" como posible sucesor del viejo uranio, y es como reza en el título, "el torio". Este mineral tiene ciertas ventajas muy interesantes con respecto al uranio.

Veamos algunas:
La monacita es el mineral
del cual se extrae el torio.
En la foto de arriba vemos monacita en
su forma cristalina y en la foto de abajo
vemos "arena" de monacita.
-Para empezar se puede utilizar todo el torio que se extrae frente a solamente el “0.7%” del uranio que se extrae, recordemos que solo ese 0.7% es uranio 235, el 99% es 238 que no sirve como combustible y debe ser "procesado".

-Gracias a las propiedades del torio, sería posible utilizarlo para eliminar los peligrosos y "eternamente duraderos" residuos radiactivos del uranio.

-El torio genera menos residuos nucleares que el uranio, en torno a la mitad a nivel de cantidad y con una carga radioactiva menor.

-Las futuras centrales nucleares alimentadas con torio serían mas seguras, el torio no puede producir accidentes graves por "fusiones del núcleo" como sucedió en "Chernóbil" o como ha sucedido ahora en "Fukushima", el torio no puede mantener una reacción en cadena por si solo, si se deja de bombardear el torio con neutrones, la reacción se para, gracias a esto jamás podría explotar. Por tanto estas centrales serían mas baratas de mantener al necesitar unas condiciones de seguridad menos severas.

-La búsqueda minera de torio tiene una ventaja, y es que resulta que dicho mineral se suele encontrar junto a otros minerales interesantes para la industria como son: hierro, cobre, plata, oro, titanio, litio... (entre otros).

-Con el torio no se puede crear "plutonio" por lo que no sirve para crear armas nucleares, de esta forma el uso del torio frente al uranio erradicaría el "fantasma del militarismo" de la energía nuclear.

-El torio tiene un valor energético "infinitamente mayor" (mas de 30 veces, de hecho se calcula que "1 kg" de torio equivaldría a
4.000 toneladas de carbón) que el uranio y encima en el planeta se estima que hay el triple de torio que de uranio, según cálculos, el torio podría satisfacer las necesidades energéticas del mundo durante varios miles de años.

-Por último mencionar que los principales yacimientos de torio se encuentran en países estables como son EEUU, Canadá, Australia y Noruega, a diferencia de lo que sucede con el petróleo (y en parte también con el uranio) cuyos principales yacimientos se encuentran en países poco estables de oriente medio.


4) Centrales híbridas de "fisión-fusión".

La gran esperanza de la humanidad, las centrales nucleares de "fusión de hidrógeno" probablemente se quede tan solo en una simple "quimera" (una ilusión) por culpa de 2 grandes problemas: ("a" y "b")

a)
La escasez (y altos costes) de materias primas.

b) El gran consumo energético.

c)
Centrales híbridas de "fisión-fusión".

Estas cuestiones son verdaderamente complicadas la verdad, pero intentare plantearlas de forma sencilla. La primera, el porqué la gran esperanza de la fusión (fusión normal, no la fría, de esa ya ni hablamos, esa la descartamos directamente, hablamos de la fusión "en caliente" o sea la fusión "termonuclear") probablemente se quede en nada, pues para eso hay que tener en cuenta varios factores que normalmente los partidarios de esta tecnología suelen obviar.

Problema "a":
Resulta que la idea consiste en "unir átomos de hidrógeno" hasta ahí, parece fácil y encima hidrógeno tenemos "casi infinito" porque podemos sacarlo del mar, pero por desgracia hay ciertos detalles que hacen que esto no sea del todo exacto. Resulta que el hidrógeno digamos normal es el "H2", y de ese, pues si que tenemos en el mar de forma digamos "infinita" pero por desgracia no podemos unir átomos de hidrógeno "H2" con otros de átomos de hidrógeno "H2", sino que la unión debe ser de hidrógeno "H2" con hidrógeno "H3" y ahí está el problema, que el hidrógeno "H3" no sale del mar, sino que ese hay que fabricarlo de forma artificial, y ese detalle es el que se obvia, este proceso además de requerir "cierta energía" (y por tanto hablamos de un gasto económico) también requiere de un mineral para su creación, en concreto el "litio", que por desgracia no es tan común en la tierra como el hierro o el cobre. Siendo así, una "posible" central nuclear de fusión consumiría al año una cierta cantidad de litio como "parte de su combustible" además del agua (hidrógeno "H2") que necesitaría. Se han hecho cálculos aproximados y se cree que una central de tamaño "grande" podría necesitar unas "9 toneladas" de litio al año. Poco importa si son 9, si son 5 o si son 15, la clave aquí es que el litio es caro, difícil de extraer porque no es muy común en la tierra y porque encima sus yacimientos se encuentran en su mayoría en zonas conflictivas, pero a la vez hay que tener en cuenta que dicho mineral hoy día es vital en la fabricación de baterías de alto rendimiento para aparatos electrónicos de última generación por lo que usar ese litio para "destruirlo para siempre" (o sea que no se puede reciclar como si que ocurre con las baterías viejas) no parece una idea muy atractiva la verdad porque en poco tiempo nos quedaríamos sin litio o su precio se pondría "por las nubes".

Nota:
El hidrógeno "H2" es el isótopo denominado "deuterio" y el "H3" es el isotopo denominado "tritio".

Problema "b": Para conseguir iniciar la fusión nuclear hace falta elevar la presión y la temperatura a unas cotas muy elevadas (como antes mencionamos, por encima del millón de grados centígrados) por lo que es necesario una enorme cantidad de energía, si bien es cierto que un reactor de fusión produce mucha energía, al final hay que restarle la que se ha usado para su puesta en marcha por lo que en definitiva las cuentas no salen "tan rentables" como sería deseable ya que si, por ejemplo, al resultado final hay que restarle en torno a un 20% o un 30%, eso deja al reactor una eficiencia energética de tan solo un 70% u 80%.

c) Centrales híbridas de "fisión-fusión".
Todavía existe una posibilidad de que aun siendo "un fracaso" la fusión nuclear por los citados motivos "a" y "b" aun se pueda "rescatar" el proyecto para un uso alternativo al original.
Imaginemos que en efecto se llega a la conclusión de que los reactores de fusión no son económicamente viables por los problemas ya citados en los puntos "a" y "b", bien, pues resulta que podría existir una aplicación verdaderamente grandiosa para un reactor de este tipo que si que compensaría los costes económicos, usarlo como "incinerador" de residuos nucleares del uranio, de esta forma además de producir energía como efecto secundario, tendríamos la mejor (y casi la única) forma hasta la fecha de deshacernos de unos residuos que permanecerán activos y siendo enormemente destructivos para cualquier tipo de vida durante miles de años.


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Artículo Original de: PARTIENDO DE CERO . COM