UNA MIRADA A LA ENERGIA NUCLEAR

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UNA

MIRADA A

LA ENERGIA

NUCLEAR

Charla ante la Academia Nacional

de Ingeniería y Hábitat

Ing. Nelson Hernández Blog: Gerencia y Energia

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POBLACION

ELECTRICIDAD

CAMBIO

CLIMATICO

DESARROLLO

DESCARBONIZAR

SISTEMA

ENERGETICO

NUCLEAR

RENOVABLES

El mundo de noche

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2005 2010 2015 2020 2025 2030 45 40 35 30 25 20 Millardos de TM de C O 2 Referencia

Gestión Emisión de CO2

Fuente: IEA Elaboración: Nelson Hernández

Políticas Alternativas Estabilización 450 ppm

Biocombustibles CC Industria

CC Plantas eléctricas

Eficiencia uso eléctrico Eficiencia uso final Renovables

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gr Ceq/kWh 16 31 28 31 25 79 90 157 121 215 181 278 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Carbón 2020

Actual Actual 2020 Actual 2020 Gas

Nuclear Petróleo

Chimenea Otras fases

357

246

149

188

5.7

106

206 **Emisión de Ceq por Kwh generado (*)**

82 97

151

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Maqueta planta nuclear flotante “Lomosonov” en construcción (2006 - 2012) por Rusia con un costo de 147 millones de euros. Constara de 2 reactores de 35 MW cada uno y podrá alimentar una ciudad de 200 mil personas.

… después de muchos años de cuestionamiento y por efecto

de la problemática del cambio climático, la energía nuclear

surge como una de las soluciones para disminuir la emisión de

CO2

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1. Garantizan el suministro eléctrico

2. Reducen la dependencia de los combustibles fósiles

3. No emiten CO2

4. Son seguras

5. Son competitivas

6. Tecnología conocida

7. Hay solución para los residuos

8. Diversifican las fuentes generadoras de electricidad

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El “uranio” es conocido desde 1789 cuando el químico alemán Martín Klaproth analizando muestras de las minas de plata de Joachimsthal en Bohemia (Republica Checa) noto que en las mismas existía un elemento no conocido para esa fecha denominándolo Uranio

El descubrimiento del radio en 1898 por Marie Curie llevó a la construcción de una serie de plantas de extracción de radio mediante el procesamiento de mineral de uranio.

A partir del año 1939 con el descubrimiento de la fisión nuclear se inicia una nueva era en el ámbito energético, ya bien sea con fines pacíficos o no.

En 1939 se inicia el proyecto “Manhattan” que culmina con la detonación de la primera prueba nuclear el 16-07-45. Las bombas de Hiroshima y Nagasaki fueron detonadas el 06 y 09 de agosto de 1945, respectivamente

La investigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta este día.

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El potencial de uranio como fuente de energía industrial se hizo evidente con la botadura en 1954 del primer submarino movido por energía nuclear, el “Nautilus” de Estados Unidos.

La Unión Soviética en 1954 construye el reactor tipo RBMK de 5 MWe, para demostración de generación de energía eléctrica, en la localidad de Obninsk, operó hasta 1959.

El Reino Unido en 1956, construye el reactor tipo grafito-gas de 50 MWe, en operación comercial en la localidad de Calder Hall

EEUU en 1957, construye el reactor tipo PWR de 60 MWe, diseñado por Westinghouse (originalmente para propulsión de submarinos), es emplazado en la localidad de Shipping Port Pensilvania, operado por Duqesne Light Co., hasta 1982

… a partir de los años 60 del siglo XX, la energía nuclear ha logrado un avance extraordinario con fines militares y pacíficos (medicina, industria, agricultura, etc.)

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¿Por qué enriquecer uranio?

El Uranio (U-235) en estado natural esta en muy baja concentración por lo que hay que aumentarla (enriquecimiento) de tal manera que pueda ser útil.

Para una planta de generación eléctrica un enriquecimiento entre 3 y 5 % es suficiente. Por encima de este % comienzan los problemas geopolíticos, ya que dicho % es el limite entre los usos pacíficos y bélicos de la energía nuclear.

El uranio fisible en las armas nucleares normalmente contiene 85% o más de U-235 conocido como "nivel para armas" (weapons-grade), a pesar de que para un arma muy poco eficiente el 20% sería suficiente.

Método enriquecimiento por cascada centrifugadoras en una planta europea

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La Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA) nació el 29 de julio de 1957. Dentro de sus principales objetivos están:

• Inspeccionar los desarrollos nucleares a nivel mundial. La agencia tiene mas de 50 años de experiencia, y la inspección radica en verificar y salvaguardar que las actividades y materiales nucleares no se utilicen con fines militares.

