FORO DE ENERGÍA
DOCUMENTO PARA EL DEBATE:
LA ENERGÍA NUCLEAR ANTES Y
DESPUÉS DEL ACCIDENTE DE
FUKUSHIMA
Guillermo Velarde
Presidente del Instituto de Fusión Nuclear de la UPM
Catedrático de Física Nuclear
Fundación Ciudadanía y Valores C/Serrano, 27. 6ºizq. 28001 Madrid
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LA ENERGÍA NUCLEAR ANTES Y DESPUÉS DEL ACCIDENTE DE FUKUSHIMA Guillermo Velarde
Introducción
El accidente de la Central Nuclear de Chernobil originó una gran campaña contra la producción de energía eléctrica nuclear, al propagarse que en dicho accidente se produjeron 200.000 muertes. La irrealidad de esta cifra ha sido puesta de manifiesto en los diversos informes hechos públicos por la ONU durante los últimos 20 años. El último de ellos, fechado en febrero de 2011, establece que el número de muertes a causa de este accidente es de unos 300.
No obstante la campaña contra la producción de energía nuclear no explicaba que los reactores del tipo Chernobil eran intrínsecamente inseguros, es decir, peligrosos, por lo que desde 1943, fecha en la que fueron diseñados, se consideró que no eran aptos para la producción de energía eléctrica. Ningún consejo regulador de Seguridad Nuclear de un país democrático hubiese autorizado su uso para este fin. La cifra de 200.000 se corresponde con el número de trabajadores y residentes locales que estuvieron expuestos a diferentes niveles de radiación y que la propaganda antinuclear ha contabilizado como letales,
El accidente de las Centrales Nucleares de Fukushima-Daiichi provocó un endurecimiento de la campaña antinuclear que se propagó, entre otros, a través de medios de comunicación a nivel internacional y por las declaraciones del entonces Comisario de la Energía de la Unión Europea que calificó el accidente de Fukushima de “apocalíptico” cuando, hasta ahora, no ha habido ninguna víctima mortal debido a los efectos de la radiactividad producida en este accidente.
Desde un principio la energía nuclear ha sido asociada a las armas nucleares, a Hiroshima y Nagasaki. No obstante la misma asociación podría hacerse sobre la química y la biología con las armas químicas y biológicas, y no por ello se demoniza estas ciencias. Una campaña neutral de información sobre las ventajas e
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inconvenientes de esta fuente de energía y lo que sucedió realmente en los accidentes de las Centrales Nucleares de Chernobil y Fukushima-Daiichi cambiaría considerablemente la percepción popular.
En general el público y los medios de comunicación social, suelen llamar energía nuclear a la energía de fisión nuclear. Sin embargo, la energía nuclear se divide en energía de fisión nuclear, cuyo combustible es, generalmente, el uranio y la energía de fusión nuclear, cuyo combustible son los isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio). Existen tres métodos, con posible aplicación energética, para producir energía de las reacciones de fusión nuclear: 1) por confinamiento gravitacional (que es el producido en las estrellas y, en particular, la energía solar), 2) por confinamiento inercial (empleando láseres o haces de partículas) y 3) por confinamiento magnético (empleando campos magnéticos). Es decir, la energía solar térmica y la fotovoltaica son un caso particular de la energía de fusión nuclear y, por tanto, de la energía nuclear.
Consideraciones económicas
Según los estudios realizados en España y Finlandia, el coste de la energía eléctrica nuclear es del orden de la mitad de la eólica y de la décima parte de la solar termoeléctrica. Últimamente, se ha ido reduciendo el coste de la energía eólica aproximándose al de los combustibles fósiles, pero manteniéndose muy superior al de la energía nuclear.
Por un lado, las elevadas primas a las energías renovables y la compensación a las empresas afectadas por la moratoria nuclear del Plan Energético Nacional de 1984, han dado lugar a que el coste del kilovatio hora doméstico, sin incluir impuestos, sea en España el más elevado de Europa (Unión Europea más restantes países europeos), descontando el de Chipre y Malta que por ser islas sin recursos energéticos ni industrias adecuadas, tienen que importar todo el combustible.
Por otro lado, durante los últimos años, la dependencia exterior de las energías fósiles (petróleo, gas natural y carbón), definida como el consumo menos la producción nacional, es del 80% en España, mientras que la media de la Unión Europea de los 27 es del 55% y en Estados Unidos del 25%. Esto significa que España tiene una gran
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dependencia exterior de los combustibles fósiles, originando una inseguridad en su
suministro, que se haya sometido a la oscilación al alza de sus costes y a la gran
emisión de gases de efecto invernadero.
