Energía nuclear
Definición
La energía nuclear es el uso de reacciones nucleares que liberan energía nuclear para generar calor, que con mayor frecuencia se utiliza en turbinas de vapor para producir electricidad en una planta de energía nuclear. La energía nuclear se puede obtener a partir de la fisión nuclear, la descomposición nuclear y la fusión nuclear. En la actualidad, la gran mayoría de la electricidad de la energía nuclear se produce por la fisión nuclear de elementos en la serie de actínidos de la tabla periódica. Los procesos de descomposición nuclear se usan en aplicaciones de nicho como los generadores termoeléctricos de radioisótopos. La posibilidad de generar electricidad a partir de la fusión nuclear aún se encuentra en una fase de investigación sin aplicaciones comerciales. Este artículo trata principalmente de la energía de fisión nuclear para la generación de electricidad.
La energía nuclear es uno de los principales métodos de generación de energía baja en carbono para producir electricidad. En términos de emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida total por unidad de energía generada, la energía nuclear tiene valores de emisión comparables o inferiores a la energía renovable. Desde el comienzo de su comercialización en la década de 1970, la energía nuclear evitó aproximadamente 1,84 millones de muertes relacionadas con la contaminación atmosférica y la emisión de aproximadamente 64 mil millones de toneladas de dióxido de carbono equivalente que de otro modo hubieran resultado de la quema de combustibles fósiles en centrales térmicas.
A partir de abril de 2018, hay 449 reactores de fisión operables en el mundo, con una capacidad eléctrica combinada de 394 gigavatios (GW). Además, hay 58 reactores en construcción y 154 reactores planeados, con una capacidad combinada de 63 GW y 157 GW, respectivamente. La mayoría de los reactores en construcción son de diseño de reactores de generación III, con la mayoría en Asia. Se proponen más de 300 reactores más.
Hay un debate social sobre la energía nuclear. Los proponentes, como la Asociación Nuclear Mundial y los ambientalistas para la Energía Nuclear, sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía segura y sostenible que reduce las emisiones de carbono. Los opositores, como Greenpeace International y NIRS, sostienen que la energía nuclear plantea muchas amenazas para las personas y el medioambiente.
En los diseños de reactores de las Generaciones I y II se han producido accidentes de gran alcance con reactores de potencia de fisión, o accidentes que dieron lugar a la contaminación de las zonas habitadas por productos de fisión de vida media a larga. Estos incluyen el desastre de Chernobyl en 1986, el desastre nuclear de Fukushima Daiichi en 2011 y el accidente de Three Mile Island en 1979. También ha habido algunos accidentes de submarinos nucleares. En términos de vidas perdidas por unidad de energía generada, el análisis ha determinado que los reactores de fisión eléctrica han causado menos muertes por unidad de energía generada que las otras fuentes principales de generación de energía. La producción de energía a partir de carbón, petróleo, gas natural e hidroelectricidad ha causado un mayor número de muertes por unidad de energía generada debido a la contaminación del aire y los efectos de los accidentes de energía.
La colaboración en investigación y desarrollo hacia una mayor seguridad nuclear pasiva, eficiencia y reciclaje del combustible gastado en los futuros reactores de la Generación IV incluye actualmente a Euratom y la cooperación de más de 10 países permanentes a nivel mundial.
Historia
Orígenes
En 1932, el físico Ernest Rutherford descubrió que cuando los átomos de litio se "dividían" por protones de un acelerador de protones, se liberaban inmensas cantidades de energía de acuerdo con el principio de equivalencia masa-energía. Sin embargo, él y otros pioneros de la física nuclear, Niels Bohr y Albert Einstein, creían que era improbable que se aprovechara el poder del átomo para fines prácticos en cualquier momento en el futuro cercano, y Rutherford etiquetó tales expectativas como "brillo de luna".
El mismo año, su estudiante de doctorado James Chadwick descubrió el neutrón, que fue reconocido inmediatamente como una herramienta potencial para la experimentación nuclear debido a su falta de carga eléctrica. La experimentación con bombardeo de materiales con neutrones llevó a Frédéric e Irène Joliot-Curie a descubrir la radioactividad inducida en 1934, que permitía la creación de elementos similares al radio a un precio mucho menor que el del radio natural. El trabajo adicional de Enrico Fermi en la década de 1930 se centró en el uso de neutrones lentos para aumentar la efectividad de la radioactividad inducida. Los experimentos de bombardeo de uranio con neutrones llevaron a Fermi a creer que había creado un nuevo elemento transuránico, que se denominó hesperium.
Pero en 1938, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann, junto con la física austriaca Lise Meitner y el sobrino de Meitner, Otto Robert Frisch, realizaron experimentos con los productos del uranio bombardeado con neutrones, como un medio para seguir investigando las afirmaciones de Fermi. Ellos determinaron que el neutrón relativamente pequeño dividió el núcleo de los átomos de uranio masivo en dos piezas más o menos iguales, lo que contradice a Fermi. Este fue un resultado extremadamente sorprendente: todas las otras formas de descomposición nuclear implicaban solo pequeños cambios en la masa del núcleo, mientras que este proceso -llamado "fisión" como referencia de la biología- implicaba una ruptura completa del núcleo. Numerosos científicos, incluido Leó Szilárd, que fue uno de los primeros, reconocieron que si las reacciones de fisión liberaban neutrones adicionales, una reacción nuclear en cadena autosostenida podría resultar. Una vez que esto fue confirmado y confirmado experimentalmente por Frédéric Joliot-Curie en 1939, científicos de muchos países (incluidos Estados Unidos, el Reino Unido, Francia, Alemania y la Unión Soviética) solicitaron a sus gobiernos apoyo para la investigación de fisión nuclear, solo la cúspide de la Segunda Guerra Mundial, para el desarrollo de un arma nuclear.
Primer reactor nuclear
En los Estados Unidos, donde Fermi y Szilárd habían emigrado, esto condujo a la creación del primer reactor artificial, conocido como Chicago Pile-1, que alcanzó criticidad el 2 de diciembre de 1942. Este trabajo se convirtió en parte del Proyecto Manhattan. , un proyecto militar masivo secreto del gobierno de los Estados Unidos para hacer uranio enriquecido mediante la construcción de grandes reactores para reproducir el plutonio para su uso en las primeras armas nucleares. Estados Unidos probó bombas atómicas y eventualmente estas armas fueron usadas para atacar las ciudades de Hiroshima y Nagasaki.
A diferencia de otras aplicaciones de energía de fisión, en reactores de fisión nuclear comerciales, el sistema está diseñado y operado en un estado que de otro modo sería autoextinguible. Los fenómenos físicos específicos del reactor, de los que se depende para continuar la salida de calor constante, son las transformaciones o movimientos predeciblemente retrasados y, por lo tanto, comparativamente fáciles de controlar, de una clase vital de producto de fisión a medida que se descomponen. Operando en este estado crítico retrasado, con la dependencia de la transformación o movimiento inherentemente retardado de los productos de fisión para mantener la reacción de autoextinción, el proceso ocurre lo suficientemente lento como para permitir la retroalimentación humana sobre el control de la temperatura.
En 1945, la primera cuenta ampliamente distribuida de la energía nuclear, en la forma del libro The Atomic Age , discutió los usos pacíficos de la energía nuclear en el futuro y describió un futuro en el que los combustibles fósiles no se utilizarían. El premio Nobel Glenn Seaborg, que más tarde presidió la Comisión de Energía Atómica, fue citado diciendo que "habrá transbordadores terrestres con propulsión nuclear, corazones artificiales con propulsión nuclear, piscinas con calefacción de plutonio para buzos y mucho más".
El Reino Unido, Canadá y la URSS procedieron a investigar y desarrollar industrias nucleares en el transcurso de la década de 1940 y principios de 1950. La electricidad fue generada por primera vez por un reactor nuclear el 20 de diciembre de 1951, en la estación experimental EBR-I cerca de Arco, Idaho, que inicialmente produjo alrededor de 100 kW. También se investigó intensamente en los Estados Unidos la propulsión marina nuclear, con un reactor de prueba que se estaba desarrollando en 1953 (con el tiempo, el USS Nautilus, el primer submarino de propulsión nuclear, se lanzaría en 1955). En 1953, el presidente estadounidense Dwight Eisenhower pronunció su discurso "Átomos para la paz" en las Naciones Unidas, enfatizando la necesidad de desarrollar usos "pacíficos" de la energía nuclear rápidamente. Esto fue seguido por las Enmiendas de 1954 a la Ley de Energía Atómica que permitieron la desclasificación rápida de los Estados Unidos.
Primeros años
El 27 de junio de 1954, la planta de energía nuclear Obninsk de la URSS se convirtió en la primera planta de energía nuclear del mundo en generar electricidad para una red eléctrica, y produjo alrededor de 5 megavatios de energía eléctrica.
Más tarde en 1954, Lewis Strauss, entonces presidente de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC estadounidense, precursor de la Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU. Y el Departamento de Energía de los Estados Unidos) habló de que la electricidad en el futuro sería "demasiado barata para medir". Es muy probable que Strauss se refiriera a la fusión de hidrógeno, que se estaba desarrollando secretamente como parte del Proyecto Sherwood en ese momento, pero la declaración de Strauss se interpretó como una promesa de energía muy barata a partir de la fisión nuclear. La propia AEC emitió testimonios mucho más realistas sobre la fisión nuclear al Congreso de los EE. UU. Unos meses antes, y proyectó que "los costos pueden reducirse ... [a] ... casi lo mismo que el costo de la electricidad de fuentes convencionales. .. "
En 1955, la "Primera Conferencia de Ginebra" de las Naciones Unidas, la reunión más grande del mundo de científicos e ingenieros, se reunió para explorar la tecnología. En 1957, EURATOM se lanzó junto con la Comunidad Económica Europea (esta última es ahora la Unión Europea). El mismo año también se lanzó el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA).
La primera estación de energía nuclear comercial del mundo, Calder Hall en Windscale, Inglaterra, se inauguró en 1956 con una capacidad inicial de 50 MW (más tarde 200 MW). El primer generador nuclear comercial que entró en funcionamiento en los Estados Unidos fue el Reactor Shippingport (Pennsylvania, diciembre de 1957).