• Ayudar a los países a mejorar la seguridad nuclear, y a prepararse para responder a cualquier eventualidad. A tal efecto, establece normas y convención internacional, y la ayuda de expertos de tal manera que permita la protección de las personas y el ambiente a las radiaciones perjudiciales.

• Ayudar a los países en la aplicación pacifica de la ciencia y tecnología nuclear, contribuyendo así a los objetivos del milenium de desarrollo sostenible en los ámbitos de la energía, el ambiente, la salud y la agricultura, entre otros, y la cooperación en áreas clave de la ciencia y la tecnología nuclear.

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Geopolítica del uranio

Los países que dominan integralmente la energía nuclear no desean que otros la dominen, motivado al auge del terrorismo, lo que ha modificado ampliamente la interrelación geopolítica mundial

Solo hay un punto de encuentro: Cuando se fabrica o se compra U-235 menor o igual a 5 % de enriquecimiento para generar electricidad o para usos científicos e industriales

(c) Nor Corea 30-50 Pakistán 45-90 India 200 Israel 200 Inglaterra 350 Francia 400 China 9000 (b) Estados Unidos 19500 (a) Rusia Nro. de Bombas

Notas: (a) Llego a tener 44000 / (b) Llego a tener 28000 / (c) Posee material para 6 bombas

El principal miedo al desarrollo pacífico de la energía nuclear, es que la brecha que la separa del uso bélico no es la tecnología o los recursos, si no la ética de quien la controla

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• Existe abundancia de uranio

• Diversificación geográfica de suministradores

• Estabilidad socio-política de los países productores

• Redes de transporte fiables y suficientes

• Las centrales nucleares operan en el entorno de las 8.000

horas anuales

• Bajo coste operativo (combustible y O&M)

• Baja sensibilidad a la variación del precio del combustible

(coste predecible)

• Estabilidad a largo plazo de los costes de producción de

electricidad

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15 44300 3032 Niger -n/d 127 Los otros 3 (*) 57 2438100 43853 Total Mundo 2 600 263 Republica Checa -n/d 271 India 477 157400 330 Brasil 314 205900 655 Sur África 58 44300 769 China 158 126500 800 Ucrania 69 99000 1430 Estados Unidos 24 55200 2338 Uzbeskitan 49 172400 3521 Rusia 33 145100 4366 Namibia 85 714000 8430 Australia 40 344200 8521 Kazakastan 37 329200 9000 Canadá Duración años Reservas tU< 80 US$/Kg Producción tU

2008. Producción y Reservas de Uranio a nivel mundial

(*) Francia, Rumania y Pakistán

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2008. Las 10 primeras minas de Uranio

43853 27436 Total Mundo Total 10 primeros 1034 Uranium One Kazakhstan Akdala 1249 Areva Canadá McClean Lake 1289 Areva Niger Akouta 1368 Cameco Canadá Rabbit Lake 1743 Areva Niger Arlit 3050 ARMZ Rusia Priargunsky 3344 BHP Billiton Australia Olympic Dam 3449 Rio Tinto (69%) Namibia Rössing 4527 ERA (Rio Tinto

68%) Australia Ranger 6383 Cameco Canadá McArthur River Producción tU Principal Dueño País Mina 63 %

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• 56 años de experiencia en generación eléctrica • 436 reactores en funcionamiento en 30 países • 367 GWe instalados

• Experiencia operativa acumulada de más de 14000 años-reactor • 44 nuevos reactores en construcción en 14 países

• 10 % del total de la capacidad de potencia instalada

• Genera el 13% de la electricidad consumida (la mayor fuente no emisora de CO2)

• Equivalente a 3440 millones de barriles de petróleo / año

• Evita la emisión anual de 1912 Mt CO2 (8 % del total mundial)

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2008. Reactores en construcción

11

8

6

5

2

1

0

2

4

6

8

10

12

44 reactores

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0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2000 4000 6000 8000 Los 10 Primeros Mundo

Resto del Mundo China Estados Unidos India Rusia Japón Brasil Canadá

Alemania / Francia / Sur Corea

0.5 TPE/Hab 1 TPE/Hab 3 TPE/Hab 2 TPE/Hab Consumo (millones de TPE)

Población (millones)

2008. Los 10 primeros en consumo de energía

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2008. Los 10 primeros en consumo de energía