Ventajas e inconvenientes de la Energía de Fisión Nuclear
Las principales ventajas son:
No produce gases de efecto invernadero.
Larga vida: extendida hasta 60 años, y probablemente, hasta los 80.
Produce la energía más barata que existe actualmente: un 80% de la producida en las centrales de combustibles fósiles y del orden de la mitad de la producida en las centrales eólicas.
El coste del uranio es un 5% del coste de generación de la energía eléctrica mientras que los costes del carbón y del gas son un 50% y 70% de los costes de generación de la energía eléctrica.
El uranio se encuentra muy repartido, los principales productores son países o democráticos o políticamente estables, a diferencia del petróleo que se encuentra concentrado en zonas de permanentes tensiones políticas o en países denominados por el Banco Mundial como LICUS (low income countries under stress).
Los principales inconvenientes son:
Residuos radiactivos.
Proliferación nuclear (sólo en la fase de enriquecimiento del uranio).
Los accidentes nucleares deben analizarse cuidadosamente.
Residuos radiactivos. El proceso que se sigue en la actualidad es el siguiente: primeramente los elementos combustibles gastados se almacenan en las piscinas de la misma central nuclear. Posteriormente pueden seguirse dos caminos:
Ciclo abierto. Ciclo cerrado.
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En España, según el Plan General de Residuos Radiactivos (aprobado en junio de 2006), sigue el procedimiento del ciclo abierto, pero almacenándolos en un Almacén Temporal Centralizado ,ATC (Villar de Cañas) durante 60 años, a la espera de decisiones futuras.
Los residuos de baja actividad se almacenan en El Cabril.
Se ha estudiado la posibilidad de transmutar los isótopos radiactivos empleando un Transmutador que consiste en un acelerador de protones.
La proliferación nuclear se puede producir durante el enriquecimiento del uranio por ultracentrifugación. Los hechos de las últimas décadas con los casos de Iraq y Corea del Norte, han demostrado que la firma del TNP no garantiza que no puedan fabricar bombas atómicas.
Actualmente hay diversos países productores de petróleo que están considerando, por primera vez, la instalación de reactores nucleares de potencia para producir energía eléctrica o desalar el agua del mar, debido a que el kilovatio hora nuclear es un 80% más barato que el producido por los combustibles fósiles y casi la mitad del eólico. Entre todos ellos destacan los programas nucleares de Irán y de los Emiratos Árabes Unidos que consideran la posibilidad de instalar 14 reactores nucleares con una producción total de 20.000 megavatios eléctricos.
Accidentes nucleares
Desde 1945 se han ido analizando los tipos de reactores nucleares íntrínsecamente seguros que podrían emplearse en la producción de energía eléctrica, desechándose por peligrosos, los intrínsecamente inseguros, como sucedía con los reactores nucleares de grafito refrigerados por agua ligera (agua natural desionizada y desmineralizada) conocidos posteriormente como del tipo de Chernobil. Esto es debido a que tienen el coeficiente de reactividad por temperatura y huecos en el arranque, positivo (cuando aumenta la temperatura, aumenta el número de fisiones y, por tanto, la energía producida, originando un aumento mayor de temperatura, hasta la fusión del núcleo del reactor). Son reactores sobremoderados. Los restantes tipos de
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reactores desarrollados en los países democráticos son intrínsecamente seguros, submoderados. No obstante, estos reactores sobremoderados tienen la particularidad de que son fáciles de construir, baratos y son los óptimos para producir plutonio militar para las bombas nucleares. Razón por la cual nunca deben emplearse para la producción de energía eléctrica.
Ningún organismo regulador de Seguridad Nuclear de un país democrático autorizaría su construcción.
Los principales accidentes en Centrales Nucleares han sido los siguientes:
1969. Saint Laurent des Eaux. Se fundieron 5 elementos combustibles. No hubo escape de radiactividad.
1970. Dresden, Estados Unidos. Por error se paró la turbina. Aumento de presión. Fuga del edificio de contención. No hubo víctimas.
1972. Surrey I, Reino Unido. Fuga de vapor de agua. 1 muerto por quemaduras.
1979. Three Mile Island (16 km Harrisburg) Estados Unidos. Durante una inspección se dejaron cerradas, por olvido, 2 válvulas del sistema de refrigeración de emergencia.
1986. Chernobil. (Se analizará posteriormente).
2007. Kashiwazaki Kariwa NPS. Terremoto de fuerza 6,8 a 16 km de la Central Nuclear con 7 reactores BWR y 8,2 GWe. Los reactores se pararon sin percances.
