ENERGÍA PARA EL FUTUROLa Opción Nuclear

Documento con la postura de la EPS

Sociedad Europea de Físicamás que ideas

Traducido por el Grupo Especialiizado de Física Nuclearde la Real Sociedad Española de Física. http://nuclear.fis.ucm.es/GEFN

La postura de la EPS

La Sociedad Europea de Física (EPS) es una in-stitución independiente financiada mediantecontribuciones de las sociedades nacionales defísica, de otras instituciones y de miembros indi-viduales. Representa a más de 100.000 físicos yreúne expertos en todas las áreas relacionadascon la física. Este informe consta de dos partes:la primera parte es un resumen de la postura dela EPS, que resume sus recomendaciones,seguida de una segunda parte científico-técnica.Esta parte científico-técnica es esencial para esteinforme pues contiene todas las evidencias y ar-gumentos que forman la base de la postura de laEPS.

1. El objetivo de este documento (preám-bulo)

El uso de la energía nuclear para la producciónde electricidad es objeto de debate a nivelmundial: mientras que algunos países aumentansu explotación apreciablemente, otros la reducengradualmente y otros decretan su prohibición.Este informe quiere exponer de forma equili-brada los pros y los contras de la energía nuclear,así como informar a los políticos y al público engeneral, por medio de hechos verificables. Buscaen definitiva contribuir a un debate democráticoque reconozca los hechos científicos y técnicosasí como las preocupaciones de la sociedad.

2. El futuro del consumo de energía y de laproducción de electricidad (Sección 1)

El aumento de la población mundial desde los6.500 millones actuales a los 8.700 millones esti-mados para 2050, vendrá acompañado de un in-cremento del 1,7% de la demanda energéticaanual. Ninguna fuente de energía será capaz decubrir, por sí sola, las necesidades energéticas delas generaciones futuras. En Europa, aproxi-madamente un tercio de la energía producida esenergía eléctrica, de la cual el 31.0% se generaen centrales nucleares y un 14.7% proviene defuentes renovables de energía.

Aunque la contribución de las energías re-novables ha crecido significativamente desdecomienzos de los años 90, la demanda de electri-

cidad no se puede satisfacer de modo realista sinla contribución nuclear.

3. Necesidad de un ciclo energético sinCO2 (Sección 1)

La emisión antropogénica de gases de efecto in-vernadero, entre los cuales el dióxido de carbonoes el más importante, ha amplificado el efectoinvernadero natural y ha conducido al calen-tamiento global. La contribución principal a estefenómeno proviene de la quema de combustiblesfósiles. Un aumento aún mayor tendrá efectosdecisivos sobre la vida en la Tierra. Para com-batir el cambio climático, es necesario un cicloenergético con la menor emisión posible de CO2.Las plantas de energía nuclear producen electri-cidad sin emisión de CO2.

4. Producción de energía nuclear en la ac-tualidad (Sección 2)

En el mundo hay 435 centrales nucleares en fun-cionamiento que producen el 16% de la electrici-dad del planeta. Proporcionan una cantidadfiable de electricidad en los momentos tanto demayor como de menor demanda de energía. Elaccidente de Chernobyl originó múltiples discu-siones sobre la seguridad de las centrales nu-cleares, que pusieron de manifiestopreocupaciones muy serias al respecto. En un fu-turo cercano, la capacidad nuclear europea pro-bablemente no aumente mucho, mientras que síse prevé un aumento significativo en China, laIndia, Japón y la República de Corea.

5. Preocupaciones (Secciones 3 y 4)

Al igual que cualquier otra fuente de energía, laenergía nuclear no está exenta de peligros. La se-guridad de las centrales nucleares, la eliminaciónde los residuos radioactivos, la posible proli-feración nuclear y las amenazas extremistas sonaspectos que hay que considerar seriamente.Para valorar hasta qué punto los riesgos asoci-ados a la energía nuclear pueden considerarseaceptables, han de tenerse en cuenta los riesgosespecíficos de las fuentes alternativas de energía.Esta valoración debe realizarse de un modo ra-cional, en base a argumentos técnicos y eviden-cias científicas, en una discusión abierta que

ENERGÍA PARA EL FUTURO - La Opción Nuclear

1

tenga en cuenta los hechos comprobables y lacomparación con los riesgos de otras fuentes deenergía.

