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
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