Una de las primeras organizaciones en desarrollar energía nuclear fue la Armada de los Estados Unidos, con el propósito de propulsar submarinos y portaaviones. El primer submarino de propulsión nuclear, el USS Nautilus , salió a la mar en diciembre de 1954. A partir de 2016, la flota de submarinos de la Armada de los EE. UU. Está compuesta exclusivamente por buques de propulsión nuclear, con 75 submarinos en servicio. Dos submarinos nucleares estadounidenses, USS Scorpion y USS Thresher , se perdieron en el mar. Actualmente se estima (2016) que la Armada rusa tiene 61 submarinos nucleares en servicio; ocho submarinos nucleares soviéticos y rusos se han perdido en el mar. Esto incluye el submarino soviético K-19 accidente del reactor en 1961 que resultó en 8 muertes y más de 30 personas fueron expuestas en exceso a la radiación. El accidente del reactor submarino soviético K-27 en 1968 resultó en 9 muertes y otras 83 lesiones. Por otra parte, el submarino soviético K-429 se hundió dos veces, pero se levantó después de cada incidente. Varios accidentes nucleares y de radiación graves han implicado percances de submarinos nucleares.
El ejército de EE. UU. También tenía un programa de energía nuclear, que comenzó en 1954. La planta de energía nuclear SM-1, en Fort Belvoir, Virginia, fue el primer reactor de energía en los Estados Unidos en suministrar energía eléctrica a una red comercial (VEPCO), en Abril de 1957, antes de Shippingport. El SL-1 era un reactor de energía nuclear experimental del Ejército de Estados Unidos en la National Reactor Testing Station en el este de Idaho. Sufrió una explosión de vapor y una fusión en enero de 1961, que mató a sus tres operadores. En la Unión Soviética en la instalación de la Asociación de Producción Mayak hubo varios accidentes, incluida una explosión, que liberaron 50-100 toneladas de desechos radiactivos de alto nivel. , contaminando un gran territorio en los Urales orientales y causando numerosas muertes y lesiones. El gobierno soviético mantuvo este accidente en secreto durante unos 30 años.
Desarrollo
La capacidad nuclear instalada inicialmente aumentó relativamente rápido, pasando de menos de 1 gigavatio (GW) en 1960 a 100 GW a fines de la década de 1970, y 300 GW a fines de la década de 1980. Desde finales de la década de 1980, la capacidad mundial ha aumentado mucho más lentamente, alcanzando los 366 GW en 2005. Entre 1970 y 1990, se estaban construyendo más de 50 GW de capacidad (alcanzando un máximo de 150 GW a fines de la década de 1970 y principios de la de 1980). , se planearon alrededor de 25 GW de nueva capacidad. Más de dos tercios de todas las centrales nucleares ordenadas después de enero de 1970 fueron canceladas. Un total de 63 unidades nucleares fueron canceladas en los Estados Unidos entre 1975 y 1980.
Durante las décadas de 1970 y 1980, los crecientes costos económicos (relacionados con tiempos de construcción prolongados debido en gran parte a cambios regulatorios y litigios de grupos de presión) y la caída de los precios de los combustibles fósiles hicieron que las centrales nucleares en construcción resultaran menos atractivas. En los años ochenta (EE. UU.) Y en la década de los noventa (Europa), el crecimiento de la carga plana y la liberalización de la electricidad también hicieron que la incorporación de una gran capacidad de carga de base no fuera atractiva.
La crisis del petróleo de 1973 tuvo un efecto significativo en países como Francia y Japón, que se habían basado más en el petróleo para la generación eléctrica (39% y 73% respectivamente) para invertir en energía nuclear.
Alguna oposición local a la energía nuclear surgió a principios de la década de 1960, y a fines de la década de 1960 algunos miembros de la comunidad científica comenzaron a expresar sus preocupaciones. Estas preocupaciones se relacionan con los accidentes nucleares, la proliferación nuclear, el alto costo de las plantas de energía nuclear, el terrorismo nuclear y la eliminación de desechos radiactivos. A principios de la década de 1970, hubo grandes protestas sobre una planta de energía nuclear propuesta en Wyhl, Alemania. El proyecto fue cancelado en 1975 y el éxito antinuclear en Wyhl inspiró la oposición a la energía nuclear en otras partes de Europa y América del Norte. A mediados de la década de 1970, el activismo antinuclear había ido más allá de las protestas y la política locales para obtener un mayor atractivo e influencia, y la energía nuclear se convirtió en un tema de gran protesta pública. Aunque carecía de una única organización coordinadora, y no tenía objetivos uniformes, el movimiento ' Los esfuerzos de S ganaron mucha atención. En algunos países, el conflicto de la energía nuclear "alcanzó una intensidad sin precedentes en la historia de las controversias tecnológicas".
En Francia, entre 1975 y 1977, unas 175,000 personas protestaron contra la energía nuclear en diez manifestaciones. En Alemania Occidental, entre febrero de 1975 y abril de 1979, unas 280,000 personas participaron en siete manifestaciones en sitios nucleares. Varias ocupaciones de sitios también fueron intentadas. A raíz del accidente de Three Mile Island en 1979, unas 120,000 personas asistieron a una manifestación contra la energía nuclear en Bonn. En mayo de 1979, aproximadamente 70,000 personas, incluido el entonces gobernador de California, Jerry Brown, asistieron a una marcha y manifestación contra la energía nuclear en Washington, DC. Grupos de energía antinuclear surgieron en todos los países que han tenido un programa de energía nuclear.
Three Mile Island y Chernobyl
Las preocupaciones de salud y seguridad, el accidente de 1979 en Three Mile Island y el desastre de Chernobyl en 1986 contribuyeron a detener la construcción de nuevas plantas en muchos países, aunque la organización de políticas públicas, Brookings Institution, afirma que las nuevas unidades nucleares, en el momento de la publicación en 2006, no se había construido en los Estados Unidos debido a la suave demanda de electricidad y el exceso de costos en las plantas nucleares debido a problemas de reglamentación y retrasos en la construcción. A fines de la década de 1970, quedó claro que la energía nuclear no crecería tan dramáticamente como se creía. Eventualmente, más de 120 pedidos de reactores en los Estados Unidos fueron finalmente cancelados y la construcción de nuevos reactores se detuvo. Una historia de portada en la edición del 11 de febrero de 1985 de Forbes La revista comentó sobre el fracaso general del programa de energía nuclear de los EE. UU. y dijo que "se ubica como el mayor desastre gerencial en la historia comercial".
A diferencia del accidente de Three Mile Island, el accidente mucho más grave de Chernobyl no aumentó las regulaciones que afectan a los reactores occidentales, ya que los reactores de Chernobyl tenían el problemático diseño RBMK solo utilizado en la Unión Soviética, por ejemplo, careciendo de edificios de contención "robustos". Muchos de estos RBMK los reactores todavía están en uso hoy en día. Sin embargo, se realizaron cambios tanto en los propios reactores (uso de un enriquecimiento más seguro de uranio) como en el sistema de control (prevención de los sistemas de seguridad de desactivación), entre otras cosas, para reducir la posibilidad de un accidente duplicado.
Se creó una organización internacional para promover el conocimiento de la seguridad y el desarrollo profesional de los operadores en instalaciones nucleares: Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO).
La oposición en Irlanda y Polonia impidió los programas nucleares allí, mientras que Austria (1978), Suecia (1980) e Italia (1987) (influenciados por Chernobyl) votaron en referendos para oponerse o eliminar gradualmente la energía nuclear. En julio de 2009, el Parlamento italiano aprobó una ley que canceló los resultados de un referéndum anterior y permitió el inicio inmediato del programa nuclear italiano. Después del desastre nuclear de Fukushima Daiichi, se impuso una moratoria de un año para el desarrollo de la energía nuclear, seguida de un referéndum en el que más del 94% de los votantes (con un 57% de participación) rechazaron los planes para una nueva energía nuclear.
Renacimiento nuclear
Desde aproximadamente 2001 el término renacimiento nuclear se ha utilizado para referirse a un posible renacimiento de la industria de energía nuclear, impulsado por el aumento de los precios de los combustibles fósiles y las nuevas preocupaciones sobre el cumplimiento de los límites de emisión de gases de efecto invernadero. Dado que la energía nuclear comercial comenzó a mediados de la década de 1950, 2008 fue el primer año en que ninguna nueva planta de energía nuclear se conectó a la red, aunque dos se conectaron en 2009.
Desastre Nuclear de Fukushima Daiichi
Tras el terremoto de Tōhoku el 11 de marzo de 2011, uno de los terremotos más grandes jamás registrados y un posterior tsunami en la costa de Japón, la central nuclear de Fukushima Daiichi sufrió múltiples fusiones de núcleos debido a fallas del sistema de refrigeración de emergencia por falta de suministro de electricidad . Esto resultó en el accidente nuclear más grave desde el desastre de Chernobyl.
El accidente nuclear de Fukushima Daiichi provocó un nuevo examen de la seguridad nuclear y la política de energía nuclear en muchos países y planteó interrogantes entre algunos comentaristas sobre el futuro del renacimiento. Alemania planea cerrar todos sus reactores para 2022, e Italia ha reafirmado su prohibición de los servicios eléctricos que generan, pero no importan, electricidad derivada de la fisión. China, Suiza, Israel, Malasia, Tailandia, el Reino Unido y Filipinas también han revisado sus programas de energía nuclear, mientras que Indonesia y Vietnam todavía planean construir plantas de energía nuclear.
En 2011, la Agencia Internacional de Energía redujo a la mitad su estimación previa de la nueva capacidad de generación que se construirá para el año 2035. La generación de energía nuclear tuvo el mayor descenso interanual en 2012, ya que la mayoría de los reactores japoneses permanecieron fuera de línea. Los datos del Organismo Internacional de Energía Atómica mostraron que las centrales nucleares produjeron a nivel mundial 2.346 TWh de electricidad en 2012, una caída del 7% con respecto a 2011. El cierre permanente de ocho unidades de reactores en Alemania también fue un factor. Los problemas en Crystal River, Fort Calhoun y las dos unidades San Onofre en los Estados Unidos significaron que no produjeron electricidad durante todo el año, mientras que en Bélgica, Doel 3 y Tihange 2 estuvieron fuera de servicio durante seis meses. En comparación con 2010, la industria nuclear produjo un 11% menos de electricidad en 2012.
Post-Fukushima
El accidente nuclear de Fukushima Daiichi generó controversia sobre la importancia del accidente y su efecto sobre el futuro nuclear. El director general de IAEAD, Yukiya Amano, dijo que el accidente nuclear japonés "provocó una profunda ansiedad pública en todo el mundo y dañó la confianza en la energía nuclear". La crisis de Fukushima llevó a los países con energía nuclear a revisar la seguridad de la flota de sus reactores y reconsiderar la velocidad y la escala de las expansiones nucleares planificadas. Sin embargo, el presidente / CEO de Progress Energy, Bill Johnson, hizo la observación de que "Hoy existe un caso aún más convincente de que un mayor uso de la energía nuclear es una parte vital de una estrategia energética equilibrada". En 2011, The Economist opinó que la energía nuclear "parece peligrosa, impopular, costosa y arriesgada", y que "es reemplazable con relativa facilidad y podría ser olvidada sin grandes cambios estructurales en la forma en que funciona el mundo". El Director del Instituto de la Tierra, Jeffrey Sachs, no estuvo de acuerdo, alegando que combatir el cambio climático requeriría una expansión de la energía nuclear. "No cumpliremos los objetivos de carbono si se retira la energía nuclear de la mesa", dijo. "Necesitamos entender la escala del desafío".