6. Producción de energía nuclear en el fu-turo (sección 5)

Como respuesta a las preocupaciones sobre la se-guridad de los reactores nucleares, se ha desa-rrollado una nueva generación de reactores(Tercera Generación) que incorpora tecnologíasde seguridad avanzadas y mejoras en cuanto aprevención de accidentes, con el propósito deque, en el caso extremadamente improbable deproducirse una fusión del núcleo del reactor, todoel material radiactivo se mantendría dentro delsistema de contención.

En 2002 un grupo de trabajo internacionalpresentó los principios de los reactores de CuartaGeneración, que son intrínsecamente seguros.También ofrecen mayor rentabilidad económicaen la producción de electricidad, generan menosresiduos nucleares que precisen almacenamientoy son más difíciles de usar con fines de proli-feración (dificultan el uso militar de la tecnologíanuclear civil). Aunque todavía están en fase deinvestigación, se espera que algunos de estos sis-temas puedan estar operativos en 2030.

Los Sistemas Asistidos por Acelerador(ADS) ofrecen la posibilidad de transmutar elplutonio y los actínidos menores, que consti-tuyen el principal riesgo radiactivo en la gestióna largo plazo de los reactores de fisión actuales.En potencia, también podrían contribuir sustan-cialmente a la producción energética a gran es-cala, más allá del 2020.

Los reactores de fusión producen energíalibre de CO2, mediante la fusión de deuterio ytritio, dos isótopos del hidrógeno. No producenresiduos radioactivos significativos de larga du-ración, al contrario de lo que ocurre en los reac-tores de fisión. Esta prometedora opción podríaestar disponible en la segunda mitad de estesiglo.

7. La postura de la Sociedad Europea deFísica (EPS) (sección 6)

Dados los problemas medioambientales a los quenuestro planeta se enfrenta y por el bien de lasfuturas generaciones, nuestra generación nopuede permitirse renunciar a una tecnología que

ha probado su capacidad de producir electrici-dad de forma fiable y segura, sin emisiones deCO2. La energía nuclear puede y debe represen-tar una contribución importante dentro del con-junto de las fuentes de energía de baja emisiónde CO2. Esto solo será posible si se consigue elapoyo público por medio de un debatedemocrático y abierto, que respete las preocupa-ciones de los ciudadanos y que maneje hechoscientíficos y técnicos comprobables.

Dado que algunos países europeos se opo-nen a la producción de electricidad por medio deenergía nuclear y además la investigación enfisión nuclear sólo recibe soporte en unos pocospaíses, el número de estudiantes en este campoestá disminuyendo y por tanto también elnúmero de personas con conocimientos en cien-cia nuclear. Hay una clara necesidad de formaren ciencia nuclear así como de preservar elconocimiento nuclear y de investigar a largoplazo en fisión y fusión nuclear y en los métodosde incineración, transmutación y almacenaje deresiduos nucleares.

Europa necesita mantenerse al corriente delos avances en el diseño de reactores, independi-entemente de la decisión sobre su construcciónen Europa.

Ésta es una importante razón añadida parala inversión en I+D+i de reactores nucleares, yes esencial para que Europa sea capaz de seguirprogramas en países de rápido crecimiento talescomo China e India, que están decididos a con-struir centrales nucleares, y a garantizar su se-guridad mediante, por ejemplo, su participaciónactiva en la AIEA.