2011. Fukushima. (Se analizará posteriormente).
Accidente de la Central Nuclear de Chernobil
El equipo de operación de la Unidad 4 de Chernobil decidió efectuar el 26 de abril de1986 un experimento extraordinariamente arriesgado que nunca habría sido autorizado en un país democrático. Realizó este experimento con objeto de demostrar que era erróneo lo que predecían los físicos e ingenieros nucleares sobre lo peligroso que resultaban los reactores de grafito-agua ligera (tipo RBMK o de Chernobil).
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Estos reactores nucleares de doble uso RBMK carecían de edificio de contención propiamente dicho, ya que estaban dentro de un edificio normal, para poder facilitar los frecuentes procesos de carga y descarga de los elementos combustibles, con objeto de obtener plutonio enriquecido al 94%, necesario para las armas nucleares.
Además, las 4 unidades de la central nuclear de Chernobil estaban construidas sobre un terreno pantanoso, que dificultó el sellado posterior después del accidente, teniendo que cimentarse debajo del reactor.
La propaganda antinuclear y antisoviética de los años 80 dio lugar a que las cerca de 200.000 personas, entre trabajadores y residentes locales que estuvieron expuestas a diferentes niveles de radiación, se contabilizaron, precipitadamente y sin confirmar los datos, como muertes producidas en el accidente.
Desde un principio, los expertos nucleares consideraron que esta cifra parecía altamente irreal, por lo que transcurridos unos 20 años del accidente, la ONU encargó a cerca de un centenar de médicos, biólogos, ecologistas, físicos e ingenieros nucleares la realización de un detallado informe sobre los efectos reales ocurridos durante estos 20 años. En el informe han participado ocho organismos internacionales (OIEA; WHO; ONU-UNDP, ONU-UNEP, ONU-UNOCHA, ONU-UNSCEAR, FAO) junto con los gobiernos de las repúblicas de Rusia, Bielorrusia y Ucrania.
El último informe de Naciones Unidas (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR) fue publicado en febrero de 2011 y ponía de manifiesto la siguiente información: 134 trabajadores de la central sufrieron Síndrome Agudo de Radiación, de los cuales 28 murieron a los pocos meses por la dosis recibida y otros 19, desde 1986 hasta 2006, por causas diversas. Se produjeron 6.000 casos de cáncer de tiroides producidos por el Yodo 131 desde 1986 hasta 2005, entre la población afectada de Bielorrusia, Ucrania y Rusia, contabilizándose 15 fallecimientos.
La dosis media de Cesio 137 detectado en el suelo de las zonas afectadas de Bielorrusia, Ucrania y Rusia desde 1986 hasta 2005, es del orden de la producida por una tomografia axil computerizada (TAC)
Según un informe anterior de la World Health Organization, de las 200.000 personas, entre trabajadores de la central nuclear y residentes locales, un 1%, o sea unas 2000
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personas, estuvieron expuestas a altos niveles de radiación. Aunque no se tienen datos fidedignos, extrapolando otros casos, se estima que durante estos 20 años transcurridos hayan sobrevivido el 90%, lo que supondría unas 200 muertes.
Por tanto, según estos informes, el número de muertes debidas a la radiactividad producidas de 1986 a 2005 es de unas 300.
Este número podría haberse reducido considerablemente si las autoridades soviéticas hubiesen suministrado, desde un principio, pastillas de Yodo estable para evitar los efectos cancerígenos producidos por el Yodo 131 en el tiroides. La administración urgente de Yodo estable en el accidente de una central nuclear, es obligatorio en los países democráticos.
Accidente en las Centrales Nucleares de Fukushima-Daiichi
El 11 de marzo de 2011 se produjo en el Océano Pacífico, próximo a Fukushima, un terremoto de unos 9 grados de fuerza en la escala de Richter, seguido de un tsunami, cuya ola tenía un frente de casi 48 metros de altura (en la zona de la Central Nuclear de Fukushima Dai-ichi) seguida de una larga ola de unos 14 metros de altura. Este inmenso frente de ola, equivalente a la altura de un edificio de 15 pisos, casi cubrió los edificios de los diferentes reactores de la central.
Un terremoto seguido de un tsunami análogo al ocurrido en 2011, sucedió en Japón en el año 869.
La Central Nuclear de Fukushima Dai-ichi tenía 6 reactores del tipo de agua ligera en ebullición, con una potencia eléctrica desde 460 MW (unidad 1) construido en 1971, a 1.100 MW (unidad 6) construido en 1979.
En el instante en que la onda sísmica alcanzó la costa, las barras de control de los reactores 1, 2 y 3 actuaron automáticamente. Los reactores 4, 5 y 6 estaban en parada, recargando el combustible gastado. Cuando llegó el tsunami todos estos reactores estaban ya en parada técnica, no produciéndose energía debida a la fisión del uranio.