Los bancos de inversión también criticaron la energía nuclear poco después del accidente.
En septiembre de 2011, el gigante alemán de la ingeniería Siemens anunció que se retirará por completo de la industria nuclear, como respuesta al accidente nuclear de Fukushima en Japón, y dijo que ya no construiría plantas de energía nuclear en ninguna parte del mundo.
En febrero de 2012, la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos aprobó la construcción de dos reactores adicionales en la Planta de Generación Eléctrica Vogtle, los primeros reactores aprobados en más de 30 años desde el accidente de Three Mile Island, pero el presidente de la NRC, Gregory Jaczko emitió un voto disidente citando preocupaciones de seguridad derivadas del desastre nuclear de Fukushima en 2011 y renunciado en abril de 2012. Una semana después de que Southern recibió la licencia para comenzar la construcción de los dos nuevos reactores, una docena de grupos ambientales y antinucleares demandaron para detener el proyecto de expansión de Plant Vogtle. diciendo que "la seguridad pública y los problemas ambientales desde el accidente del reactor nuclear Fukushima Daiichi de Japón no se han tenido en cuenta". En julio de 2012, la demanda fue rechazada por el Tribunal de Apelaciones del Circuito de Washington, DC. En 2013, cuatro reactores anticonceptivos envejecidos en los Estados Unidos estaban cerrados. En los Estados Unidos, cuatro nuevos reactores de la Generación III estaban en construcción en la estación de Vogtle y Summer, mientras que un quinto estaba a punto de finalizar en la estación de Watts Bar, se espera que los cinco estén operativos antes de 2020.
Según la Asociación Nuclear Mundial, la tendencia mundial es que las nuevas centrales nucleares en línea se equilibren con el número de plantas antiguas que se retiran.
En 2013, Japón firmó un acuerdo por valor de $ 22 mil millones, en el cual Mitsubishi Heavy Industries construiría cuatro reactores Atmea modernos para Turquía. En agosto de 2015, después de 4 años de generación de electricidad de fisión casi nula, Japón comenzó a reiniciar sus reactores nucleares, luego de que se completaran las actualizaciones de seguridad, comenzando con la central nuclear de Sendai.
Para 2015, las perspectivas del OIEA para la energía nuclear se habían vuelto más prometedoras. "La energía nuclear es un elemento crítico para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero", señaló la agencia, y "las perspectivas para la energía nuclear siguen siendo positivas en el mediano a largo plazo a pesar de un impacto negativo en algunos países después de la [Fukushima-Daiichi] accidente ... sigue siendo la segunda mayor fuente mundial de electricidad baja en carbono. Y los 72 reactores en construcción a comienzos del año pasado fueron los más vendidos en 25 años ".
A partir de 2015, 441 reactores tenían una capacidad eléctrica neta en todo el mundo de 382,9 GW, con 67 nuevos reactores nucleares en construcción. Más de la mitad de los 67 que se construyeron estaban en Asia, con 28 en China, donde existe una necesidad urgente de controlar la contaminación de las plantas de carbón. Ocho nuevas conexiones a la red fueron completadas por China en 2015 y el reactor más recientemente completado que se conectará a la red eléctrica, a partir de enero de 2016, fue en la Planta de Energía Nuclear Kori en la República de Corea. En octubre de 2016, Watts Bar 2 se convirtió en el primer reactor de los Estados Unidos en entrar en operación comercial desde 1996.
Futuro de la industria
A partir de enero de 2016, hay más de 150 reactores nucleares planificados, equivalentes a casi la mitad de la capacidad en ese momento. Sin embargo, la inversión real en nuevas centrales nucleares está disminuyendo y en 2017 alcanzará el nivel más bajo en cinco años. Continúa la inversión en actualizaciones de plantas existentes y extensiones de por vida.
El futuro de la energía nuclear varía mucho según los países, dependiendo de las políticas gubernamentales. Algunos países, muchos de ellos en Europa, como Alemania, Bélgica y Lituania, han adoptado políticas de eliminación de energía nuclear. Al mismo tiempo, algunos países asiáticos, como China e India, se han comprometido a la rápida expansión de la energía nuclear. Muchos otros países, como el Reino Unido y los Estados Unidos, tienen políticas intermedias. Japón fue un importante generador de energía nuclear antes del accidente de Fukushima, pero la medida en que reanudará su programa nuclear después del accidente es incierta. Mientras que Corea del Sur tiene una gran industria de energía nuclear, en 2017 respondiendo a las preocupaciones públicas generalizadas después del desastre nuclear de Fukushima Daiichi, el alto riesgo de terremoto en Corea del Sur,
En 2015, la Agencia Internacional de Energía informó que el accidente de Fukushima tuvo un efecto muy negativo en la energía nuclear, sin embargo, las perspectivas de energía nuclear son positivos en el medio y largo plazo sobre todo gracias a la nueva construcción en Asia. En 2016, la Administración de Información de Energía de Estados Unidos proyecta por su “caso base” de que la generación de energía nuclear mundial se incrementaría de 2.344 teravatios-hora (TWh) en 2012 a 4.501 TWh en 2040. La mayor parte del aumento previsto se espera que sea en Asia.
La industria de la energía nuclear en las naciones occidentales tiene un historial de retrasos en la construcción, sobrecostos, cancelaciones de plantas y problemas de seguridad nuclear a pesar de los importantes subsidios y el apoyo del gobierno. En diciembre de 2013, Forbes La revista citó un informe que concluía que, en los países occidentales, "los reactores no son una fuente viable de nuevo poder". Incluso donde tienen sentido económico, no son factibles porque los "enormes costos, la oposición política y popular, y la incertidumbre regulatoria" de la energía nuclear. Esta visión se hace eco de la declaración del exdirector general de Exelon, John Rowe, quien dijo en 2012 que las nuevas plantas nucleares en Estados Unidos "no tienen sentido en este momento" y que no serán económicamente viables en el futuro previsible. John Quiggin, profesor de economía, también dice que el principal problema con la opción nuclear es que no es económicamente viable. Quiggin dice que necesitamos un uso de energía más eficiente y más comercialización de energía renovable. El ex miembro de NRC Peter Bradford y el profesor Ian Lowe hicieron declaraciones similares en 2011. Sin embargo, algunos "
Se está produciendo mucha más actividad de construcción en países asiáticos como Corea del Sur, India y China. En marzo de 2016, China tenía 30 reactores en funcionamiento, 24 en construcción y planes para construir más. Sin embargo, según una unidad de investigación del gobierno, China no debe construir "demasiados reactores de energía nuclear demasiado rápido", para evitar un déficit de combustible, equipo y trabajadores calificados de la planta.
En los Estados Unidos, las licencias de casi la mitad de sus reactores se han extendido a 60 años. Dos nuevos reactores de la Generación III están en construcción en Vogtle, un proyecto de construcción dual que marca el final de un período de 34 años de estancamiento en la construcción reactores de potencia en los Estados Unidos. Las licencias de operador de estación de casi la mitad de los actuales 104 reactores de potencia en los Estados Unidos, a partir de 2008, han recibido extensiones a 60 años. A partir de 2012, los funcionarios de la industria nuclear de los Estados Unidos esperan que cinco reactores nuevos entren en servicio para 2020, todos en las plantas existentes. En 2013, cuatro reactores envejecidos y no competitivos se cerraron permanentemente. Legislaturas estatales relevantes están tratando de cerrar Vermont Yankee e Indian Point Nuclear Power Plant. NRC de EE. UU. Y EE. UU.2 - la generación de capacidad de generación mediante reactores de retirada "puede servir para desafiar la seguridad energética de los EE. UU., Lo que podría resultar en un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y contribuir a un desequilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad". La investigación en reactores nucleares que pueden durar 100 años, conocidos como Reactores Centurión, ya se está llevando a cabo.
Según la Asociación Nuclear Mundial, a nivel mundial durante la década de 1980, un nuevo reactor nuclear se puso en marcha cada 17 días en promedio, y en el año 2015 se calculó que en teoría podría aumentar a una vez cada 5 días, aunque no existen planes para ese.
Existe un posible impedimento para la producción de plantas de energía nuclear ya que solo unas pocas empresas en todo el mundo tienen la capacidad de forjar recipientes a presión de reactor de una sola pieza, que son necesarios en los diseños de reactores más comunes. Las empresas de servicios públicos de todo el mundo están enviando pedidos con años de anticipación a cualquier necesidad real de estos buques. Otros fabricantes están examinando varias opciones, incluida la creación del componente por sí mismas, o la búsqueda de formas de crear un artículo similar utilizando métodos alternativos.
Tras la presentación de Westinghouse para la protección por bancarrota del Capítulo 11 en marzo de 2017 debido a las pérdidas de US $ 9 mil millones de proyectos de construcción nuclear en los Estados Unidos, el futuro de la construcción de nuevas centrales nucleares se ha trasladado a Asia y Medio Oriente. China tiene 21 reactores en construcción y 40 planeados, Rusia tiene 7 en construcción y 25 planeados, y Corea del Sur tiene 3 en construcción y 4 en construcción en los Emiratos Árabes Unidos.
Plantas de energía nuclear
Así como muchas centrales térmicas convencionales generan electricidad mediante el aprovechamiento de la energía térmica liberada de la quema de combustibles fósiles, las centrales nucleares convierten la energía liberada del núcleo de un átomo a través de la fisión nuclear que tiene lugar en un reactor nuclear. El calor se elimina del núcleo del reactor mediante un sistema de enfriamiento que utiliza el calor para generar vapor, que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador que produce electricidad.
Una planta de energía nuclear de fisión generalmente se compone de un reactor nuclear, en el que tienen lugar las reacciones nucleares que generan calor; un sistema de enfriamiento, que elimina el calor del interior del reactor; una turbina de vapor, que transforma el calor en energía mecánica; un generador eléctrico, que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Capacidad instalada y producción de electricidad
Las centrales nucleares de fisión nuclear, excluida la contribución de los reactores de fisión nuclear navales, proporcionaron el 11% de la electricidad mundial en 2012, algo menos que la generada por las estaciones hidroeléctricas en un 16%. Dado que la electricidad representa aproximadamente el 25% del uso de energía de la humanidad, y la mayor parte del resto proviene de sectores dependientes de combustibles fósiles como el transporte, la fabricación y la calefacción doméstica, la contribución de la fisión nuclear al consumo final global de energía fue de aproximadamente 2.5%. Esto es un poco más que la producción de electricidad global combinada de energía eólica, solar, de biomasa y geotérmica, que en conjunto proporcionaron el 2% del consumo global de energía final en 2014.
