Reactores rápidos: La solución nuclear al problema del plutonio

El plutonio es el sueño nuclear hecho pesadilla. Un subproducto de los reactores convencionales de generación eléctrica, es el ingrediente clave en armas nucleares. Y aunque no se convierta en bombas, representa un residuo radiactivo con una herencia de un millón de años, que ya cuesta miles de millones de dólares al año contenerlo.

Y sin embargo, algunos científicos afirman que tenemos la tecnología para quemar plutonio en una nueva generación de “reactores rápidos”. Esto podría resolver el problema de los residuos, reduciendo la amenaza de radiación y proliferación nuclear, y al mismo tiempo generar grandes cantidades de energía de bajas emisiones de carbono. Suena demasiado bueno para ser verdad. Entonces, ¿tienen razón los optimistas tecnológicos o debemos mantener la tradicional repulsión ambiental hacia todo lo nuclear?

La empresa quiere probar esta idea por primera vez en la costa noroeste de Inglaterra, en el notorio vertedero nuclear de Sellafield, que alberga la mayor reserva mundial de plutonio civil. Con cerca de 120 toneladas, almacena más plutonio procedente de reactores que Estados Unidos y Rusia juntos.

Mientras que la mayor parte de los residuos de plutonio civil en el mundo aún está atrapada dentro del combustible nuclear altamente radiactivo, gran parte de ese plutonio británico está en forma de óxido de plutonio en polvo. Ha sido extraído del combustible gastado con la intención de usarlo para alimentar una generación anterior de reactores rápidos que nunca se construyeron. Esto lo hace mucho más vulnerable al robo y al uso en armas nucleares que el plutonio que aún permanece dentro del combustible gastado, como ocurre con la mayor parte del stock de Estados Unidos.

La Royal Society, el equivalente británico a la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, informó el año pasado que el polvo de plutonio, que se almacena en tambores, “plantea un serio riesgo de seguridad” y “socava la credibilidad del Reino Unido en los debates sobre no proliferación”.

El combustible gastado, aunque representa menos riesgo inmediato de proliferación, sigue siendo un importante peligro radiológico durante miles de años. El plutonio, el material radiactivo más ubicuo y problemático dentro del combustible gastado de reactores nucleares, tiene una semivida de 24.100 años. Un reactor típico de 1.000 megavatios produce 27 toneladas de combustible gastado al año.

Ninguno de estos residuos aún tiene un destino final. Si no se utiliza como combustible, deberá mantenerse aislado durante miles de años para proteger a humanos y vida silvestre. El enterramiento en profundidad parece la solución obvia, pero nadie ha construido aún un repositorio geológico. La oposición pública es fuerte, como han descubierto sucesivos gobiernos estadounidenses cuando se discute el vertedero de Yucca Mountain en Nevada, y el costo de construcción será enorme. Así que la idea de construir reactores rápidos para consumir estos residuos es atractiva, especialmente en Gran Bretaña, pero también en otros lugares.

Teóricamente al menos, los reactores rápidos pueden reciclar continuamente su propio combustible hasta que todo el plutonio se agote, generando electricidad todo el tiempo. La enorme reserva de plutonio británica lo convierte en un vasto recurso energético. David MacKay, jefe científico del Departamento de Energía y Cambio Climático, recientemente afirmó que el plutonio británico contiene suficiente energía para alimentar la red eléctrica del país durante 500 años.

Los reactores rápidos podrían hacer lo mismo para Estados Unidos. Durante la presidencia de George W. Bush, Estados Unidos lanzó una Asociación Global de Energía Nuclear orientada al desarrollo de tecnologías para consumir plutonio en el combustible gastado. Pero el presidente Obama redujo drásticamente la financiación de la asociación, al mismo tiempo que detenía los trabajos en el repositorio geológico planeado en Yucca Mountain. “Nos queda un problema de un millón de años”, dice Loewen. “Ahora mismo no hay un marco de políticas en Estados Unidos para resolver este asunto”.

