Energía nuclear y matriz energética argentina

Por Juan Carlos Sosa. En U-238 Mayo 2013

 

El desarrollo económico y social sostenido de la última década en la Argentina implica, entre muchos otros aspectos, dar un debate sobre la política energética nacional. En este sentido, una de las cuestiones de fondo es, sin dudas, la modificación de la dependencia del combustible fósil como fuente de energía. Ante sucesos como la puesta en marcha de Atucha II y la enorme capacidad de recursos humanos, naturales y tecnológicos con los que cuenta el país, la energía nuclear se presenta como una verdadera alternativa para un desarrollo energético sustentable en el país.

 

Desde 2003 hasta la fecha, primero con el gobierno de Néstor Kirchner y luego con los gobiernos de Cristina Fernández de Kirchner, se han logrado enormes avances en la reconstrucción del país, lo que llevó a un crecimiento sostenido promedio del 7,7% anual entre 2003 y 2011. El crecimiento de la actividad económica estuvo motorizado por el mercado interno, por la redistribución de la riqueza, el aumento en el poder adquisitivo, el mayor consumo y la creación de millones de puestos de trabajo (en 2012 el Banco Mundial publicó un informe en el cual afirma que la Argentina duplicó su clase media en la última década1). Sin embargo, durante 2012, la actividad económica ha mostrado cierto amesetamiento con algunas desaceleraciones como consecuencia de las crisis en Europa, aunque las expectativas de crecimiento para 2013 rondan el 4,5 %

En materia energética, la prioridad debe orientarse a garantizar e incrementar la oferta de energía, tanto en la generación como en su transporte y distribución, en condiciones de equidad e inclusión social, asegurando un desarrollo socioeconómico sustentable y preservando el medio ambiente. La explotación de los recursos naturales debe ser en beneficio de toda la sociedad y no únicamente para la optimización de ganancias por parte de las grandes corporaciones. Una medida estratégica como la nacionalización de YPF asegurará soberanía en el manejo de los principales recursos energéticos: gas y petróleo. Sin embargo, a pesar de ser una medida valorada y que merece acompañamiento, es válido considerar que uno de los objetivos centrales de la política energética debe ser la modificación de la situación actual de dependencia del combustible fósil. Dada la potencialidad de la energía nuclear, puede afirmarse que es una alternativa atractiva y viable, y la Argentina dispone de los recursos humanos, naturales y tecnológicos necesarios como para emprender semejante tarea.

 

Evolución de la matriz energética

En el cuadro 1 se ofrece una tabla comparativa sobre los recursos utilizados como fuente para la generación de energía. La dependencia del gas y del petróleo no se ha visto modificada desde la década del 70 en adelante. Si se suma la participación porcentual del gas y del petróleo durante los 5 períodos de análisis, se da un promedio del 87,18% de participación porcentual, dejando para el resto tan sólo el 12,82%. Se debe destacar que el gas ha tenido una participación creciente en la misma proporción que ha disminuido la participación del petróleo.

El cuadro no registra valores de la década del 70, pero fue durante 1974 cuando Atucha I comenzó su operación comercial. La energía nuclear ha tenido un porcentaje de participación del 1,9% durante la década del 80, fundamentalmente debido a la incorporación de la Central Embalse (1984), el 4,6% durante la década del 90, el 2,7% durante el período de 2000 a 2008 y se ha mantenido constante durante el 2009 en ese valor.

La demanda máxima de potencia en 2012 fue aproximadamente de 21.500 MW. El aporte de potencia de Atucha I más el aporte de Embalse asciende a 1005 MW(357 Atucha I + 648 Embalse), lo que representa un 5% de la potencia demandada. Con la incorporación de Atucha II (745MW), la potencia nuclear instalada alcanzará los 1750 MW, un 8,1% de la potencia demandada.

En el cuadro 2, se presenta la relación entre las distintas fuentes de generación. La participación de la energía nuclear durante el 2012 ha alcanzado valores de 5,5%, y con la puesta en marcha de Atucha II se alcanzará un total del 8% de participación, un porcentaje nunca antes alcanzado.

 

El surgir de una nueva esperanza

Durante los años 90, se aplicaron las recetas establecidas en el Consenso de Washington, cuyas políticas hicieron que la actividad nuclear perdiera su rumbo y que la estructura y capacidades del sector nuclear fueran desarticuladas, hasta llegar a un punto tal que peligró la existencia de la opción nucleoeléctrica en la Argentina.