En 2013, el OIEA informó que había 437 reactores eléctricos de fisión civil operacionales en 31 países, aunque no todos los reactores estaban produciendo electricidad. Además, había aproximadamente 140 buques de guerra que utilizaban propulsión nuclear en funcionamiento, propulsados por unos 180 reactores.
Las diferencias regionales en el uso de la energía nuclear son grandes. Estados Unidos produce la mayor cantidad de energía nuclear en el mundo, con la energía nuclear suministrando el 19% de la electricidad que consume, mientras que Francia produce el mayor porcentaje de su energía eléctrica de reactores nucleares: 80% a partir de 2006. En la Unión Europea como país la energía nuclear completa proporciona el 30% de la electricidad. La energía nuclear es la fuente de electricidad de bajo carbono más grande de Estados Unidos y representa dos tercios de la electricidad baja en carbono de la Unión Europea. Las fuerzas policiales de energía nuclear se disuelven entre los países de la Unión Europea, y algunas, como Austria, Estonia, Irlanda e Italia, no tienen centrales nucleares activas. En comparación, Francia tiene una gran cantidad de estas plantas, con 16 estaciones de unidades múltiples en uso actual.
Muchos buques militares y algunos civiles (como algunos rompehielos) usan propulsión marina nuclear. Se han lanzado algunos vehículos espaciales utilizando reactores nucleares: 33 reactores pertenecen a la serie soviética RORSAT y uno era el estadounidense SNAP-10A.
La investigación internacional continúa con los usos adicionales del calor del proceso, como la producción de hidrógeno (en apoyo de una economía de hidrógeno), para desalinizar el agua de mar y para su uso en sistemas de calefacción urbana.
Industria
La industria nuclear se compone de varias empresas, organizaciones, organismos gubernamentales e internacionales. Los principales campos de la industria incluyen la construcción y operación de reactores nucleares; la extracción de uranio y la producción de combustible nuclear; almacenamiento y procesamiento de desechos nucleares; investigación y desarrollo. Otros componentes de la industria nuclear incluyen los reguladores nucleares y las asociaciones nacionales e internacionales de la industria nuclear.
Ciencias económicas
Las plantas de energía nuclear generalmente tienen altos costos de capital para construir la planta, pero bajos costos de combustible. Aunque las centrales nucleares pueden variar su producción, la electricidad generalmente tiene un precio menos favorable al hacerlo. Por lo tanto, las centrales nucleares suelen funcionar lo más posible para mantener el costo de la energía eléctrica generada lo más bajo posible, suministrando principalmente electricidad a base de carga.
A nivel internacional, el precio de las centrales nucleares aumentó un 15% anual en 1970-1990. Sin embargo, la energía nuclear tiene costos totales en 2012 de aproximadamente $ 96 por megavatio hora (MWh), la mayoría de los cuales implica costos de construcción de capital, en comparación con la energía solar a $ 130 por MWh y gas natural en el extremo bajo a $ 64 por MWh.
En 2015, el Boletín de los Científicos Atómicos dio a conocer la Calculadora de Costos del Ciclo del Combustible Nuclear, una herramienta en línea que estima el costo total de la electricidad producida por tres configuraciones del ciclo del combustible nuclear. Tras dos años de preparación, esta calculadora interactiva es el primer modelo de acceso general que brinda una visión matizada de los costos económicos de la energía nuclear; permite que los usuarios prueben qué tan sensible es el precio de la electricidad a una gama completa de componentes: más de 60 parámetros que se pueden ajustar para las tres configuraciones del ciclo de combustible nuclear consideradas por esta herramienta (de una sola vez, reciclado limitado, completo) reciclar). Los usuarios pueden seleccionar el ciclo de combustible que les gustaría examinar, cambiar las estimaciones de costos para cada componente de ese ciclo e incluso elegir intervalos de incertidumbre para el costo de componentes particulares.
En los últimos años ha habido una desaceleración del crecimiento de la demanda de electricidad. En Europa del Este, una serie de proyectos de larga data están luchando por encontrar financiación, especialmente Belene en Bulgaria y los reactores adicionales en Cernavoda en Rumania, y algunos posibles patrocinadores se han retirado. Donde el mercado de la electricidad es competitivo, el gas natural barato está disponible y su suministro futuro es relativamente seguro, esto también plantea un problema importante para los proyectos nucleares y las plantas existentes.
El análisis de la economía de la energía nuclear debe tener en cuenta quién asume los riesgos de las incertidumbres futuras. Hasta la fecha, todas las centrales nucleares en funcionamiento fueron desarrolladas por monopolios estatales o regulados donde muchos de los riesgos asociados con los costos de construcción, el rendimiento operativo, el precio del combustible, la responsabilidad por accidentes y otros factores fueron asumidos por los consumidores y no por los proveedores. Además, debido a que la responsabilidad potencial de un accidente nuclear es tan grande, el costo total del seguro de responsabilidad civil generalmente está limitado / limitado por el gobierno, que la Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU. Concluyó constituía un subsidio significativo. Muchos países ahora han liberalizado el mercado de la electricidad donde estos riesgos, y el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital,
Tras el desastre nuclear de Fukushima Daiichi en 2011, se espera que los costos aumenten para las centrales nucleares en funcionamiento y nuevas, debido al aumento de los requisitos para la gestión del combustible gastado en el sitio y las amenazas elevadas de la base de diseño.
La economía de las nuevas centrales nucleares es un tema controvertido, ya que existen puntos de vista divergentes sobre este tema, y las inversiones multimillonarias se basan en la elección de una fuente de energía. La comparación con otros métodos de generación de energía depende en gran medida de las suposiciones sobre escalas de tiempo de construcción y financiación de capital para plantas nucleares, así como los costos futuros de combustibles fósiles y renovables, así como de soluciones de almacenamiento de energía para fuentes de energía intermitentes. Las estimaciones de costos también deben tener en cuenta los costos de desmantelamiento de plantas y almacenamiento de desechos nucleares. Por otro lado, las medidas para mitigar el calentamiento global, como el impuesto sobre el carbono o el comercio de emisiones de carbono, pueden favorecer la economía de la energía nuclear.
Ciclo de vida del combustible nuclear
Un reactor nuclear es solo una parte del ciclo de vida de la energía nuclear. El proceso comienza con la minería (ver la extracción de uranio) Las minas de uranio son subterráneas, a cielo abierto o minas de lixiviación in situ. En cualquier caso, el mineral de uranio se extrae, por lo general se convierte en una forma estable y compacta, como la torta amarilla, y luego se transporta a una instalación de procesamiento. Aquí, la torta amarilla se convierte en hexafluoruro de uranio, que luego se enriquece utilizando diversas técnicas. En este punto, el uranio enriquecido, que contiene más del 0.7% U-235 natural, se utiliza para fabricar varillas de la composición y geometría adecuadas para el reactor particular para el que está destinado el combustible. Las barras de combustible gastarán alrededor de 3 ciclos operativos (normalmente 6 años en total) dentro del reactor, generalmente hasta que se haya fisionado aproximadamente el 3% de su uranio, luego serán trasladados a un grupo de combustible gastado donde los isótopos de vida corta generados por la fisión puede desintegrarse.
Recursos de combustible convencionales
El uranio es un elemento bastante común en la corteza terrestre: es aproximadamente tan común como el estaño o el germanio, y es aproximadamente 40 veces más común que la plata. El uranio está presente en concentraciones de trazas en la mayoría de las rocas, la tierra y el agua del océano, pero puede extraerse económicamente en la actualidad solo cuando está presente en altas concentraciones. Aún así, los recursos de uranio medidos actualmente en el mundo, económicamente recuperables al techo de precio arbitrario de 130 USD / kg, son suficientes para durar entre 70 y 100 años.
Según la OCDE en 2006, se esperaba una cantidad de uranio de 85 años en recursos ya identificados, cuando ese uranio se usa en la tecnología actual de reactores, en el libro rojo de 2011 de la OCDE, debido al aumento de la exploración, los recursos de uranio conocidos han aumentado. 12.5% desde 2008, con este aumento que se traduce en más de un siglo de uranio disponible si la tasa de uso de metales continuara en el nivel de 2011. La OCDE también estima 670 años de uranio económicamente recuperable en recursos convencionales totales y minerales de fosfato, al tiempo que utiliza tecnología de reactores actuales, un recurso que es recuperable de entre 60-100 US $ / kg de uranio. De manera similar a cualquier otro recurso de metal natural, por cada aumento diez veces mayor en el costo por kilogramo de uranio, hay un aumento de trescientas veces en los minerales disponibles de menor calidad que luego serían económicos. Como nota de la OCDE:
Por ejemplo, la OCDE ha determinado que con un ciclo de combustible de reactor rápido puro con un quemado y reciclaje de todo el uranio y los actínidos, actínidos que actualmente constituyen las sustancias más peligrosas en los desechos nucleares, hay 160,000 años de Uranio en recursos convencionales totales y mineral de fosfato, al precio de 60-100 US $ / kg de uranio.
Los reactores de agua ligera actuales hacen un uso relativamente ineficiente del combustible nuclear, principalmente fisionando solo el muy raro isótopo de uranio-235. El reprocesamiento nuclear puede hacer que este desecho sea reutilizable, y los reactores más eficientes, como los reactores Generation III actualmente en construcción, logran una combustión de mayor eficiencia de los recursos disponibles, que los actuales reactores de generación II, que constituyen la gran mayoría de reactores en todo el mundo. .
Cría
A diferencia de los reactores de agua ligera actuales que usan uranio-235 (0.7% de todo el uranio natural), los reactores reproductores rápidos usan uranio-238 (99.3% de todo el uranio natural). Se ha estimado que hay hasta cinco mil millones de años de uranio-238 para su uso en estas plantas de energía.
La tecnología de reproductores se ha utilizado en varios reactores, pero el alto costo del reprocesamiento del combustible de manera segura, a niveles tecnológicos de 2006, exige precios de uranio de más de 200 USD / kg antes de justificarse económicamente. Sin embargo, se están llevando a cabo reactores reproductores, ya que tienen el potencial de quemar todos los actínidos en el presente inventario de desechos nucleares, mientras que también producen energía y crean cantidades adicionales de combustible para más reactores mediante el proceso de mejora.