Él cree que el problema único de Gran Bretaña con su reserva de dióxido de plutonio purificado podría desatascar la situación. “El Reino Unido es nuestra mejor oportunidad”, me dijo. “Necesitamos a alguien con la confianza técnica para hacer esto”.

El reactor rápido PRISM está atrayendo adeptos entre ambientalistas que antes se oponían a la energía nuclear. Entre ellos se encuentran pensadores destacados como Stewart Brand y el columnista británico George Monbiot. Y, a pesar de la indiferencia de la administración Obama, algunos funcionarios del gobierno estadounidense parecen discretamente interesados en ayudar al experimento británico a comenzar. Han aprobado la exportación de la tecnología PRISM a Gran Bretaña y la liberación de información técnica secreta del antiguo programa de investigación. Y el Banco de Exportaciones e Importaciones de Estados Unidos, según se informa, está preparado para proporcionar financiación.

Gran Bretaña aún no ha tomado una decisión. Tras decidir intentar reutilizar su reserva de dióxido de plutonio, su Autoridad de Desmantelamiento Nuclear ha emprendido un estudio para determinar qué opción de reutilización apoyar. No hay una fecha firme, pero la decisión, que requerirá la aprobación gubernamental, debería alcanzarse dentro de dos años. Aparte de un reactor de reproducción rápida, la principal alternativa es mezclar el plutonio con otro combustible para crear un combustible mixto de óxidos (mox) que se quemará en plantas nucleares convencionales.

Gran Bretaña tiene un historial de fracasos embarazosos con el mox, incluyendo el cierre el año pasado de una planta de mezcla de 2.000 millones de dólares que durante 10 años produjo una cantidad escasa de combustible. Y los críticos dicen que, incluso si funciona correctamente, el combustible mox es una forma cara de generar poca energía, dejando la mayor parte del plutonio intacto, aunque en una forma menos peligrosa.

Solo los reactores rápidos pueden consumir completamente el plutonio. Muchos piensan que esta será finalmente la elección del Reino Unido. Si es así, la planta PRISM tardaría cinco años en obtener la licencia, cinco años en construirse, y podría destruir probablemente la reserva de plutonio más peligrosa del mundo para finales de la década de 2020. GEH no ha revelado públicamente el costo de construcción de la planta, pero dice que correrá con los gastos, con el gobierno británico pagando solo por resultados, a medida que se destruye el plutonio.

Los defensores de los reactores rápidos los ven como la aplicación nuclear de uno de los pilares del ambientalismo: el reciclaje.

La idea de los reactores de reproducción rápida como objetivo final de la ingeniería nuclear se remonta a los años 50, cuando expertos predecían que estos reactores generarían toda la electricidad británica para los años 70. Pero la administración Clinton finalmente cerró el programa de investigación estadounidense en 1994. Gran Bretaña siguió poco después, cerrando su reactor de reproducción rápida de Dounreay en la costa norte de Escocia en 1995. Otros países han continuado con programas de investigación de reactores de reproducción rápida, incluyendo Francia, China, Japón, India, Corea del Sur y Rusia, que ha estado operando una planta en Sverdlovsk durante 32 años.

Pero ahora el cambio climático, con su urgencia por reducir el uso de combustibles fósiles, y las crecientes reservas de plutonio están cambiando nuevamente las perspectivas. Los planos de los investigadores están siendo sacados del polvo. El diseño PRISM se basa en el Reactor Experimental de Reproducción Número 2, que se activó en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois en 1965 y funcionó durante tres décadas.

Aquí está cómo difieren los reactores convencionales y los rápidos:

• Reactores convencionales: Los reactores nucleares convencionales bombardean átomos de combustible de uranio con neutrones. Bajo este bombardeo, los átomos se dividen, creando más neutrones y energía. Los neutrones se dirigen a dividir más átomos, creando una reacción en cadena. Mientras tanto, la energía calienta un refrigerante que pasa a través del reactor, como el agua, que luego genera electricidad en turbinas convencionales.

• Reactores rápidos: En un reactor rápido, la velocidad de los neutrones no se reduce. El nombre lo dice todo: los mejores resultados para generar energía a partir del combustible de plutonio se logran bombardeando los neutrones mucho más rápido. Esto se logra sustituyendo el moderador de agua por un metal líquido como el sodio.