El Comité Ejecutivo de la EPSNoviembre 2007

2

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

1. La necesidad de abastecimiento de ener-gía sostenible mediante un ciclo de energíalibre de CO2

La disponibilidad de energía para todos es un re-quisito necesario para el bienestar de la huma-nidad, la paz mundial, la justicia social y laprosperidad económica. Sin embargo, contamossolo con un planeta habitable que debemos legar

sin deterioro a las generaciones venideras. Estaidea viene reflejada en el término “sostenible”,cuya definición aparece en el informe Brund-tland[1] de 1987: “El desarrollo sostenible satis-face las necesidades de las generaciones presentessin comprometer la oportunidad de las genera-ciones futuras de satisfacer las suyas”. Este im-perativo ético requiere que cualquier discusiónsobre la energía en el futuro incluya aspectos a

3

La Sociedad Europea de Física tiene la respon-sabilidad de expresar su postura sobre aquellostemas en los que la física desempeña un papelrelevante y que son de interés general para lasociedad. La siguiente declaración sobre LaOpción Nuclear, y su papel en la producciónde electricidad futura, sostenible a gran escalay libre de CO2, está motivada por el hecho deque muchos países europeos altamente desa-rrollados descartan la opción nuclear en supolítica energética a largo plazo. El cambioclimático, el crecimiento de la poblaciónmundial, los recursos finitos de nuestro pla-neta, el fuerte desarrollo económico de Lati-noamérica y Asia, y las legítimas aspiracionesde los países en desarrollo por alcanzar nivelesrazonables de vida, apuntan inevitablementea la necesidad de fuentes sostenibles de ener-gía.

Los autores de este informe son miembrosdel Grupo de Física Nuclear (NPB) de la So-ciedad Europea de Física (EPS) que trabajanen los fundamentos de la física nuclear, perosin relación alguna con la industria de la en-ergía nuclear. Este informe presenta nuestrapercepción sobre las ventajas e inconvenientesde la energía nuclear como fuente sosteniblepara satisfacer nuestras necesidades energéti-cas a largo plazo.

Hacemos un llamamiento para que se re-vise la decisión de eliminar progresivamentelas centrales nucleares que están funcionandoeficientemente y de forma segura y hacemos

notar la necesidad de realizar investigacionesen el futuro sobre la opción nuclear, en parti-cular en los reactores de cuarta generación,que prometen representar un significativopaso adelante en cuanto a seguridad, en el re-ciclaje del combustible nuclear y en la incin-eración y eliminación de los residuosradioactivos. Queremos resaltar la necesidadde preservar el conocimiento nuclear a travésde la educación y la investigación, en las uni-versidades e institutos europeos.

Hartwig Freiesleben (Miembro NPB), Universidad Técnica de Dresden, Alemania

Ronald C. Johnson, Universidad de Surrey, Guildford, ReinoUnido

Olaf Scholten, Instituto de Aceleradores para Física Nuclear(KVI), Groninga, Países Bajos

Andreas Türler, Universidad Técnica de Munich, Alemania

Ramon Wyss,Real Instituto de Tecnología, Estocolmo, Sue-cia

Noviembre de 2007,Sociedad Europea de Física6 rue des Frères Lumière68060 Mulhouse cedex - Francia

PREÁMBULO

ENERGÍA PARA EL FUTURO - La Opción Nuclear>>> Parte Científico/Técnica

corto y largo plazo de cada posible fuente deenergía, tales como disponibilidad, seguridad eimpacto medioambiental. Con respecto a este úl-timo, la producción de residuos y sus riesgosconstituye una preocupación de la máxima im-portancia, bien sea el CO2 producido en laquema de combustibles fósiles o los residuos ra-diactivos del combustible nuclear, por citar sólodos ejemplos. Los siguientes párrafos resumen lasituación de las fuentes de energía primaria agran escala y de la producción actual de electri-cidad en Europa, así como el problema de lasemisiones de CO2. También presentan el con-sumo de energía a nivel mundial.