El camino iniciado durante el Gobierno de Néstor Kirchner con la reactivación del Plan nuclear en 2006, generó, además de muchas ilusiones, posibilidades reales para avanzar en la energía nuclear como alternativa a la situación existente. A partir de entonces, se han dado señales muy claras para posibilitar el aumento de la oferta energética y la participación de la energía nuclear. Para mencionar algunas medidas que marcan orientación:

• Reactivación del plan nuclear, año 2006.

• Puesta en marcha de Atucha II en el transcurso de 2013.

• Extensión de vida útil de Central nuclear Embalse.

• Evaluaciones para la construcción de nuevas centrales nucleares (Ley nuclear 25.566).

• Diseño y construcción de prototipo reactor de potencia CAREM.

• Puesta en valor de la planta de agua pesada (PIAP).

• Nuevas expectativas para la minería de Uranio.

La reactivación en el campo nuclear se basa en dos principios estratégicos: aumento de la oferta energética y de las aplicaciones de tecnología nuclear en salud y en industria.

La puesta en marcha de Atucha II tiene un impacto trascendental que va más allá del aporte de mayor generación de energía, reactivando todo el espectro científico-tecnológico e industrial vinculado al campo nuclear, generando y recuperando recursos humanos altamente especializados. Esto activó, aproximadamente, 4 mil puestos de trabajo durante los períodos de mayor actividad.

La recuperación y formación de nuevos recursos humanos es de vital importancia para la puesta en marcha de Atucha II y para la extensión de la vida útil de Embalse, y sienta las bases para el estudio de nuevas centrales nucleares.

El proyecto del prototipo del Reactor CAREM de baja potencia (25 megavatios), de diseño nacional, tiene como primer objetivo finalizar el estudio de factibilidad e ingeniería básica. Con este proyecto se avanza en cuanto a capacidad y diversidad tecnológica de la Argentina en el área nuclear, un aspecto importante no sólo para respaldar el desarrollo nacional, sino también para competir y sostener internacionalmente nuestra industria nuclear.

Tanto el agua pesada como los elementos combustibles necesarios para la puesta en marcha y futuro funcionamiento de Atucha II son producidos en el país.

A tal fin, se ha decidido reanudar las actividades de enriquecimiento en el Complejo Tecnológico Pilcaniyeu, consolidando la tecnología originalmente usada en los años 80 y evaluando la posibilidad de ampliar nuevas tecnologías.

 

¿Por qué es una buena alternativa la energía nuclear?

Argentina tiene una fuerte dependencia del combustible fósil (gas y petróleo). Luego del saqueo sufrido durante la gestión de la española Repsol, no es posible contar a ciencia cierta con la cantidad de reservas disponibles y su abasto para la satisfacción de la demanda futura de energía. El uso de este tipo de combustible trae aparejado el calentamiento global con las emisiones de gases de combustión (mayormente CO2). Durante 2011, nuestro país tuvo que importar combustible en aproximadamente 9.400 millones de dólares, principalmente gas de la República de Bolivia y petróleo/fuel y gasoil de la República Bolivariana de Venezuela. Esto no es un dato menor, ya que impactó en nuestras reservas internaciones y aumentó nuestra dependencia en materia energética.

La energía nuclear utiliza uranio natural como combustible (se lo llama combustible por convención, pero en realidad no se produce combustión alguna) para generar energía, y la utilización de este combustible no emite gases a la atmósfera. Esto lo dota de una ventaja, ya que no aporta al calentamiento global.

La Argentina dispone de mineral de uranio para abastecer las centrales existentes y futuras. Para asegurar la autonomía nacional, la CNEA se encuentra fuertemente dedicada al desarrollo de actividades de exploración de yacimientos en todo el país. En ese sentido, la Comisión ha establecido en el Plan Estratégico 2010-2019 como objetivo “incrementar las reservas de uranio en todo el país y asegurar la provisión de concentrado de uranio con producción de mineral nacional para cubrir los requerimientos de los reactores de potencia e investigación existentes y por construir”.

Además de la nucleoelectricidad, el campo nuclear tiene aplicaciones en:

1. Medicina nuclear: diagnostica y trata enfermedades usando radiofármacos.

2. Aplicaciones tecnológicas y agropecuarias: se utiliza para garantizar la inocuidad y sanidad de las frutas y verduras.

