Sociedad Nuclear Española 40º Aniversario

Madrid, 26 febrero 2014

La energía nuclear ante la reducción de emisiones

Manuel Lozano Leyva

División del mundo Concentración en las costas

ENERGÍA (Electricidad y transporte)

Fuente: IEA World

1,600 millones de personas (un 25% de la humanidad) no tiene electricidad

Datos básicos del consumo de energía

Mundo: 12.000 millones de toneladas equivalentes de petróleo

Promedio por persona: 1.800 kgep/año

No distribuida equitativamente por país y persona: USA: 7.800 kgep/año UE: 4.300 kgep/año China: 1.150 kgep/año India: 512 kgep/año Bangladesh: 161 kgep/año

Índice de Desarrollo Humano (esperanza de vida al nacer, renta per cápita, alfabetización, etc.)

IDH

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

E (kgep/a)

IDH

Serie1

IDH vs. consumo de energía

Si todos los países IDH > 0,9

ahorraran hasta el punto

de saturación 3 tep/p

IDH

Demanda de energía primaria (kgep/persona)

Objetivo países 0,8 < IDH < 0,9

Efuturo ≈ 2,5 E actual

(sin aumento de población)

Efuturo≈ 1,8 Eactual

(sin aumento de población)

Si todos los países convergieran

Efuturo ≈ 2 Eactual

(sin aumento de población)

Efuturo ≥ 2 Eactual

España

China

35%

25%

20%

4%

6%

Fuentes de energía primaria

Combustión de fósiles 80% Renovables < 1%

Ventajas de los combustibles fósiles

1. Alta densidad de energía: con 1 litro de gasolina se puede trasladar una tonelada 15 km

3. Abundantes

4. Imprescindible para aviación y productos derivados de petróleo

2. Facilidad de transporte sólido, líquido y gas

1. Geopolíticos

Inconvenientes de los combustibles fósiles

2. Independencia y soberanía

3. Descontrol de los precios

Fuente: IEA World Energy Outlook 2006

Muertes al año (en miles) causadas por la contaminación originada por el carbón, el gas y el petróleo. El total es 1,5 millones, la mitad de ellos son niños menores de cinco años.

4. Seguridad

El País, 22 febrero 2014

OMS Muertes atribuibles a la contaminación del aire: 1,3 millones Muertes atribuibles a fuegos domésticos para calentar y cocinar: 2 millones

The Lancet Oncology Muertes por cáncer de pulmón atribuibles a la contaminación en 2010: 223.000

Producción de electricidad

Agresión al planeta

Central Térmica As Pontes de García Rodriguez (A

Coruña)

—Media de emisiones (2005-2007): 9.121.027 toneladas

de CO2

(lo mismo que emiten unos 3.000.000 coches al año)

—Potencia instalada: 1.400 MW

¿Cambio climático?

Tiempo

Cambio climático

Concentración de gases de efecto invernadero

Tiempo

Concentración de gases de efecto invernadero

Cambio climático

Tiempo

Concentración de gases de efecto invernadero Cambio climático

Tiempo

Concentración de gases de efecto invernadero Cambio climático

Tiempo

Concentración de gases de efecto invernadero

Cambio climático

Efecto cambio climático sobre las ciudades

Subida del nivel del mar Filtración Desalinización Transporte de agua

Subida de temperatura Aumento de aire acondicionado

Bajada de temperatura Aumento de calefacción

Aumento de fenómenos extremos Aumento resistencia estructural

AUMENTO DE ENERGÍA NECESARIA

La falta de seguridad en el petróleo, el gas y la electricidad, puede promocionar el uso de tecnologías de baja emisión de carbono, como la nuclear, las renovables o el secuestro de carbono

Las nuevas tecnologías, que pueden mejorar el acceso a una energía limpia, incluyen el uso de nucleares avanzadas

Panel Intergubernamental del Cambio Climático

Para alcanzar la demanda de energía se necesitará una combinación de fuentes energéticas: fósiles, renovables y nuclear

Hay incertidumbres asociadas a la energía nuclear porque los mercados financieros les aplican mayores intereses para cubrir la percepción del riesgo

La emisión de gases de efecto invernadero, en el ciclo de vida de una nuclear, es comparable a la de las energías renovables

El reproceso y la tecnología de transmutación pueden minimizar los volúmenes y toxicidad de los residuos

Existe uranio suficiente para siglos, y con los reactores reproductores rápidos la capacidad se multiplicaría por un factor adicional de 8

La energía nuclear y las renovables serían más competitivas si se le aplicaran las subvenciones al gas y al carbón.