El problema es que en este proceso solo alrededor del 1% de la energía potencial en el combustible de uranio se convierte en electricidad. El resto permanece atrapado en el combustible, gran parte de él en forma de plutonio, el principal subproducto del ciclo único. La idea de los reactores rápidos es aprovechar más de esta energía del combustible gastado de los reactores convencionales. Y pueden hacerlo reciclando repetidamente el combustible a través del reactor.

La crítica incluye a Adrian Simper, director de estrategia de la Autoridad de Desmantelamiento Nuclear del Reino Unido, que será una de las organizaciones que decida si respaldar el plan PRISM. Simper advirtió el año pasado en un memorando interno que los reactores rápidos no eran “creíbles” como solución al problema del plutonio británico porque aún “no se han demostrado comercialmente” y no podrían desplegarse en 25 años.

Los desafíos técnicos incluyen el hecho de que requeriría convertir el polvo de plutonio en una aleación metálica, con uranio y circonio. Esto sería una actividad industrial a gran escala por sí misma que crearía “una probable gran cantidad de residuos salinos contaminados con plutonio”, dijo Simper.

Simper también está preocupado de que el plutonio metálico, una vez preparado para el reactor, sería aún más vulnerable al robo para fabricar bombas que el óxido en polvo. Esta visión es compartida por la Unión de Científicos Preocupados en Estados Unidos, que argumenta que el plutonio liberado del combustible gastado en preparación para el reciclaje “sería peligrosamente vulnerable al robo o al mal uso”.

GEH dice que Simper se equivoca y que la tecnología está en gran parte probada. Esa visión parece ser compartida por MacKay, quien supervisa las actividades de la autoridad de desmantelamiento.

El argumento sobre el riesgo de proliferación se reduce a plazos. A largo plazo, quemar el plutonio obviamente elimina el riesgo. Pero a corto plazo, probablemente habría mayores riesgos de seguridad. Otra crítica es más general: la industria nuclear tiene un historial de entregar proyectos con retraso y con costos excesivamente altos, y a menudo ni siquiera los entrega.

John Sauven, director de Greenpeace Reino Unido, y Paul Dorfman, analista de política nuclear en la Universidad de Warwick, Inglaterra, argumentaron recientemente que esto hacía que todas las opciones nucleares fueran una pobre alternativa a las energías renovables para entregar energía de bajas emisiones de carbono. “Incluso si estos últimos planes pudieran hacerse funcionar, los reactores PRISM no resuelven los principales problemas con la energía nuclear: el historial de la industria de no construir reactores a tiempo y dentro del presupuesto”, escribieron en una carta al periódico The Guardian. “Se nos pide que esperemos mientras una industria que tiene un historial de fracasos muy costosos investiga otra tecnología nueva, mucho más prometedora pero aún teórica”.

Pero este enfoque tiene dos problemas. Primero, el cambio climático. Aparte de la hidroelectricidad, que tiene sus propios problemas ambientales serios, la energía nuclear es la única fuente de energía concentrada a gran escala verdaderamente de bajas emisiones de carbono actualmente disponible. Por buena que resulten las energías renovables, ¿podemos permitirnos realmente renunciar a la energía nuclear?

Para mí, a pesar de mis reservas sobre la industria nuclear, el caso a favor de la energía nuclear como componente de un impulso hacia una economía baja en carbono y amigable con el clima es convincente. [Hace unos meses, firmé una carta con Monbiot y otros al primer ministro británico David Cameron, argumentando que los ambientalistas estaban vistiendo su oposición doctrinaria y tecnofóbica a todo lo nuclear detrás de argumentos alarmistas y a menudo endebles sobre costos. Mantengo esa visión.]

Quienes continúan oponiéndose a la energía nuclear tienen que explicar cómo abordarían esas reservas peligrosas de plutonio, ya sea en combustible gastado o en tambores de dióxido de plutonio. Tienen semividas medidas en decenas de miles de años. Ignorarlos no es una opción.