3. Irradiación de alimentos: se irradia a los alimentos con Cobalto 60 como método de conservación (comparable al frío o calor).

4. Nanotecnología: la energía nuclear se combina con la nanotecnología en áreas como la medicina, la industria, el sector agropecuario, entre otros.

5. Ensayos no destructivos: son ensayos para diagnosticar, analizar y caracterizar materiales.

6. Planta de Irradiación semi-industrial: radiaciones ionizantes de productos y materias primas muy utilizados en medicina como apósitos, guantes y otros.

 

Energía nuclear

¿Qué es y cómo se produce la energía nuclear? Sin la intención de ahondar en los procesos físicos relacionados con la producción de energía nuclear, pero sí me parece interesante presentar algunas ideas que pueden aproximar al lector a una compresión de los fenómenos vinculados al mundo apasionante de la física nuclear.

La energía nuclear, a la cual aquí se hace referencia, es aquella que se obtiene como resultado de reacciones nucleares a las que denominaremos fisión. La Fisión del uranio es un tipo de reacción nuclear en la cual un núcleo de Uranio-235 es bombardeado por un neutrón y puede dividirse en dos productos como por ejemplo el

42Mo95 y 57La139

La fisión podría esquematizarse de la siguiente manera:

92U235 + 0n1  = 42Mo95 + 57La139 + 2 0n1

La masa del sistema antes de la reacción está conformada por la masa de uranio más la masa del neutrón, y la masa del sistema después de la fisión será la suma de los productos de fisión y de los neutrones producidos en ella. Se produce entonces un “defecto” de masa en el sistema, ya que la suma de los productos de fisión más los neutrones tienen menos masa que los componentes iniciales.

Si tenemos en cuenta la equivalencia entre masa y energía, utilizando E=mC2, podemos concluir que de ese “defecto de masa” se produce la energía de fisión. La mayor parte de la energía de fisión se manifiesta como energía cinética de los productos de fisión. La energía cinética de los productos de fisión y la de los neutrones, se transforma en calor por medio de colisiones y, como el proceso de desaceleración o “frenado” de los neutrones y los productos de fisión se realiza muy rápidamente, esta energía cinética se transforma instantáneamente en calor.

En la fisión, el núcleo se divide en dos nuevos núcleos, llamados productos de fisión, y se emiten dos o tres neutrones instantáneos o de fisión. Los productos de fisión son instables porque contienen mayor cantidad de neutrones en su constitución nuclear y por lo tanto son radiactivos y emiten neutrones y otras partículas energéticas para estabilizarse.

El modelo de la gota líquida ofrece una explicación razonable para el fenómeno de la fisión. Supongamos que excitamos una gota liquida y esta comienza a oscilar. Si la energía de excitación entregada no es suficiente para vencer las fuerzas de tensión superficial, entonces la gota retorna a su forma original, que es esférica. En cambio. si la excitación es mayor, la gota atraviesa una serie de etapas.

El modelo de la gota líquida permitió a Bohr el cálculo de la energía de activación para el U-235 y el U-238, dando como resultado 6,5 Mev y 7 Mev respectivamente. La energía de activación es la energía que debe adquirir el un núcleo para fisionarse.

 

La reacción en cadena

Muy poco tiempo después de descubrirse el fenómeno de la fisión y la liberación de energía, surgió la posibilidad como aplicación de fuente de energía. La condición que se debe mantener es producir reacciones de fusión autosostenidas sin necesidad de intervención exterior. Como con cada fisión se liberan en promedio 2,5 neutrones, se estudió la posibilidad de tener una reacción en cadena. Para lograr la reacción en cadena, cada núcleo que captura un neutrón y se fisiona debe producir al menos un neutrón capaz de fisionar otro núcleo.

Los neutrones producidos en una fusión sufren distinta suerte y no todos están en condiciones de fisionar otros núcleos. Pueden escapar o ser capturados por núcleos de otros materiales dentro del reactor. Sólo bajo ciertas condiciones es posible obtener el número de neutrones libres necesarios para mantener una reacción en cadena.

El estudio de las condiciones bajo las cuales se puede mantener una reacción en cadena se hace a través de la constante de multiplicación o factor de reproducción, y se define como la relación del número de neutrones de una generación cualquiera, con el número correspondiente de neutrones de la generación inmediatamente anterior. Si el factor de reproducción da igual o mayor a la unidad, entonces la reacción en cadena es posible.