La desintegración de los isótopos radiactivos de los elementos combustibles que hay dentro de estos reactores y los almacenados en las piscinas emiten calor que ha de ser evacuado mediante los sistemas de refrigeración de emergencia. La potencia
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producida en estas desintegraciones radiactivas es inicialmente de un 6% de la producida por el reactor durante la operación, bajando a un 1% después del primer día y a un 0,5% después de 5 días.
Los sistemas de refrigeración de emergencia son múltiples: bombas alimentadas por la red exterior de energía eléctrica, la cual se destruyó por el tsunami hasta varios kilómetros de la central nuclear; motores diesel que dejaron de funcionar al poco tiempo, por entrar agua en los tanques de gasóleo; finalmente por baterías de duración limitada.
Al dejar de funcionar los sistemas de refrigeración, la temperatura del agua fue aumentando, originando vapor de agua en la parte superior de los elementos combustibles. Este vapor de algunos reactores reaccionó con el circonio de la vaina de los elementos combustibles, produciéndose hidrógeno, el cual se venteó fuera de los edificios de contención de los reactores, acumulándose en la parte superior de los edificios exteriores, dando lugar a varias explosiones. Al mismo tiempo, algunas vainas de determinados elementos combustible se agrietaron dejando al descubierto zonas del combustible, emitiendo Yodo 131 y en menos cantidad Cesio 137.
Las autoridades japonesas suministraron a la población circundante, después del accidente, pastillas de Yodo estable, evitándose los casos de cáncer de tiroides que fueron la causa principal de las muertes producidas en Chernobil.
Efectos producidos por el terremoto/tsunami en la Central Nuclear de Fukushima Dai-ichi
Aunque el terremoto/tsunami producido en marzo de 2011 es poco probable que pueda repetirse en siglos, lo sucedido en los sistemas de refrigeración de emergencia de las Centrales de Fukushima Dai-ichi, deben servir de experiencia.
De los 15.000 fallecidos en Japón debido al terremoto/tsunami, todavía no se ha producido ninguno por efectos de la exposición a la radiactividad. Sin embargo, la propaganda antinuclear se ha centrado sólo en Fukushima, olvidando que en algunas centrales eléctricas convencionales, fábricas, edificios, los fallecidos se cuentan por miles
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Centrales de Fisión Nuclear
En 2010, el porcentaje de energía eléctrica nuclear es el siguiente: 75% en Francia, producido por sus 58 centrales nucleares; 52% en Bélgica debido a sus 7 CC.NN; 54% en Eslovaquia por sus 4 CC.NN.; 37% en Suecia producido por sus 10 CC.NN.; 43% en Hungría por sus 4 CC.NN.; y 18% en España por sus 8 CC.NN.
En 1984 el gobierno español aprobó el Plan Energético Nacional estableciendo la Moratoria Nuclear que paralizaba la construcción de las 6 centrales nucleares que se encontraban en diferente estado de construcción. Posteriormente, se cerraron Vandellós I y José Cabrera. Esta decisión ha influido considerablemente en el elevado coste de la energía eléctrica en España.
Centrales nucleares después del accidente de Fukushima
Después del accidente de Fukushima la mayoría de los países con centrales nucleares han analizado sus condiciones de seguridad. En la Unión Europea se adoptaron un conjunto de pruebas, denominadas pruebas de resistencia (stress test), con objeto de evaluar sus centrales nucleares en situaciones extremas, más allá de las establecidas en su diseño. Cada organismo regulador, en nuestro caso el Consejo de Seguridad Nuclear, debe enviar antes de abril de 2012 el resultado de estas pruebas.
El accidente de Fukushima no ha afectado, prácticamente, al número de centrales nucleares en proyecto, habiéndose continuado con la construcción de unos 60 reactores nucleares, principalmente en China, Rusia y Corea del Sur. Sólo algunos países como Suiza y Alemania, en cuya política energética prevalecen los partidos verdes, han declarado que abandonarán la producción de energía eléctrica nuclear. Japón ha puesto en parada técnica sus restantes 48 Centrales Nucleares, a la espera del resultado de las pruebas de resistencia.
El nuevo Presidente de Francia ha anunciado que reducirá la producción de energía eléctrica nuclear del 75% actual a un 50% en 2025, manteniendo la fuerza de disuasión de su arsenal nuclear.
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Energía de Fusión Nuclear
La fusión nuclear se produce en los elementos ligeros, del hidrógeno al hierro en el sistema periódico, mientras que la fisión nuclear se produce en los elementos pesados, más allá del hierro.