1. Poco contaminantes

Ventajas de las centrales nucleares

(Salvo en fases de construcción y desmantelamiento)

2. Residuos controlables, reciclables y, seguramente, transmutables

Ventajas de las centrales nucleares

3. Combustibles abundantes y distribuidos por todo el planeta

Ventajas de las centrales nucleares

Reprocesado: Separación química de 95,6% de U y 240 kg Pu Reutilización: no sostenible, pero sí reciclable

Ciclos nodriza o criadero (más MOX): Generan más combustible que consumen del cargado: sostenible

Ventajas de las centrales nucleares 4. Desarrollos tecnológicos de futuro:

IV, V, VI… Generaciones de fisión

Fusión

40 años no es nada

Obstáculos 1. Presión social

Ideologización

Se la contrapone a las renovables, no a las fósiles y, en consecuencia…

…como las renovables son de izquierdas, las nucleares son de derechas

Sin embargo: Endesa, única gran empresa en el sector fotovoltaico, tiene instalada la misma potencia que… ¡¡la casa de Alba!! El despegue eólico se inició bajo gobierno conservador Quien más renovable ha instalado en España ha sido Franco Casi todas las nucleares se instalaron durante gobierno socialista

Difícil contrarrestar prejuicios y caricaturas

10 millones de dólares para un asesinato es mucho, pero…

…por semanas de horror radiactivo en directo en prime time, es poco.

Caso Litvinenko

¿Es demasiado vital para Rusia la dependencia de la UE del gas?

Chernóbil Fukushima

Hito político y social Hito informativo y técnico

Soberanía e independencia

La ingeniería El combustible nuclear

Generaciones II, III y IV Torio

Estrategia RIC

(G II, CANDU, Torio)

Minería 20.000 Tm de mineral de uranio al 1%

Concentración 230 Tm de óxido de uranio (195 Tm de U)

Conversión 288 Tm de UF6 (195 Tm U)

Enriquecimiento 35 Tm de UF6 (24 Tm de U enriquecido)

Fabricación de

combustible 27 Tm de UO2 (24 Tm de U enriquecido)

Operación del

reactor 8.640 millones de kWh de electricidad

Residuos

27 Tm conteniendo

240 kg de plutonio, 23Tm de uranio (0.8% de 235U) y

720 kg de fragmentos de fisión y transuránicos.

95-96% Uranio 1% Plutonio

3-4% resto

95,6% (23 Tm) Uranio (232U: 0,1-0,3%; 234U: 0,1-0,3%; 235U: 0,5-1,0%; 236U: 0,4-0,7%; resto: 238U)

2,9% Fragmentos de fisión estables

0,9% (240 kg) Plutonio

0,3% Cesio y Estroncio (fragmentos de fisión)

0,1% Yodo y Tecnecio (fragmentos de fisión)

0,1% Fragmentos de fisión de vida larga

0,1% Americio, Curio y Neptunio (transuránicos de

vida larga)

Residuos 27 Tm conteniendo 240 kg de plutonio, 23Tm de uranio (0.8% de 235U) y 720 kg de fragmentos de fisión y transuránicos.

Central Nuclear

Elementos

de combustible

usado

Almacenamiento temporal

Planta de reprocesamiento

Residuos

Tratamiento

Almacén

Uranio

Uranio Plutonio

MOX

Concentración

Conversión

Enriquecimiento

Elementos

de combustible U

Reciclado

ESBWR (GE-Hitachi)

Reactor BWR seguridad pasiva: gravedad, convección natural, etc.

Antes

Después

El torio

β- β- 232Th + n → 233Th → 233Pa → 233U 22,3 min 27 días

β- β- 238U + n → 239U → 239Np → 239Pu 23 min 2,3 días

Unas 5 veces más abundante que el uranio Unas 40 veces más eficiente Más seguros (no H -presión atmosférica-, no fusión del núcleo, etc.) Menos residuos Proliferación imposible

Abundancia del Torio

Reservas Mundiales Torio

País

Australia

India

EE.UU.