Fuentes a gran escala de energía primaria

En 2004, la producción total de energía primariade los 25 países de la Unión Europea fue de 880millones de toneladas equivalentes de petróleo o10.2 PWh (1 PWh= 1 Petavatio hora = 1 mi-

llardo de MWh) [2]. Esta energía se obtuvo devarias fuentes de energía primaria (nuclear:28.9%; gas natural: 21.8%; carbón –antracita ylignitos-: 21.6%; petróleo y sus derivados -coque,gasolina, gasóleo- 21.6% y a menor escala, defuentes de energía renovable (biomasa y resi-duos: 8,2%, energía hidráulica: 3,0%, energía ge-otérmica: 0,6%, eólica: 0,6%; el 12,4% en total).Las fuentes primarias satisfacen la demandaconcentrada de energía de la industria, agricul-tura y hogares, y del transporte. Además, el pe-tróleo y el gas pueden ser usados como fuentesdistribuidas, con la versatilidad necesaria parala producción de energía a pequeña escala comola requerida, por ejemplo, en el sector del trans-porte. Las cifras anteriores ponen de manifiesto,que la energía nuclear constituye una fracciónsignificativa del suministro de energía en la ac-tualidad.

Alrededor del 58,7% del total de la energíagenerada proviene de la combustión de combus-tibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) locual conlleva la emisión de CO2, responsable dehasta el 75% del efecto invernadero antropogé-nico. Los otros agentes responsables son el me-tano (CH4, 13%), el óxido nitroso (N2O, 6%) ylos clorofluorocarbonos (CFC) (5%) [2]. Paracombatir el efecto invernadero, debe minimi-zarse el uso de los combustibles fósiles, o ha dereducirse drásticamente donde sea posible suproducción neta de dióxido de carbono. Elmayor potencial para la reducción de emisionesde CO2 se encuentra en la producción de electri-

4

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

Centrales eléctricasde fueloil 4,5%

Otras centraleseléctricas 1,5%

Equivalenteen gramos de

CO2/kWh

cidad, en el sector del transporte y en un uso máseconómico, por ejemplo, con medidas de ahorrode energía.

Generación de electricidad y emisiones deCO2

Los 3.2 PWh de electricidad que en total produ-cen los 25 países de la Unión Europea, corres-ponden al 32.3% de toda la energía producidapor dichos países en 2004. El desglose por fuen-tes de energía se muestra en la Fig.1. Alrededordel 31.0% de la energía eléctrica procede de cen-trales nucleares, el 10.6% de centrales hidráuli-cas, 2.1% de plantas de combustión de biomasa,1.8% de turbinas eólicas, 1.5% de otras fuentes,de las cuales la geotérmica contribuye en un0.2%; la contribución de la energía fotovoltaicaen 2004 fue insignificante[2]. Ninguna de estasfuentes emite CO2 durante su funcionamiento.Por el contrario, las centrales que consumen gas,petróleo y carbón emiten CO2; todas ellas juntascontribuyen en un 52,9% a la producción deenergía eléctrica.

Es evidente de estas cifras que las centralesnucleares representan un pilar fundamental enel suministro de electricidad europea; a gran es-cala, satisfacen la carga base estable y, bajo de-manda, también los picos de carga adicional1. Lareducción de su contribución al suministro deelectricidad causaría un serio déficit de electrici-dad en Europa.

Todas las fuentes de electricidad requierenla construcción de plantas generadoras a las quese suministra combustible. Estas actividades su-ponen extracción, procesamiento, conversión ytransporte del combustible, que contribuyen

también a la emisión de CO2 y que forman elciclo previo de combustible.

Hay también un ciclo posterior de combus-tible, tras su uso. En el caso de las centrales nu-cleares, dicho ciclo posterior incluye lamanipulación y almacenamiento del combusti-ble usado y, en el caso del carbón o las centralestérmicas de petróleo, la retención del dióxido deazufre (SO2), el carbón no quemado y, en un casoideal, el almacenamiento de CO2 [3] con el fin deevitar su emisión a la atmósfera.

Sin embargo, esta última técnica requiereun profundo estudio, dado que en la actualidadno se conocen los efectos del almacenamiento alargo plazo del CO2. El desmantelamiento deuna planta de energía es también parte del cicloposterior de combustible. Ambos ciclos de com-bustible, tanto previo como posterior, conllevaninevitablemente emisiones de CO2. Las ventajaso inconvenientes de un determinado proceso deproducción de electricidad sólo pueden debatirsede forma realista si se considera el ciclo de vidadel sistema en su totalidad.