4001 6,6 3,1 16,6 32,3 41,5 Resto Mundo 7294 6,2 6,8 36,2 19,7 31,1 Los 10 primeros 228 36,1 1,4 6,4 9,9 46,2 Brasil 240 0,4 14,2 27,5 14,9 43,0 Sur Corea 258 5,6 38,6 4,6 15,4 35,7 Francia 311 1,4 10,8 26,0 23,7 38,0 Alemania 330 25,4 6,4 10,0 27,3 30,9 Canadá 433 6,0 0,8 53,4 8,6 31,2 India 507 3,1 11,2 25,4 16,6 43,7 Japón 685 5,5 5,4 14,8 55,2 19,1 Rusia 2003 6,6 0,8 70,2 3,6 18,8 China 2299 2,5 8,4 24,6 26,1 38,5 Estados Unidos 11295 6,4 5,5 29,2 24,1 34,8 Mundo

Petróleo Gas Carbón Nuclear Hidro Total (1) Porcentaje

(1): Millones de toneladas de petróleo equivalente

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Petróleo Gas Carbón Renovables Nuclear

2008. Mundo: Consumo de energía primaria y

generación de electricidad

Fuente: EIA Elaboración: Nelson Hernández

34.8 %

6.3 %

5.6 % 29.2 %

24.1 %

Total = 227 millones de BDPE

Consumo

5.0 % 13.0 % 19.5 % 20.3 % 42.2 % Kwh Total = 20.2 Tera

Generación

El 32 % de la energía primaria fue utilizada para generar electricidad

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367500 2600 Total Mundo 52951 397 Los Otros 20 (*) 9016 61 Suiza 8587 65 China 13168 84 Ucrania 12652 89 Canadá 20339 141 Alemania 17716 144 Sur Corea 21743 152 Rusia 46236 240 Japón 63473 418 Francia 101119 809 Estados Unidos Capacidad MWe Generación 10 9 _Kwh

2008. Capacidad y Generación Eléctrica con Base Nuclear

(*) Argentina, Armenia, Bélgica, Brasil, Bulgaria, Republica Checa, Finlandia, Hungría, India, Lituania, México, Holanda, Pakistán,

Rumania, Eslovaquia, Eslovenia, Sur África, España, Suecia, Inglaterra

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez 13.0 % del total mundial

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Para relacionar las toneladas de uranio con los MW, tenemos que el rendimiento del combustible nuclear (U-235) quemado se expresa en días megavatios (MW) por tonelada de combustible. Con un quemado promedio típico de 1 tonelada enriquecida a 5 % de (U235) produciría

45000 MWd/t

, que es equivalente a la generación eléctrica obtenida al quemar 18000 toneladas de carbón.

El consumo de uranio, para el 2008, totalizo 64615 toneladas, lo que arroja un rendimiento de 40238 MWh por tonelada de uranio.

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Central nuclear con un reactor de

agua a presión (PWR)

1. Edificio de contención 2. Torre de refrigeración 3. Reactor nuclear 4. Barras de control 5. Acumulador de presión 6. Generador de vapor 7. Combustible nuclear 8. Turbina 9. Generador eléctrico 10. Transformador 11. Condensador 12. Vapor 13. Liquido saturado 14. Aire ambiente 15. Aire húmedo

16. Fuente de agua (río, lago) 17. Circuito de refrigeración 18. Circuito primario

19. Circuito secundario 20. Emisión aire húmedo

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Petróleo _Nuclear _Renovables _Gas _Carbón

2030

32 Tkwh

3 % 12 % 21 % 21 % 43 %

2008

20 Tkwh

14.1 % 19.3 % 20.1 % 41.8 % 4.7 %

MUNDO. Generación Eléctrica (2008 – 2030)

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0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2008 20 30 40 50 60 70 80 90 2100 367 11045 2060

Escenario Alto Escenario Bajo

GWe

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

Mundo. Proyección Capacidad Energía Nuclear Siglo XXI

Reducción emisiones de CO2 en el periodo

Alto= 1286 millones de TCO2

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Mundo. Capacidad Generación Eléctrica con Base Nuclear (GW)

Francia Japón

Otros Corea del Sur Alemania Rusia Estados Unidos China Inglaterra Canadá Ucrania 9 51 22 48 63 99 20 18 13 13 11 Total = 367

2008

Fuente: World Nuclear Association

India Japón Pakistán Rusia Indonesia Condominio Golfo (*) Otros Estados Unidos Brasil México China 330 225 200 200 1200 2750 2800 180 2810 175 175 Total = 11045

(*) Bahrain, Kuwait, Omar, Qatar, Arabia Saudita y Emiratos Árabes

Proyección al 2100

(caso Alto)

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De acuerdo a la información de la WNA, para el año 2100 solo tendrán generación

eléctrica-nuclear en Latinoamérica los siguientes

países, y cuya capacidad esta expresada en GWe:

Brasil (330) México (225) Argentina (90) Venezuela (60) Chile (38).