El factor tiene en cuenta varios fenómenos que compiten entre sí: captura de neutrones rápidos por el U-238, absorción por resonancia en el U-238 dando Pu-239, pérdida de neutrones rápidos, pérdida térmica o lenta, absorción en el U y pérdidas en el moderador.

 

Descripción de Reactores y Centrales Nucleares2

Existen distintos tipos de reactores nucleares, pero todos cuentan en común con los siguientes elementos o componentes: un núcleo activo donde se libera la mayor parte de la energía en forma de calor, donde se halla el combustible nuclear constituido por Uranio (U-235 material físil + U-238 material fértil), y si se trata de reactores térmicos se necesitará un moderador (por ejemplo agua pesada, D2O), cuya función es la de frenar los neutrones de gran energía procedentes de la fisión, principalmente por medio de colisiones de dispersión elástica.

El núcleo del reactor está rodeado por un reflector de neutrones, cuya función es disminuir la pérdida de neutrones por escape. El calor que se genera en el núcleo de un reactor como consecuencia de las fisiones que allí tienen lugar se extrae por medio de un refrigerante. El más utilizado en las centrales es el agua pesada (el mismo fluido que se utiliza como moderador).

La energía calórica que se lleva el refrigerante se transfiere a otro fluido de trabajo (agua blanda o desmineralizada), con el fin de producir vapor de agua. Este vapor se puede utilizar en un sistema convencional Turbina-Generador.

La energía producida por la fisión produce grandes cantidades de calor y la elevación de temperatura se regula a un determinado valor mediante barras de control. Estas barras de control se sumergen en el moderador para absorber neutrones de manera tal de bajar el ritmo de la fisión. Si lo que se quiere es aumentar el ritmo de fisión y aumentar la temperatura, las barras se levantan levemente.

La generación de calor en un reactor nuclear es proporcional al número de fisiones, y este está determinado por la densidad neutrónica, es decir, la cantidad de neutrones por unidad de volumen. Las tareas de control, regulación, puesta en marcha, funcionamiento a distintos niveles de potencia y parada se realizan variando la densidad neutrónica en el núcleo del reactor. Esto puede realizarse de dos maneras: capturando neutrones con barras móviles de un material que actúa como veneno neutrónico (por ejemplo cadmio, plomo, boro), lo que disminuye la cantidad de neutrones y, por lo tanto, la potencia del reactor. La otra manera es desplazar una parte de material reflector provocando escape de neutrones, bajando así la densidad neutrónica.

Se pueden hacer dos grandes clasificaciones en toda central atómica. El circuito primario, constituido por el reactor nuclear con los elementos combustibles y las barras de control, el agua pesada como moderador y el agua pesada como refrigerante; el circuito secundario que se lo puede asociar a un sistema turbo-generador convencional conformado por los evaporadores, turbinas acopladas a un generador, condensadores enfriados por agua de río y el sistema de recirculación con precalentamiento, previo envío a los evaporadores.

Las centrales nucleares son, en última instancia, centrales térmicas en las cuales el reactor nuclear reemplaza a la caldera de las centrales convencionales, ya sean de ciclo combinado o turbinas a gas. La energía calórica generada en el proceso de fisión nuclear se emplea para producir vapor a presión, el cual acciona al grupo turboalternador.

 

A modo de conclusión

Es indispensable detenerse a reflexionar sobre los cambios profundos que se están dando en nuestra sociedad. La recuperación de la política como herramienta transformadora de la realidad hace que podamos pensar un país distinto, con soberanía política, independencia económica y energética, con planes de inversión en Ciencia y Tecnología, la recuperación de miles de científicos, temas que diez años atrás parecían imposible incluso de ser pensados.

Todos estos avances no hubieran sido posibles sin una orientación estratégica hacia la recuperación del rol del Estado como actor central en la toma de decisiones. Desde el campo tecnológico nuclear, se nos presenta un enorme y estimulante desafío: aportar al desarrollo social y económico de manera sustentable y en beneficio del conjunto de la sociedad.

 

1 http://www.bancomundial.org/es/news/2012/11/13/argentina-middle-class-grows-50-percent

2 Conceptos básicos tomados de Fisión y Reactores de Gerardo Quintana, Nueva librería, 1979.

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