La cantidad de CO2 emitido por 1 kWh deenergía eléctrica producida, también llamadahuella de carbono, puede obtenerse como sub-producto del análisis de los ciclos de vida [4]. Losresultados dependen de la central productora deenergía considerada, lo cual proporciona unrango de valores, mostrados como un par de ba-rras para cada combustible en la Fig. 2. Otrosestudios utilizan baremos diferentes y por tantollegan a valores ligeramente distintos. El Modelode Emisión para Sistemas Integrados, del Insti-

5

1 Nota de los traductores: “pico de carga adicional” aquéllos momentos puntuales en los que por circunstancias especiales hayuna gran demanda de energía, esto suele suceder, por ejemplo, cuando hace mucho frío o mucho calor.

� Fig. 3: Lengua del Glaciar Pasterze con el pico Gross-glockner (3798 m.) al fondo. Tomado de [11].

tuto Alemán Öko [6] proporciona los siguientesvalores de gramos de CO2 por kWh emitido: car-bón (aprox. 1000), gas de ciclo combinado(aprox. 400), nuclear (35), hidraúlica (33) y eó-lica (20) (citado por [7]). Estos valores reflejanprobablemente la situación de Alemania y pue-den no ser típicos de otros países [8]. Por ejem-plo, Francia genera el 79% de su electricidad enplantas nucleares (Alemania el 31%) y por tantotiene niveles de emisión de CO2 inferiores a losde Alemania. Pero incluso si se adoptan los valo-res de la ref. [4] , una central térmica de carbónemite de 29 a 37 veces más CO2 que una centralnuclear. Esto significa que la generación de elec-tricidad nuclear (31,0% de 3,2 PWh) evita laemisión de entre 990 y 1270 millones de tonela-das de CO2 cada año, mientras que todas lasfuentes de energía renovables juntas (14,7% de3,2 PWh) evitan menos de la mitad de dichacantidad.

El ahorro de emisiones que supone la ener-gía nuclear supera los 704 millones de toneladasde CO2 emitidas por toda la flota de automóvilesde Europa cada año (4,4 Tkm/año [2], 1Tkm =1 Terakilómetro = 1 millón de millones de km;160 g/km [9]). En Europa, reemplazar la produc-ción de electricidad nuclear por combustibles fó-siles equivaldría a más que duplicar las emisionesde la flota europea de coches. Si en el mundo elcombustible nuclear fuese sustituido por com-bustibles fósiles, las emisiones mundiales de CO2,que están en torno a 28 millardos de toneladas[3], aumentarían entre 2.6 y 3.5 millardos de to-neladas al año.

Estos ejemplos de análisis de ciclo de vidamuestran sin lugar a duda que la electricidad deorigen nuclear no contribuye de forma significa-tiva a las emisiones de gases de efecto inverna-dero y que este resultado es independiente de laactitud hacia la energía nuclear que tenga la or-ganización que lleve a cabo el análisis.

Cambio climático

Desde el comienzo de la industrialización elmundo ha experimentado un aumento de latemperatura media que, casi con total certeza,está ocasionado por el incremento, provocadopor el hombre, del efecto invernadero natural,debido al aumento de las emisiones de gases deefecto invernadero [10]. Indicios de este au-mento de temperatura incluyen la descongela-ción acelerada de los glaciares (Fig.3), de laszonas de permafrost (hielo permanente de lascapas superficiales del suelo) y de la capa dehielo ártico.

En el mismo periodo, la concentración en laatmósfera de los gases antropogénicos de efectoinvernadero, entre los cuales el dióxido de car-bono es el máximo contribuyente, ha alcanzadoun nivel nunca observado en varios cientos demiles de años; la Fig.4 muestra la evolución dela concentración de CO2 en los últimos 10.000años.

Hay consenso entre los científicos en que unaumento de la concentración de CO2 en la at-mósfera tendrá efectos perjudiciales para la vidaen la Tierra [10, 12]. Por tanto, la emisión cre-ciente de gases de efecto invernadero, proceden-tes principalmente de la quema de combustiblesfósiles, debe ser controlada, tal y como se acordóen el protocolo de Kioto [13].