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Flujo de efectivo ilustrativo para una planta eléctrica nuclear

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Combustible Operación + mantenim.

Inversión

Gas Petróleo Carbón Nuclear

12 % 20 % 30 % 67 % 15 % 18 % 75 % 10 % 15 % 30 % 58 % 50 %

Materia Prima [Uranio] (46%) Enriquecimiento (38%)

Conversión (4%)

Fabricación (12%)

Estructura del costo de producción de 1 Kwh

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Costo* Generación de Electricidad ($/Kwh)

Elaboración: Nelson Hernández

Carbón (75 % de secuestro) Solar PV Solar Concentrada (PV)

Planta a Gas Torre Solar Torre Solar + Paneles PV

Nuclear 0.263 0.250 0.143 0.131 0.052 0.044 0.265 0.145 Parque Eólico Maremotriz Planta a Carbón Geotérmica 0.161 0.156 0.153 4140 1300 12000 3750 2900 6165 8250 7930 6750 1000 5200

(*) Considera costo de la tonelada de emisión de CO2 (50 $/tonelada)

$/Kw instalado

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Video: La energía nuclear

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Fusión Nuclear

ITER

Una solución

energética para

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ITER:

(International Thermonuclear Experimental Reactor) cuyo objetivo es el desarrollo de la fusión nuclear. Los científicos que laboran en esta tecnología, indican que estará disponible para un uso masivo a mediados de 2030, lográndose así una fuente energética “abundante o casi infinita” y que no contamina el ambiente. De conseguirse la fusión nuclear controlada a gran escala, una milla cúbica de agua contendría la misma energía que todos los yacimientos petroleros conocidos y los que se estiman sin descubrir. El ITER esta situado en Cadarache, al sur de Francia, y se estima que inicie operaciones en el 2014.

Fusión nuclear:

Es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. La reacción más fácil de conseguir el la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV.

Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.

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La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial, en el siglo XXI.

• Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).

• Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la "lluvia ácida" o el "efecto invernadero". • La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor durante centenares y millares de años.

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• 1955. Instalación del primer reactor nuclear en el Instituto Venezolano de Neurología e Investigaciones Cerebrales (IVNIC)

• 1959. Se crea el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC)

• 1989. Se crea la empresa "Quimbiotec", cuyo objetivo inicial era producir medicamentos derivados del plasma sanguíneo humano. La fase de producción de albúmina comenzó en 1998 y de gammaglobulinas en 1999

• 2001. Se inicia el proyecto para la conversión reversible del reactor en la Planta de Irradiación de Rayos Gamma (PEGAMMA), inaugurada en el 2004

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Venezuela en la geopolítica de la energía nuclear

En los últimos 6 años Venezuela ha entrado en el juego de la geopolítica nuclear, motivado a:

• Relaciones muy estrechas con Irán, actualmente cuestionado por la comunidad internacional por sus proyectos nucleares

• Relaciones con países vetados internacionalmente considerados protectores del terrorismo

• Firma de convenios de asistencia en energía nuclear con países “no amigables” de los Estados Unidos

• Exploración y “explotación” de recursos de uranio por Rusia e Irán en territorio venezolano

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Rio Negro

Existe un informe realizado en el primer gobierno de Carlos Andrés Pérez donde se establecía la existencia de reservas de uranio en la Formación Úrico, en la confluencia de los ríos Úrico y Chicarán, en el Distrito Roscio, a unos 200 Km. al noreste del Salto Ángel, las cuales eran consideradas de alto enriquecimiento por la presencia de mas de 20 % de uranio (235).

También, la evaluación indicaba otras formaciones mucho más al sur, cercanas al limite de los estados Bolívar y Amazonas, en Río Negro . Las reservas se estiman en 50 mil toneladas

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Motivado a factores económicos, ambientales y geopolíticos la energía nuclear “renace” como la energía primordial para la generación de electricidad en el siglo XXI

La fusión nuclear es el tipo de energía que espera la humanidad a partir de la segunda mitad del siglo XXI

La energía nuclear siempre será objeto de antagonismo en la geopolítica mundial, entre los que dominan la energía y los que desean dominarla

Por la estrecha relación que tiene el gobierno venezolano con el de Irán, Venezuela ha sido incluida en el “juego nuclear mundial”