A partir de 2017, solo hay dos reactores reproductores que producen energía comercial: el reactor BN-600 y el reactor BN-800, ambos en Rusia. El BN-600, con una capacidad de 600 MW, fue construido en 1980 en Beloyarsk y está previsto que produzca energía hasta 2025. El BN-800 es una versión actualizada del BN-600 y comenzó a funcionar en 2016 con una red eléctrica capacidad de 789 MW. El diseño técnico de un criador aún más grande, el reactor BN-1200 originalmente estaba programado para ser finalizado en 2013, con la construcción programada para 2015, pero desde entonces se ha retrasado. El reactor reproductor de Phénix en Francia se desconectó en 2009 después de 36 años de operación. El reactor de cría Monju de Japón se reinició (se cerró en 1995) en 2010 durante 3 meses, pero se cerró nuevamente después de que el equipo cayó al reactor durante los controles del reactor y ahora está previsto que se retire de servicio. Tanto China como India están construyendo reactores reproductores. El prototipo de Reactor Fast Breeder de 500 MWe de India está en construcción, con planes para construir cinco más para 2020. El Reactor Rápido Experimental de China comenzó a producir energía en 2011.
Otra alternativa para los reproductores rápidos son los reactores reproductores térmicos que usan uranio-233 criado a partir de torio como combustible de fisión en el ciclo de combustible de torio. El torio es aproximadamente 3,5 veces más común que el uranio en la corteza terrestre y tiene diferentes características geográficas. Esto extendería la base total de recursos fisionables prácticos en un 450%. El programa de energía nuclear de tres etapas de la India presenta el uso de un ciclo de combustible de torio en la tercera etapa, ya que tiene abundantes reservas de torio pero poco uranio.
Desperdicios nucleares
La corriente de desechos más importante de las centrales nucleares es combustible nuclear gastado. Se compone principalmente de uranio no convertido, así como cantidades significativas de actínidos transuránicos (plutonio y curio, principalmente). Además, alrededor del 3% de ella son productos de fisión de reacciones nucleares. Los actínidos (uranio, plutonio y curio) son responsables de la mayor parte de la radioactividad a largo plazo, mientras que los productos de fisión son responsables de la mayor parte de la radioactividad a corto plazo.
Desperdicio radiactivo de alto nivel
La gestión de desechos radiactivos de alto nivel se refiere a la gestión y eliminación de materiales altamente radiactivos creados durante la producción de energía nuclear. Los problemas técnicos para lograr esto son desalentadores, debido a los períodos extremadamente largos, los desechos radiactivos siguen siendo letales para los organismos vivos. De particular preocupación son dos productos de fisión de vida larga, el tecnecio-99 (vida media de 220,000 años) y el yodo-129 (vida media de 15,7 millones de años), que dominan la radiactividad del combustible nuclear gastado después de unos pocos miles de años. Los elementos transuránicos más problemáticos en el combustible gastado son Neptunium-237 (vida media de dos millones de años) y Plutonium-239 (vida media de 24,000 años). En consecuencia, los desechos radiactivos de alto nivel requieren un tratamiento y una gestión sofisticados para aislarlo con éxito de la biosfera. Esto generalmente requiere tratamiento,
Los gobiernos de todo el mundo están considerando una serie de opciones de gestión y eliminación de residuos, que generalmente implican una ubicación geológica profunda, aunque ha habido un progreso limitado hacia la implementación de soluciones de gestión de residuos a largo plazo. Esto se debe en parte a que los plazos en cuestión cuando se trata de desechos radiactivos oscilan entre 10.000 y millones de años, de acuerdo con estudios basados en el efecto de las dosis de radiación estimadas.
Sin embargo, algunos diseños de reactores nucleares propuestos, como el American Integral Fast Reactor y el reactor fundido de sal, pueden usar los residuos nucleares de reactores de agua ligera como combustible, transmutando a isótopos que serían seguros después de cientos, en lugar de decenas de miles de años. Esto ofrece una alternativa potencialmente más atractiva a la eliminación geológica profunda.
Otra posibilidad es el uso de torio en un reactor especialmente diseñado para torio (en lugar de mezclar en torio con uranio y plutonio (es decir, en reactores existentes). El combustible de torio usado solo tiene unos cientos de años de radiactividad, en lugar de decenas de miles de años .
Dado que la fracción de átomos de un radioisótopo en descomposición por unidad de tiempo es inversamente proporcional a su vida media, la radioactividad relativa de una cantidad de desechos radiactivos humanos enterrados disminuirá con el tiempo en comparación con los radioisótopos naturales (como las cadenas de desintegración de 120 billones de toneladas) de torio y 40 billones de toneladas de uranio que se encuentran en concentraciones relativamente pequeñas de partes por millón sobre la masa de 3 * 10 toneladas de la corteza). Por ejemplo, en un período de miles de años, después de que los radioisótopos de vida media corta más activos decayeron enterrar los desechos nucleares de EE. UU. aumentaría la radioactividad en los 2000 pies superiores de roca y suelo en los Estados Unidos (10 millones de km) en ≈ 1 parte en 10 millones sobre la cantidad acumulada de radioisótopos naturales en tal volumen,aunque la vecindad del sitio tendría una concentración mucho más alta de radioisótopos artificiales subterráneos que dicho promedio.
Desechos radiactivos de bajo nivel
La industria nuclear también produce un gran volumen de desechos radiactivos de bajo nivel en forma de artículos contaminados, como ropa, herramientas de mano, resinas purificadoras de agua y (tras el desmantelamiento) los materiales con los que está construido el reactor. En los Estados Unidos, la Comisión Reguladora Nuclear ha intentado reiteradamente permitir que los materiales de bajo nivel se manipulen como desechos normales: vertidos en vertederos, reciclados en artículos de consumo, etcétera.
Residuos relativos a otros tipos
En países con energía nuclear, los desechos radiactivos comprenden menos del 1% de los desechos tóxicos industriales totales, gran parte de los cuales sigue siendo peligroso durante largos períodos. En general, la energía nuclear produce mucho menos material de desecho en volumen que las plantas de energía basadas en combustibles fósiles. Las plantas que queman carbón son particularmente conocidas por producir grandes cantidades de cenizas tóxicas y levemente radioactivas debido a la concentración de metales naturales y el material ligeramente radiactivo del carbón. Un informe de 2008 del Laboratorio Nacional Oak Ridge concluyó que la energía del carbón en realidad produce más radioactividad en el medio ambiente que la operación de energía nuclear, y que la dosis efectiva de la población equivalente, o la dosis al público de la radiación de plantas de carbón es 100 veces mayor a partir de la operación de plantas nucleares. En efecto,
Deposito de basura
La eliminación de desechos nucleares a menudo se dice que es el talón de Aquiles de la industria. En la actualidad, los residuos se almacenan principalmente en sitios de reactores individuales y hay más de 430 ubicaciones en todo el mundo donde el material radiactivo continúa acumulándose. Algunos expertos sugieren que los repositorios subterráneos centralizados que están bien administrados, vigilados y controlados, serían una gran mejora. Existe un "consenso internacional sobre la conveniencia de almacenar desechos nucleares en depósitos geológicos profundos", y se cita a la falta de movimiento de desechos nucleares en los reactores de fisión nuclear natural de 2 mil millones de años en Oklo, Gabón, como "fuente de información esencial". hoy."
No hay repositorios subterráneos construidos a escala comercial en operación. La Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP, por sus siglas en inglés) en Nuevo México ha estado extrayendo desechos nucleares desde 1999 de los reactores de producción, pero como su nombre lo indica es una instalación de investigación y desarrollo. Una fuga de radiación en WIPP en 2014 volvió a llamar la atención sobre la necesidad de I + D en la eliminación de desechos radiactivos y combustible gastado.
Reprocesamiento
El reprocesamiento puede recuperar hasta el 95% del uranio y el plutonio restantes en combustible nuclear gastado, poniéndolo en un nuevo combustible mixto de óxido. Esto produce una reducción en la radioactividad a largo plazo dentro del residuo restante, ya que se trata en gran medida de productos de fisión de vida corta, y reduce su volumen en más del 90%. El reprocesamiento del combustible civil de los reactores de potencia se realiza actualmente en Europa, Rusia, Japón e India. El potencial completo del reprocesamiento no se ha logrado porque requiere reactores reproductores, que no están disponibles comercialmente.
El reprocesamiento nuclear reduce el volumen de desechos de alto nivel, pero por sí solo no reduce la radiactividad o la generación de calor y, por lo tanto, no elimina la necesidad de un depósito de desechos geológicos. El reprocesamiento ha sido políticamente controvertido debido a la posibilidad de contribuir a la proliferación nuclear, la vulnerabilidad potencial al terrorismo nuclear, los desafíos políticos de la ubicación del repositorio (un problema que se aplica igualmente a la eliminación directa del combustible gastado) y su alto costo en comparación con el ciclo de combustible de una sola etapa Se han probado varios métodos diferentes para el reprocesamiento, pero muchos han tenido problemas de seguridad y de practicidad que han llevado a su interrupción.
En los Estados Unidos, el gobierno de Obama dio un paso atrás respecto de los planes del presidente Bush para el reprocesamiento a escala comercial y volvió a un programa centrado en la investigación científica relacionada con el reprocesamiento. El reprocesamiento no está permitido en los Estados Unidos. En los Estados Unidos, el combustible nuclear usado actualmente se trata como desechos. Una recomendación importante de la Comisión Blue Ribbon sobre el Futuro Nuclear de América fue que "los Estados Unidos deberían emprender un programa integrado de gestión de desechos nucleares que conduzca al desarrollo oportuno de una o más instalaciones geológicas profundas permanentes para la eliminación segura de combustible gastado y combustible nivel de residuos nucleares ".
Uranio empobrecido
El enriquecimiento de uranio produce muchas toneladas de uranio empobrecido (DU) que consiste en U-238 con la mayor parte del isótopo U-235 fácilmente fisionable eliminado. El U-238 es un metal resistente con varios usos comerciales, por ejemplo, producción de aviones, blindaje de radiación y armadura, ya que tiene una densidad más alta que el plomo. El uranio empobrecido también se usa polémicamente en municiones; Los penetradores DU (balas o puntas APFSDS) se autoafinan debido a la tendencia del uranio a fracturarse a lo largo de las bandas de corte.
Accidentes, ataques y seguridad
Accidentes
Se han producido algunos accidentes nucleares y de radiación graves. Benjamin K. Sovacool ha informado que en todo el mundo ha habido 99 accidentes en plantas de energía nuclear. Cincuenta y siete accidentes han ocurrido desde el desastre de Chernobyl, y el 57% (56 de 99) de todos los accidentes relacionados con la energía nuclear han ocurrido en los Estados Unidos.