Fuentes Mundiales de energía primaria

Los escenarios de fuentes de energía primaria fu-turas (que incluyen no sólo fuentes de electrici-dad) en el mundo han sido objeto de muchosestudios detallados. El escenario de desarrollosostenible del estudio de la Agencia Internacio-nal de la Energía AIE/OCDE [14] predice laprogresión mostrada en la Fig. 5 en Gtoe (1 Gtoe= 1 Giga tonelada equivalente de petróleo =11.63 MWh) para una población mundial quepasará de 6.500 millones de hoy a los 8.700 mi-llones estimados para el 2050. Con el fin de sa-

6

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

� Fig. 4: Concentración de CO2 (partes por millón, ppm) en laatmósfera durante los últimos 10.000 años. La figura inser-tada muestra la concentración desde 1750. Tomado de [10].

tisfacer la creciente demanda de energía, todaslas fuentes disponibles hoy tendrían que adecuarsu contribución. Después de 2030, cuando loscombustibles fósiles comiencen a aportar menosenergía primaria, como se indica en la Fig. 5, lasfuentes de energía nuclear, biomasa y renovables(hidroeléctrica, eólica, geotérmica) tendrán queutilizarse cada vez más. De acuerdo con el“World Energy Outlook, 2004” de la AIE [16],tanto la demanda de energía como las emisionesde CO2 relacionadas con la energía aumentaránhasta el año 2030, a un ritmo compuesto de alre-dedor de un 1,7% anual.

Debe tenerse en cuenta que la principalfuente renovable de energía eléctrica es la hi-dráulica (cf. Fig. 1), y qué su aportación nopodrá ser incrementada significativamente enEuropa en un futuro inmediato [17]; lo mismosucede para la electricidad que proviene de fuen-tes geotérmicas [17].

Desde 1990, se han construido en Europaun gran número de parques eólicos para la pro-ducción de electricidad. Sin embargo, es difícilimaginar que la producción de electricidad a par-tir del viento sustituya en un futuro próximo ala generada por gas, petróleo o carbón (52,9% entotal) o nuclear (31,0%); su incremento anual noes suficiente, como se deduce de la Fig. 5. Por lotanto, todas las posibles fuentes deben ser explo-tadas con el fin de poder enfrentarse a la cre-ciente demanda de energía.

El plan más reciente y ambicioso de la UEpara reducir en 2020 las emisiones de CO2 a un20% por debajo del nivel de 1990 [18] se basa enuna reducción significativa de las emisiones deCO2 en el sector del transporte, pero tambiénimplícitamente en un crecimiento mucho másrápido que en el pasado de los parques eólicos yfotovoltaicos. Sin embargo, la generación de elec-tricidad, por ejemplo, por medio de aerogenera-dores, debería incrementarse, aproximadamenteen un factor 17 para acercarse al nivel de pro-ducción de la energía nuclear. Es difícil imaginar

7

La sustitución de centrales nuclearespor centrales de carbón no es una opción,ya que esto incrementaría de manera sig-nificativa el total mundial de emisiones deCO2. Las fuentes renovables no creceránlo suficientemente rápido como para susti-tuir a la energía nuclear en un futuro cer-cano. Para afrontar simultáneamente lacreciente demanda de electricidad, el ob-jetivo reciente de la UE de reducción deCO2, y evitar los desastres potenciales delcambio climático, la elección no es energíanuclear o renovable, sino energía nuclearconjuntamente con energías renovables.

cómo este crecimiento podría alcanzarse en2020. Y este cálculo ni siquiera incluye el au-mento previsto de la demanda de energía del1,7% anual. Además, serán necesarios mecanis-mos de almacenamiento de energía, no disponi-bles en la actualidad, que garanticen unsuministro de energía independiente de las con-diciones meteorológicas.

Por tanto, el objetivo de sustituir por com-pleto la energía nuclear por fuentes renovableses discutible y poco realista (ver también [12]).Así pues, la consecución del plan de la UE de re-ducción de CO2 depende fuertemente de la dis-ponibilidad de electricidad proveniente decentrales nucleares.