Noruega

Canadá

Sudáfrica

Brasil

Otros países

Total Mundial

Reserva

(tons)

340,000

300,000

300,000

180,000

100,000

39,000

18,000

100,000

1,400,000

Fuente: U.S. Geological Survey, Mineral

Commodity Summaries, January 2008

El Torio es tan abundante como el plomo:13 ppm en el granito

India, Australia, Canada, EE.UU., Noruega, tienen vetas aprovechables para minería

Recurso muy distribuido y abundante: cubrir todo el consumo eléctrico anual de EE.UU. con torio requiere ~400 tm

Noruega, sólo en la región de Telemark se estiman 130.000 tm de reservas de torio. Una mina (Idaho) produce típicamente 4.000 tm de torio al año

Opción 1: Pebble Bed Reactor •Pila de Minireactores esféricos (“bolas”)

•Moderado por grafito pirolítico (no arde)

•Refrigerado por helio (nuclearmente inerte)

•Reactividad controlada por efecto

Doppler y enfriamiento radiativo (~T5)

•Configuración en silo de bolas: el reactor

puede desarmarse rápidamente

•Operación a alta presión (~90 atm) para

compensar la baja densidad del helio

AVR 1967-1988 15 MWt 360,000 bolas

Torio en PBR: THTR 300

1985-1989 Reactor THTR 300: Reactor PBR de 760 MWt (307 Mwe) Helio como refrigerante 620 bolas reemplazadas cada día (670000 en total) Residencia de cada bola: 3 años Se cerró en la estela de Chernobyl China está construyendo uno: http://www.bloomberg.com/news/2011-03-23/china-to-build-nuclear-plant-using-fourth-generation-technology-in-april.html

http://www.thtr.de/index.htm

Bola TRISO (Tristructural ISOtropic)

•La bola aguanta más de 3000ºC

•Contiene los fragmentos de fisión volátiles (135Xe incluido)

•El grafito pirolítico no arde debido a su compactación

•Reactor en una bola: el grafito modera los neutrones, el carburo de silicio actúa como contención.

•El fisible puede ser 235U en matriz de 238Uo 233U en matriz de 232Th

•Reprocesamiento del combustible extremadamente difícil

•El PBR es extremadamente seguro pero sus costes de capital son muy altos (combustible especial, manejo de tolvas radioactivas, vasija a alta presión) aunque posiblemente menores que el LWR por su mayor seguridad y es más rentable en operación por su mayor eficiencia termodinámica (900ºC).

Opción 2: Reactores de Sal Fundida

MSR 1965-1969 7 MWt epitérmico ~150 l/min

Bomba de Sal

Núcleo Reactor

Intercambiador Térmico

¿La solución ideal? Reactores Asistidos

•Se generan neutrones por reacciones inducidas por proyectiles desde aceleradores

de partículas (espalación con protones 1 GeV, fotonuclear por bremsstrahlung con

electrones <100 MeV)

•La neutrónica del reactor ya no es autosostenida: enorme flexibilidad de combustible

•MYRRHA: http://myrrha.sckcen.be/ , reactor dióxido de torio (barras sólidas)

•Reactor FUJI: reactor de fluoruro de torio (sal fundida)

•Puede operar como reactor productor o como transmutador de residuos.

•Es el futuro de la energía nuclear de fisión

•Proyectos en la Unión Europea, India, Japón, EE.UU. en diferentes fases

233U de inicialización

Problemas inherentes a las sales fundidas

Toxicidad del berilio

Pérdida de neutrones retardados

Tratamiento de residuos (ej., solubilidad en agua del fluoruro de cesio)

Corrosión por teluro (PF)

Daños por radiación neutrónica de aleaciones de níquel

Producción de tritio a partir de litio

Costes desconocidos de construcción y, sobre todo, desmantelamiento

ETC

Emplazamientos ante posible cambio climático

Simbiosis

El camino hacia la fusión nuclear

JET

ITER

Objetivos:

1. Seguridad Consejo de Seguridad Nuclear: popularización Empresas: inversión Universidades y CSIC: investigación

2. Desideologización Acuerdos de estado entre partidos políticos

3. Información Científicos e ingenieros no vinculados a la industria, Academias, etc.

4. Formación Universidades, empresas, instituciones (SNE, Academias, etc.)

Lise Meitner (Austria)

Enrico Fermi (Italia)

La energía nuclear: una conquista europea

Ernest Rutherford (RU-NZ)

Niels Bohr (Dinamarca)

Más energía

Más eficiencia y un consumo más racional

Más renovables razonables

Más nucleares

Menos carbón, gas y petróleo (mejor ninguno)

Fin