Los accidentes en las plantas de energía nuclear incluyen el accidente de Chernobyl (1986) con aproximadamente 60 muertes atribuidas hasta el momento al accidente y un número total de víctimas previsto, de 4000 a 25,000 muertes de cánceres latentes. El desastre nuclear de Fukushima Daiichi (2011) no ha causado ninguna muerte relacionada con la radiación, con un total de muertes previsto, de 0 a 1000, y el accidente de Three Mile Island (1979), sin muertes causales, cáncer o de otro tipo, se han encontrado en estudios de seguimiento de este accidente. Los accidentes submarinos con propulsión nuclear incluyen el accidente del reactor K-19 (1961), el accidente del reactor K-27 (1968) y el accidente del reactor K-431 (1985). La investigación internacional continúa con las mejoras de seguridad, como las plantas pasivamente seguras, y el posible uso futuro de la fusión nuclear.
En términos de vidas perdidas por unidad de energía generada, la energía nuclear ha causado menos muertes accidentales por unidad de energía generada que todas las otras fuentes principales de generación de energía. La energía producida por el carbón, el petróleo, el gas natural y la energía hidroeléctrica ha causado más muertes por unidad de energía generada, a partir de la contaminación del aire y los accidentes de energía. Esto se encuentra en las siguientes comparaciones, cuando las muertes relacionadas con accidentes nucleares inmediatas se comparan con las muertes inmediatas de estas otras fuentes de energía, cuando las muertes por cáncer indirecto latentes o previstas de accidentes de energía nuclear se comparan con las muertes inmediatas por encima de las fuentes de energía, y cuando se comparan las muertes inmediatas e indirectas combinadas de la energía nuclear y todos los combustibles fósiles, las muertes resultantes de la extracción de los recursos naturales necesarios para la generación de energía y la contaminación del aire. Con estos datos, se calcula que el uso de la energía nuclear ha evitado en la región de 1,8 millones de muertes entre 1971 y 2009, al reducir la proporción de energía que de otro modo habría sido generada por los combustibles fósiles, y se prevé que continúe haciéndolo asi que.
Aunque según Benjamin K. Sovacool, los accidentes de energía de fisión ocuparon el primer lugar en términos de su costo económico total, que representan el 41 por ciento de todos los daños a la propiedad atribuidos a los accidentes de energía. El análisis presentado en la revista internacional Human and Ecological Risk Assessment descubrió que el carbón, el petróleo, el gas licuado de petróleo y los accidentes hidroeléctricos (principalmente debido al estallido de la presa Banqiao) han tenido un mayor impacto económico que los accidentes de energía nuclear.
Tras el desastre nuclear japonés de Fukushima en 2011, las autoridades cerraron las 54 centrales nucleares del país, pero se estima que si Japón nunca hubiera adoptado la energía nuclear, los accidentes y la contaminación de las plantas de carbón o gas habrían causado más años perdidos de vida. A partir de 2013, el sitio de Fukushima sigue siendo altamente radiactivo, con unos 160,000 evacuados que aún viven en viviendas temporales, y algunas tierras serán indestructibles durante siglos. La difícil limpieza del desastre de Fukushima llevará 40 o más años y costará decenas de miles de millones de dólares.
La evacuación forzada de un accidente nuclear puede conducir a aislamiento social, ansiedad, depresión, problemas médicos psicosomáticos, comportamiento imprudente e incluso suicidio. Tal fue el resultado del desastre nuclear de Chernobyl de 1986 en Ucrania. Un exhaustivo estudio de 2005 concluyó que "el impacto en la salud mental de Chernobyl es el mayor problema de salud pública desencadenado por el accidente hasta la fecha". Frank N. von Hippel, un científico estadounidense, comentó sobre el desastre nuclear de Fukushima en 2011, diciendo que "el temor a la radiación ionizante podría tener efectos psicológicos a largo plazo en una gran parte de la población en las áreas contaminadas". Un informe de 2015 en Lancet Explicó que los graves impactos de los accidentes nucleares a menudo no son directamente atribuibles a la exposición a la radiación, sino más bien a los efectos sociales y psicológicos. La evacuación y el desplazamiento a largo plazo de las poblaciones afectadas crearon problemas para muchas personas, especialmente los ancianos y los pacientes del hospital.
Ataques y sabotaje
Los terroristas podrían atacar las plantas de energía nuclear en un intento de liberar contaminación radioactiva en la comunidad. La Comisión de los Estados Unidos 9/11 ha dicho que las plantas de energía nuclear eran objetivos potenciales considerados originalmente para los ataques del 11 de septiembre de 2001. Un ataque al depósito de combustible gastado de un reactor también podría ser grave, ya que estos estanques están menos protegidos que el núcleo del reactor. La liberación de radiactividad podría provocar miles de muertes a corto plazo y un mayor número de muertes a largo plazo.
Si el uso de la energía nuclear se expande significativamente, las instalaciones nucleares tendrán que estar extremadamente seguras frente a los ataques que podrían liberar cantidades masivas de radioactividad en la comunidad. Los nuevos diseños de reactores tienen características de seguridad pasiva, como la inundación del núcleo del reactor sin la intervención activa de los operadores del reactor. Pero estas medidas de seguridad generalmente se han desarrollado y estudiado con respecto a los accidentes, no al ataque deliberado del reactor por parte de un grupo terrorista. Sin embargo, la Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU. Ahora también requiere nuevas aplicaciones de licencias de reactores para considerar la seguridad durante la etapa de diseño. En los Estados Unidos, el NRC realiza ejercicios de "Fuerza sobre la Fuerza" (FOF) en todos los sitios de la Central Nuclear (NPP) al menos una vez cada tres años. En los Estados Unidos, las plantas están rodeadas por una doble hilera de cercas altas que se controlan electrónicamente. Los terrenos de la planta están patrullados por una fuerza considerable de guardias armados.
El sabotaje con información privilegiada ocurre con regularidad, porque los internos pueden observar y trabajar en torno a las medidas de seguridad. Los crímenes exitosos con información privilegiada dependían de la observación de los perpetradores y del conocimiento de las vulnerabilidades de seguridad. Un incendio causó daños de entre 5 y 10 millones de dólares en el Indian Point Energy Center de Nueva York en 1971. El incendiario resultó ser un trabajador de mantenimiento de la planta. Se ha informado de sabotaje por parte de los trabajadores en muchos otros reactores en los Estados Unidos: en la estación de energía nuclear Zion (1974), estación generadora nuclear Quad Cities, estación generadora nuclear Peach Bottom, estación generadora Fort St. Vrain, planta nuclear Trojan (1974) , La Planta de Energía Nuclear Browns Ferry (1980), y la Central Nuclear de Beaver Valley (1981). Muchos reactores en el extranjero también han informado de sabotaje por parte de los trabajadores.
Proliferación nuclear
Muchas tecnologías y materiales asociados con la creación de un programa de energía nuclear tienen una capacidad de doble uso, ya que pueden usarse para fabricar armas nucleares si un país decide hacerlo. Cuando esto sucede, un programa de energía nuclear puede convertirse en una ruta que conduzca a un arma nuclear o un anexo público a un programa de armas "secreto". La preocupación por las actividades nucleares de Irán es un ejemplo de ello.
Un objetivo fundamental para la seguridad estadounidense y mundial es minimizar los riesgos de proliferación nuclear asociados con la expansión de la energía nuclear. Si este desarrollo está "mal gestionado o los esfuerzos para contener los riesgos no tienen éxito, el futuro nuclear será peligroso". La Alianza Global de Energía Nuclear es uno de esos esfuerzos internacionales para crear una red de distribución en la que los países en desarrollo que necesitan energía recibirán una tarifa de descuento del combustible nuclear, a cambio de que esa nación acepte renunciar a su desarrollo indígena de un programa de enriquecimiento de uranio. El consorcio de enriquecimiento de uranio Eurodif / European Gaseous Diffusion con sede en Francia Fue / es uno de esos programas que implementó con éxito este concepto, con España y otros países sin instalaciones de enriquecimiento que compran una parte del combustible producido en las instalaciones francesas de enriquecimiento controlado, pero sin una transferencia de tecnología. Irán fue uno de los primeros participantes desde 1974, y sigue siendo accionista de Eurodif a través de Sofidif.
Según Benjamin K. Sovacool, "varios altos funcionarios, incluso dentro de las Naciones Unidas, han argumentado que no pueden hacer mucho para impedir que los estados usen reactores nucleares para producir armas nucleares". Un informe de 2009 de las Naciones Unidas dijo que:
Por otro lado, un factor que influye en el apoyo de los reactores de potencia se debe al atractivo que tienen estos reactores para reducir los arsenales de armas nucleares a través del Programa Megatons to Megawatts, un programa que eliminó 425 toneladas métricas de uranio altamente enriquecido (HEU), equivalente a 17,000 ojivas nucleares, diluyéndola con uranio natural, lo que la convierte en equivalente de uranio poco enriquecido (UPE) y, por lo tanto, adecuada como combustible nuclear para los reactores de fisión comerciales. Este es el programa de no proliferación más exitoso hasta la fecha.
El Megatons to Megawatts Programme, una creación de Thomas Neff del MIT, fue aclamado como un gran éxito por los defensores de las armas nucleares, ya que ha sido en gran medida la fuerza impulsora de la fuerte reducción en la cantidad de armas nucleares en todo el mundo desde que terminó la guerra fría . Sin embargo, sin un aumento de los reactores nucleares y una mayor demanda de combustible fisionable, el costo del desmantelamiento y la disminución de la mezcla ha disuadido a Rusia de continuar su desarme.
Actualmente, según el profesor de Harvard, Matthew Bunn, "los rusos no están remotamente interesados en ampliar el programa más allá de 2013. Hemos logrado configurarlo de una manera que les cuesta más y les beneficia menos que a ellos simplemente haciendo nuevos productos poco enriquecidos. el uranio para reactores desde cero. Pero hay otras formas de establecerlo que serían muy rentables para ellos y también servirían a algunos de sus intereses estratégicos para impulsar sus exportaciones nucleares ".
Hasta 2005, el programa Megatons to Megawatts había procesado $ 8 mil millones de uranio HEU / armas nucleares en uranio LEU / grado de reactor, con lo que corresponde a la eliminación de 10.000 armas nucleares.
Durante aproximadamente dos décadas, este material generó casi el 10 por ciento de toda la electricidad consumida en los Estados Unidos (aproximadamente la mitad de toda la energía nuclear estadounidense generada) con un total de alrededor de 7 billones de kilovatios-hora de electricidad producida. Suficiente energía para energizar toda la red eléctrica de los Estados Unidos durante aproximadamente dos años. En total, se estima que costó $ 17 mil millones, una "negociación para los contribuyentes estadounidenses", con Rusia aprovechando $ 12 mil millones del acuerdo. Ganancia muy necesaria para la industria de supervisión nuclear rusa, que después del colapso de la economía soviética, tuvo dificultades para pagar el mantenimiento y la seguridad de las uranio altamente enriquecido y ojivas nucleares de las federaciones rusas.