2. La producción de energía nuclear hoy

La energía nuclear ya se usa para la generaciónde electricidad a gran escala y está en la actua-lidad basada en la fisión del uranio 235 (U-235)y plutonio 239 (Pu-239) en centrales eléctricas.Representa aproximadamente el 5% de la pro-ducción mundial de energía, suministra en tornoal 16% (2.67 PWh) de la electricidad mundial[19] y evita entre 2.6 y 3.5 millardos de tonela-das de emisiones de CO2 al año. Por medio de lasnuevas soluciones que se mencionarán más ade-lante, la energía nuclear tiene potencial paracontinuar como una fuente principal de energíaa largo plazo, con instalaciones que incineren losresiduos nucleares y produzcan energía al mismo

tiempo, e incorporen elementos de seguridad in-trínseca en su diseño. En la actualidad, (a 31 demayo del 2007) 435 centrales nucleares están enoperación en el mundo, 196 de ellas en Europa[19]. Hay varios tipos de reactores en uso: 264reactores de agua a presión (PWR), 94 reactoresde agua en ebullición (BWR), 43 reactores deagua pesada a presión (PHWR o CANDU) y 18reactores refrigerados por gas (AGR y Magnox).Además, hay 11 reactores de agua ligera mode-rados con grafito (RBMK) en funcionamiento enRusia y uno en Lituania, y cuatro reactores rá-pidos (FBR) en Japón [19]. Hay otras 37 nuevasunidades en construcción, principalmente en pa-íses de Europa del Este y Asia, que proporciona-rán una potencia adicional de 32 GW.

8

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

Las centrales nucleares proporcionan el16% de la electricidad mundial y consti-tuyen uno de los principales pilares de laproducción eléctrica europea, suminis-trando el 31% de su electricidad. En Eu-ropa, se están construyendo unas pocascentrales nuevas, mientras que se esperauna expansión significativa de la produc-ción de energía nuclear en el Sur de Asiay Extremo Oriente.

Producción deelectricidad nuclear

2006

� Tabla 1: Centrales Nucleares europeas. Tomado de [19].

Reactores enfuncionamiento

Mayo 2007

Reactores encontrucciónMayo 2007

Reactores en proyectoMayo 2007

En la Tabla 1 se enumeran los reactores deEuropa que suministran corriente eléctrica a lared, así como aquéllos en construcción o en pro-yecto (la letra “e” se refiere a la potencia eléc-trica). Esta capacidad se mantendráprobablemente sin cambios en un futuro pró-ximo, con algunas mejoras (principalmente enpaíses de Europa del Este) y extensiones de lavida productiva. Algunos países (Bélgica, Ale-mania, Holanda y Suecia) están planeando unabandono gradual de la energía nuclear, y enotros (Austria, Dinamarca, Grecia, Irlanda, Ita-lia y Noruega) el uso de la energía nuclear estáprohibido por ley. La situación en el ExtremoOriente, Sur de Asia y Oriente Medio es bastantedistinta: hay 90 reactores en funcionamiento yse espera una expansión significativa, especial-mente en China, India, Japón y la República deCorea [19].

3. Preocupaciones

Riesgos y seguridad

Nuestra vida diaria conlleva riesgos que estánasociados a ciertos peligros. Esto también escierto para la producción de energía. Dado quela humanidad depende de la energía, uno debevalorar los riesgos inherentes a las distintas fuen-tes de energía, con el fin de juzgar sus méritos.Los científicos han desarrollado herramientas

para cuantificar el nivel de riesgo.

Por ejemplo, un análisis comparativo deriesgos fue llevado a cabo por el Instituto Paul-Scherrer, Villigen, Suiza [20], centrado en acci-dentes graves relacionados con la energía entrelos años 1969 y 2000. Se muestra un resultadoen la Fig. 6, en la que aparece el número demuertes inmediatas por gigavatio (de electrici-dad) al año (nótese que la escala vertical no eslineal).