La energía obtenida en la fusión nuclear es, por unidad de peso, unas 4 veces la obtenida en la fisión nuclear y 6 millones de veces la obtenida en la combustión de la gasolina. Sin embargo, los rendimientos reducen estas cifras considerablemente.
El combustible empleado inicialmente es una mezcla de los isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. El deuterio se encuentra en el agua con una concentración de 34 miligramos de deuterio por litro de agua. El tritio no se encuentra en la naturaleza, pero se consume y se produce dentro de los futuros reactores de fusión nuclear: los neutrones producidos en la fusión nuclear al chocar con el litio que sirve de refrigerante, transforman el Litio 7 en tritio que se consume posteriormente en la fusión nuclear con el deuterio.
Los principales problemas que hay que resolver en la fusión nuclear son:
Para que la energía producida compense a la consumida, es necesario calentar el medio con deuterio y tritio a temperaturas superiores a los 50 millones de grados, típicamente unos 100 millones de grados. Si en vez de los isótopos del hidrógeno se emplease el oxígeno, habría que calentarlo a 5.000 millones de grados.
Por término medio, en cada millón de colisiones del deuterio con el tritio se produce una sola fusión, luego el deuterio y el tritio deben estar confinados para que tengan opción de chocar más veces, producir fusiones y por tanto energía.
Este confinamiento puede llevarse a cabo por tres métodos distintos: por confinamiento gravitacional empleando la fuerza de la gravedad (caso de las estrellas, y, en particular, del Sol, dando lugar a las energías llamadas solar, térmica y fotovoltáica); al confinamiento inercial, empleando ondas de presión producidas por un
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láser de unos megajulios, y por confinamiento magnético empleando campos magnéticos.
Reactores experimentales de fusión nuclear
El 29 de mayo de 2009 se inauguró en el Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore (Estados Unidos) el reactor experimental de fusión nuclear por confinamiento inercial NIF (National Ignition Facility) y, probablemente, dentro de dos a cuatro años se inaugurará el LMJ (Laser Mega Joule), cerca de Burdeos (Francia). Con estos reactores experimentales se espera conseguir la fusión nuclear con ganancia apreciable de energía.
Si los resultados obtenidos fuesen los proyectados, en la década de los años 30 se construiría un reactor demostrador de potencia y, si los resultados siguen siendo aceptables, para mediados de siglo se iniciaría la construcción de un reactor de fusión nuclear productor de energía eléctrica. Sin embargo, la experiencia nos dice que en los procesos de I+D no siempre sale todo bien, con lo que la construcción de este reactor podría retrasarse durante la segunda mitad de este siglo.
En el campo de la fusión nuclear por confinamiento magnético, un consorcio internacional, en el cual participa España, va a construir el reactor experimental ITER (International Termonuclear Experimental Reactor) en Cadarache (Francia) el cual entrará en operación a finales de esta década o principios de la próxima, con lo cual se espera también obtener la fusión nuclear con ganancia de energía.
Solución al grave problema energético español
Teniendo en cuenta que:
Todo el petróleo que se extrajo en 2003 equivale a sólo dos días de refino (esta situación podría mejorarse con la explotación del yacimiento de las Islas Canarias).
Todo el gas natural extraído en 2003 supone el 1% del consumo nacional. El carbón nacional es escaso, costoso de extraer y con azufre (se reduce la
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Hay pocas regiones eólicas que tengan un factor de utilización medio-alto (más de 2.300 h/año).
Las reservas hidroeléctricas están aprovechadas al límite, solamente hay cabida para las minihidráulicas.
La solución al problema energético español sería:
A corto plazo:
Moratoria a las primas a las energías renovables respetando los compromisos legales adquiridos. Moratoria, a ser posible, a la prórroga del Protocolo de Kioto. Ampliar la vida a las Centrales de Fisión Nuclear.
Aprovechar al máximo las actuales Centrales Térmicas de Gas.
A medio y largo plazo:
Almacenamiento y captura del CO2 (unos 5 años USA y muchos más en el
caso problemático de España).
Transmutador de residuos radiactivos de alta actividad. (15 a 30 años). Nuevas Centrales de Fisión Nuclear.
Fusión nuclear:
- Energía solar térmica de alta temperatura.(unos 20 años).
- Energía solar fotovoltáica con nanocélulas o de puntos cuánticos
(cristales semiconductores de unos nanómetros de diámetro). (20 años a 30 años).
- Fusión nuclear por confinamiento inercial y magnético (unos 30 años)
Estas fuentes de energía se irían incorporando, según los resultados de la I+D.