En abril de 2012, había treinta y un países que tenían centrales nucleares civiles, de las cuales nueve tenían armas nucleares, y la gran mayoría de estos estados con armas nucleares habían producido armas por primera vez, antes de las estaciones de electricidad de fisión comercial. Además, la reubicación de las industrias nucleares civiles con fines militares constituiría una violación del Tratado de no proliferación, al que se adhieren 190 países.
Impacto medioambiental
Emisiones de carbon
La energía nuclear es uno de los principales métodos de generación de energía baja en carbono para producir electricidad y, en términos de emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida total por unidad de energía generada, tiene valores de emisión comparables o inferiores a la energía renovable. A 2.014 análisis de la literatura huella de carbono por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) informaron de que la intensidad de emisión del ciclo de vida total de encarnado de la electricidad fisión tiene un valor medio de 12 g de CO 2 eq / kWh, que es el más bajo de todos fuentes de energía comerciales de carga base. Esto se contrasta con el carbón y el gas fósil a 820 y 490 g de CO 2 eq / kWh. Desde el comienzo de la comercialización de la estación de energía eléctrica de fisión en la década de 1970, la energía nuclear evitó la emisión de aproximadamente 64 mil millones de toneladas de dióxido de carbono equivalente que de otro modo hubieran resultado de la quema de combustibles fósiles en centrales térmicas.
Radiación
Según las Naciones Unidas (UNSCEAR), la operación regular de la planta de energía nuclear, incluido el ciclo del combustible nuclear, causa emisiones de radioisótopos al medio ambiente que ascienden a 0,0002 milisieverts (mSv) por año de exposición pública como promedio mundial. Esto es pequeño en comparación con la variación en la radiación de fondo natural, que promedia 2.4 mSv / a globalmente pero con frecuencia varía entre 1 mSv / a y 13 mSv / a dependiendo de la ubicación de la persona según lo determine UNSCEAR. A partir de un informe de 2008, el legado restante del peor accidente de la central nuclear (Chernobyl) es de 0.002 mSv / a en la exposición promedio global (una cifra que fue de 0.04 mSv por persona promediada sobre toda la población del hemisferio norte en el año de el accidente en 1986, aunque mucho más alto entre las poblaciones locales más afectadas y los trabajadores de recuperación).
Calor perdido
El cambio climático que causa fenómenos meteorológicos extremos como olas de calor, niveles de precipitación reducidos y sequías puede tener un impacto significativo en todas las infraestructuras de centrales térmicas, incluidas grandes estaciones de biomasa eléctrica y de fisión eléctrica, si se enfría en estas centrales eléctricas, es decir, en el vapor condensador es proporcionado por ciertas fuentes de agua dulce. Si bien muchas estaciones termales utilizan enfriamiento indirecto de agua de mar o torres de enfriamiento que en comparación usan poco o nada de agua dulce, aquellas que fueron diseñadas para intercambiar calor con ríos y lagos, pueden tener problemas económicos.
Este problema genérico actualmente infrecuente puede volverse cada vez más significativo a lo largo del tiempo. Esto puede obligar a cerrar los reactores nucleares, como sucedió en Francia durante las olas de calor de 2003 y 2006. El suministro de energía nuclear se vio severamente disminuido por las bajas tasas de flujo de los ríos y las sequías, lo que significaba que los ríos habían alcanzado las temperaturas máximas para los reactores de enfriamiento. Durante las olas de calor, 17 reactores tuvieron que limitar la salida o el apagado. El 77% de la electricidad francesa es producida por energía nuclear y en 2009 una situación similar creó una escasez de 8GW y obligó al gobierno francés a importar electricidad. Otros casos han sido reportados desde Alemania, donde las temperaturas extremas han reducido la producción de energía nuclear solo 9 veces debido a las altas temperaturas entre 1979 y 2007. En particular:
- la central nuclear de Unterweser redujo la producción en un 90% entre junio y septiembre de 2003
- la central nuclear de Isar redujo la producción en un 60% durante 14 días debido al exceso de temperatura del río y al bajo caudal en el río Isar en 2006, pero la estación Isar II más moderna no tuvo que cortar la producción, a diferencia de su estación hermana Isar I, Isar II fue construido con una torre de enfriamiento.
Eventos similares han sucedido en otras partes de Europa durante esos mismos veranos calurosos. Si el calentamiento global continúa, es probable que esta interrupción aumente o, alternativamente, los operadores de la estación podrían retroadaptarse a otros medios de enfriamiento, como torres de enfriamiento, a pesar de que frecuentemente son estructuras grandes y, por lo tanto, a veces impopulares entre el público.
Comparación con energía renovable
Existe un debate en curso sobre los beneficios relativos de la energía nuclear en comparación con las fuentes de energía renovables para la generación de electricidad baja en carbono. Los defensores de la energía renovable argumentan que la energía eólica y la energía solar ya son más baratas y más seguras que la energía nuclear. Los defensores de la energía nuclear argumentan que las fuentes de energía renovables como la eólica y la solar no ofrecen la escalabilidad necesaria para una descarbonización a gran escala de la red eléctrica, principalmente debido a su intermitencia. Aunque la mayoría de las energías renovables instaladas en todo el mundo se encuentran actualmente en forma de energía hidroeléctrica, la energía solar y eólica están creciendo a un ritmo mucho mayor, especialmente en los países desarrollados.
Varios estudios informan que, en principio, es posible cubrir la mayor parte de la generación de energía con fuentes renovables. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) dijo que si los gobiernos apoyaban y se desplegaba el complemento completo de las tecnologías de energía renovable, el suministro de energía renovable podría representar casi el 80% del uso mundial de energía en cuarenta años. Rajendra Pachauri, presidente del IPCC, dijo que la inversión necesaria en energías renovables costaría solo alrededor del 1% del PIB mundial al año. Este enfoque podría contener niveles de gases de efecto invernadero a menos de 450 partes por millón, el nivel seguro más allá del cual el cambio climático se vuelve catastrófico e irreversible.
Sin embargo, otros estudios sugieren que la energía solar y eólica no son rentables en comparación con la energía nuclear. The Brookings Institution publicó The Net Benefits of Low and No-Carbon Electricity Technologies en 2014 que establece, después de realizar un análisis de costos de energía y emisiones, que "Los beneficios netos de las nuevas plantas de ciclo combinado nuclear, hidroeléctrico y de gas superan con creces la red los beneficios de las nuevas plantas eólicas o solares ", con la tecnología de energía de bajo carbono más rentable que se determina que es la energía nuclear.
La energía nuclear también se propone como una forma probada y práctica de implementar una infraestructura de energía baja en carbono, a diferencia de las fuentes renovables. Análisis en 2015 del Profesor y Presidente de Sostenibilidad Ambiental Barry W. Brook y sus colegas sobre el tema de reemplazar los combustibles fósiles por completo, de la red eléctrica del mundo, ha determinado que a la tasa históricamente modesta y probada en la que la energía nuclear era agregado y reemplazado combustibles fósiles en Francia y Suecia durante los programas de construcción de cada nación en la década de 1980, la energía nuclear podría desplazar o eliminar completamente los combustibles fósiles de la red eléctrica en 10 años, "permitiendo que el mundo se encuentre con el invernadero más riguroso" objetivos de mitigación de gases ". En un análisis similar, Brook había determinado anteriormente que el 50% de toda la energía global, que no es únicamente electricidad, pero los combustibles de transporte podrían generarse dentro de aproximadamente 30 años si la tasa de generación de fisión nuclear global era idéntica a las tasas de instalación comprobadas de cada nación en unidades de capacidad instalada, GW por año, por unidad de PIB mundial (GW / año / $). Esto está en contraste con los estudios conceptuales para un Mundo 100% de energía renovable , lo que requeriría un pedido de magnitud más costosa inversión global por año, que no tiene precedentes históricos, junto con tierras mucho mayores que tendrían que dedicarse a los proyectos eólicos, de olas y solares, y la suposición inherente que la humanidad usará menos, y no más, energía en el futuro. Como Brook señala, "las principales limitaciones de la fisión nuclear no son técnicas, económicas o relacionadas con el combustible, sino que están vinculadas a cuestiones complejas de aceptación social, inercia política y fiscal, y una evaluación crítica inadecuada de las limitaciones del mundo real que enfrenta [ otras] alternativas bajas en carbono ".
Varios estudios concluyen que la energía eólica y solar tienen costos comparables o inferiores a la energía nuclear, cuando se considera el precio por kWh. El costo de construir diseños de reactores de energía nuclear establecidos ha seguido una tendencia creciente debido a regulaciones y casos judiciales, mientras que el costo nivelado de la electricidad (LCOE) está disminuyendo para la energía eólica y solar. En 2010, un informe de investigadores solares de la Universidad de Duke sugirió que la energía solar ya es más barata que la energía nuclear. Sin embargo, afirman que si se eliminaran los subsidios para la energía solar, el punto de cruce se retrasaría por años. Los datos del EIA en 2011 estimaron que en 2016, la energía solar tendrá un costo nivelado de electricidad casi dos veces más costoso que el nuclear (21 ¢ / kWh para energía solar, 11,39 ¢ / kWh para energía nuclear) y el viento algo menos costoso que el nuclear (9.7 ¢ / kWh). Sin embargo, la U.
Un estudio de 2010 de Global Subsidies Initiative comparó los subsidios de energía relativos globales, o la ayuda financiera del gobierno para el despliegue de diferentes fuentes de energía. Los resultados muestran que los combustibles fósiles reciben aproximadamente 1 centavo de dólar por kWh de energía que producen, la energía nuclear recibe 1.7 centavos / kWh, la energía renovable (excluida la hidroelectricidad) recibe 5.0 centavos / kWh y los biocombustibles reciben 5.1 centavos / kWh en subsidios.
La energía nuclear es comparable y, en algunos casos, más baja que muchas fuentes de energía renovables en términos de vidas perdidas por unidad de electricidad entregada. Sin embargo, a diferencia de la energía renovable, los diseños convencionales para reactores nucleares producen combustible irradiado intensamente radiactivo que necesita ser almacenado o reprocesado. También se debe desmontar y retirar una planta nuclear, y gran parte de la planta nuclear desmontada debe almacenarse como un residuo nuclear de bajo nivel durante algunas décadas.
Desmantelamiento nuclear
Los costos financieros de cada planta de energía nuclear continúan por algún tiempo después de que la instalación haya terminado de generar su última electricidad útil. Una vez que ya no son económicamente viables, los reactores nucleares y las instalaciones de enriquecimiento de uranio se retiran por lo general, devolviendo la instalación y sus partes a un nivel lo suficientemente seguro como para que se le confíen otros usos, como el estado de nueva planta. Después de un período de enfriamiento que puede durar décadas, los materiales del núcleo del reactor se desmontan y se cortan en pequeños trozos para embalarlos en contenedores para el almacenamiento provisional o experimentos de transmutación. El consenso sobre cómo abordar la tarea es relativamente barato, pero tiene el potencial de ser peligroso para el entorno natural ya que presenta oportunidades para errores humanos, accidentes o sabotaje.
En los Estados Unidos, se exige legalmente una Ley de Política de Residuos Nucleares y un Fondo Fiduciario de Desmantelamiento Nuclear, con servicios públicos que generan entre 0,1 y 0,2 centavos / kWh durante las operaciones para financiar el desmantelamiento futuro. Deben informar periódicamente a la Comisión de Regulación Nuclear (NRC) sobre el estado de sus fondos de desmantelamiento. Alrededor del 70% del costo total estimado de la clausura de todos los reactores nucleares de los EE. UU. Ya se ha recaudado (sobre la base del costo promedio de $ 320 millones por unidad de turbina de reactor-vapor).
En los Estados Unidos en 2011, hay 13 reactores que se cerraron permanentemente y se encuentran en alguna fase de desmantelamiento. Con la Central Nuclear Yankee de Connecticut y la Central Nuclear Yankee Rowe habiendo completado el proceso en 2006-2007, luego de suspender la producción de electricidad comercial alrededor de 1992. La mayoría de los 15 años se usaron para permitir que la estación se enfriara por sí sola. , lo que hace que el proceso de desmontaje manual sea más seguro y más económico. La clausura en sitios nucleares que han sufrido un accidente grave es la más costosa y lleva más tiempo.
Trabajar bajo un marco de seguro que limita o estructura las responsabilidades por accidente de conformidad con el Convenio de París sobre responsabilidad nuclear de terceros, el Convenio complementario de Bruselas y el Convenio de Viena sobre responsabilidad civil por daños nucleares y en los Estados Unidos la Ley Price-Anderson. A menudo se argumenta que este posible déficit de responsabilidad representa un costo externo no incluido en el costo de la electricidad nuclear; pero el costo es pequeño, que asciende a aproximadamente el 0,1% del costo nivelado de la electricidad, según un estudio de la CBO.
Estos costos de seguro más allá de lo normal para los peores escenarios no son exclusivos de la energía nuclear, ya que las centrales hidroeléctricas de manera similar no están completamente aseguradas contra un evento catastrófico como el desastre de la represa Banqiao, donde 11 millones de personas perdieron sus hogares y de 30,000 a 200,000 personas murieron, o grandes fallas de represas en general. A medida que las aseguradoras privadas basan las primas de seguro de la presa en escenarios limitados, el estado también proporciona un seguro de desastre importante en este sector.
Debate sobre la energía nuclear
El debate sobre la energía nuclear se refiere a la controversia que ha rodeado el despliegue y el uso de reactores de fisión nuclear para generar electricidad a partir de combustible nuclear con fines civiles. El debate sobre la energía nuclear alcanzó su punto máximo durante los años 70 y 80, cuando "alcanzó una intensidad sin precedentes en la historia de las controversias tecnológicas" en algunos países.
Los defensores de la energía nuclear sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía sostenible que reduce las emisiones de carbono y aumenta la seguridad energética al disminuir la dependencia de las fuentes de energía importadas. Los defensores afirman que la energía nuclear prácticamente no produce contaminación atmosférica convencional, como los gases de efecto invernadero y el smog, en contraste con la principal alternativa de las centrales eléctricas de combustibles fósiles. La energía nuclear puede producir energía de carga base a diferencia de muchas fuentes renovables que son fuentes de energía intermitentes que carecen de medios económicos y de gran escala para almacenar energía. M. King Hubbert vio el petróleo como un recurso que se agotaría y propuso la energía nuclear como fuente de energía de reemplazo. Los defensores afirman que los riesgos de almacenar desechos son pequeños y pueden reducirse aún más mediante el uso de la última tecnología en reactores más nuevos,
Los opositores creen que la energía nuclear plantea muchas amenazas para las personas y el medio ambiente. Estas amenazas incluyen los problemas de procesamiento, transporte y almacenamiento de desechos nucleares radiactivos, el riesgo de proliferación de armas nucleares y el terrorismo, así como los riesgos para la salud y el daño ambiental causados por la extracción de uranio. También afirman que los reactores en sí mismos son máquinas enormemente complejas donde muchas cosas pueden salir mal; y ha habido serios accidentes nucleares. Los críticos no creen que los riesgos de utilizar la fisión nuclear como fuente de energía puedan compensarse por completo mediante el desarrollo de nueva tecnología. En años anteriores, también argumentaron que, cuando se consideran todas las etapas de la cadena de combustible nuclear que consumen mucha energía, desde la extracción de uranio hasta el desmantelamiento nuclear,
Los argumentos de economía y seguridad son utilizados por ambos lados del debate.
Usar en el espacio
Tanto la fisión como la fusión parecen prometedoras para aplicaciones de propulsión espacial, generando mayores velocidades de misión con menos masa de reacción. Esto se debe a la densidad de energía mucho más alta de las reacciones nucleares: unas 7 órdenes de magnitud (10.000.000 de veces) más enérgicas que las reacciones químicas que impulsan la generación actual de cohetes.
La descomposición radioactiva se ha utilizado a una escala relativamente pequeña (pocos kW), principalmente para potenciar misiones espaciales y experimentos mediante el uso de generadores termoeléctricos de radioisótopos como los desarrollados en el Laboratorio Nacional de Idaho.
Investigación
Diseños avanzados de reactores de fisión
Los reactores de fisión actuales en operación en todo el mundo son sistemas de segunda o tercera generación, y la mayoría de los sistemas de primera generación han sido retirados hace algún tiempo. La investigación sobre los tipos de reactores de generación avanzada IV fue iniciada oficialmente por el Generation IV International Forum (GIF) basado en ocho objetivos tecnológicos, que incluyen mejorar la seguridad nuclear, mejorar la resistencia a la proliferación, minimizar desperdicios, mejorar la utilización de los recursos naturales, en la producción de electricidad, y disminuir el costo para construir y ejecutar dichas plantas. La mayoría de estos reactores difieren significativamente de los reactores de agua ligera que funcionan actualmente, y generalmente no se espera que estén disponibles para la construcción comercial antes de 2030.
Los reactores nucleares que se construirán en Vogtle son nuevos reactores de tercera generación AP1000, que se dice que tienen mejoras de seguridad sobre los reactores de potencia más antiguos. Sin embargo, John Ma, un ingeniero estructural sénior de la NRC, está preocupado de que algunas partes de la cubierta de acero AP1000 sean tan frágiles que la "energía de impacto" de un proyectil en un avión o tormenta podría romper la pared. Edwin Lyman, científico sénior de la Unión de Científicos Preocupados, está preocupado por la fortaleza de la embarcación de contención de acero y la construcción de escudos de concreto alrededor de la AP1000.
La Unión de Científicos Preocupados se ha referido al EPR (reactor nuclear), actualmente en construcción en China, Finlandia y Francia, como el único nuevo diseño de reactor considerado en los Estados Unidos que "... parece tener el potencial de ser significativamente más seguro y más seguro contra los ataques que los reactores de hoy ".
Una desventaja de cualquier nueva tecnología de reactor es que los riesgos de seguridad pueden ser mayores inicialmente ya que los operadores de reactores tienen poca experiencia con el nuevo diseño. El ingeniero nuclear David Lochbaum explicó que casi todos los accidentes nucleares graves han ocurrido con lo que era en ese momento la tecnología más reciente. Él argumenta que "el problema con los nuevos reactores y accidentes es doble: surgen escenarios que son imposibles de planificar en simulaciones, y los humanos cometen errores". Como dijo un director de un laboratorio de investigación estadounidense, "la fabricación, construcción, operación y mantenimiento de nuevos reactores enfrentará una curva de aprendizaje abrupta: las tecnologías avanzadas tendrán un mayor riesgo de accidentes y errores. La tecnología puede ser probada, pero las personas no son".
Fisión fusión nuclear híbrida
La energía nuclear híbrida es un medio propuesto para generar energía mediante el uso de una combinación de fusión nuclear y procesos de fisión. El concepto data de la década de 1950, y fue defendido brevemente por Hans Bethe durante la década de 1970, pero en gran parte permaneció inexplorado hasta una reactivación del interés en 2009, debido a los retrasos en la realización de la fusión pura. Cuando se construye una central de fusión nuclear sostenida, tiene el potencial de ser capaz de extraer toda la energía de fisión que queda en el combustible de fisión agotado, reduciendo el volumen de desechos nucleares en grandes cantidades y, lo que es más importante, eliminando todos los actínidos presentes en el combustible gastado, sustancias que causan problemas de seguridad.
Fusión nuclear
Las reacciones de fusión nuclear tienen el potencial de ser más seguras y generar menos desechos radiactivos que la fisión. Estas reacciones parecen potencialmente viables, aunque técnicamente bastante difíciles y aún no se han creado a una escala que pueda usarse en una planta de energía funcional. El poder de fusión ha estado bajo investigación teórica y experimental desde la década de 1950.
Existen varios reactores e instalaciones experimentales de fusión nuclear. El proyecto de fusión nuclear internacional más grande y ambicioso actualmente en curso es ITER, un gran tokamak en construcción en Francia. ITER planea allanar el camino para el poder de fusión comercial demostrando reacciones de fusión nuclear autosostenidas con ganancia de energía positiva. La construcción de las instalaciones de ITER comenzó en 2007, pero el proyecto ha sufrido muchas demoras y excesos presupuestarios. Ahora no se espera que la instalación comience a operar hasta el año 2027, 11 años después de lo inicialmente previsto. Se ha propuesto una continuación de la central eléctrica de fusión nuclear comercial, DEMO. También hay sugerencias para una planta de energía basada en un enfoque de fusión diferente, el de una planta de energía de fusión inercial.
Se creía inicialmente que la generación de electricidad con Fusion era fácilmente alcanzable, como lo había sido la energía eléctrica de fisión. Sin embargo, los requisitos extremos para las reacciones continuas y la contención del plasma llevaron a que las proyecciones se extendieran por varias décadas. En 2010, más de 60 años después de los primeros intentos, aún se creía que la producción comercial de energía era improbable antes de 2050.
Obtenido de: https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power