Las plantas de energía nuclear son las insta-laciones menos propensas a tener víctimas mor-tales. En el caso del accidente de Chernobyl, sinembargo, las consecuencias a largo plazo debenser consideradas. Éstas fueron investigadas porun grupo de estudio de la Organización Mundialde la Salud (OMS) en 2005 [21], formado por 8agencias especializadas de Naciones Unidas, losgobiernos de Bielorrusia, la Federación Rusa yUcrania. El informe consideró 50 víctimas inme-

9

diatas de trabajadores del servicio de emergenciaque murieron de síndrome de radiación grave ynueve niños que murieron de cáncer de tiroides.La pregunta sobre el número total de muertesfuturas relacionadas causalmente con la libera-ción de cantidades importantes de material ra-diactivo en el medio ambiente es compleja ytambién se trata en detalle en el informe de laOMS [21].

Aunque resulta posible investigar acciden-tes en el pasado, es sin embargo difícil evaluar elimpacto de accidentes que pueden tener lugar enel futuro. Una valoración de dichos riesgos futu-ros fue llevada a cabo por B.L.Cohen quien, paracuantificar el riesgo, introdujo una cantidad quedenominó “pérdida de esperanza de vida” [22].Este análisis científico muestra que el riesgo aso-ciado a la producción de electricidad en centralesnucleares es mucho menor que otros riesgos dela vida diaria [22].

Esta valoración objetiva de los riegos rela-tivos tiene que competir con el hecho de que fre-cuentemente hay una diferencia significativaentre el riesgo percibido de un hecho y la posibi-lidad real de que dicho suceso ocurra. Un riesgobajo de que se produzca un gran accidente espercibido de forma distinta que un riesgo alto deque se produzca un accidente leve, incluso si elnúmero total de víctimas por año es el mismo enlos dos casos. Esto es particularmente cierto enla percepción pública de la energía nuclear,donde la radiactividad entra en juego.

La radiactividad – el fenómeno de la desin-tegración espontánea o transfor-mación de nú-cleos atómicos en otros, acompañada de laemisión de radiación alfa, beta o gamma, deno-minadas radiaciones ionizantes – es un fenómenonatural que existe desde mucho antes de la for-mación de nuestro planeta. Elementos radiacti-vos como el torio o el uranio se encuentran endistintas regiones del mundo. Su abundancia enla corteza terrestre es aproximadamente de 7.2mg de torio por kg de corteza [23] y de 2.4 mg deuranio por kg de corteza terrestre [24] .

Ambos elementos se desintegran y produ-cen radio y radón, un gas noble radiactivo, quese escapa desde los depósitos que contienen losminerales y constituye una fuente particular-mente destacada de radiactividad natural cercade estos depósitos. La radiactividad natural se

encuentra también tanto en la flora como en lafauna. Como ejemplo, el carbono-14 (C-14) ra-diactivo, que se produce continuamente en reac-ciones nucleares en la atmósfera de la tierrainducidas por el intenso flujo de radiación cós-mica presente en el sistema solar, entra en labiosfera y la cadena alimenticia de todos losseres vivos. Además, los huesos de los animales ylos seres humanos contienen, por ejemplo, el ele-mento potasio (K); su isótopo radiactivo K-40(con una abundancia del 0.0117%) tiene untiempo de vida mayor que la edad de la Tierra.En total, en el cuerpo de una persona de me-diana estatura, 25 años de edad y 70 kg de peso,tienen lugar unas 9.000 desintegraciones radiac-tivas por segundo [25].

Es frecuente afirmar que las centrales nu-cleares emiten material radiactivo en niveles po-tencialmente peligrosos. Muchos países tienenregulaciones que establecen los límites máximos,tanto para las emisiones de material ionizante através de descargas a la atmósfera y efluentes2

como para las inmisiones3 en el medio ambiente(por ejemplo, la Ley Federal de Control de Inmi-siones de Alemania [26]), y conforme a ellas semantienen bajo estricta vigilancia. Además,tanto la operación de centrales nucleares indus-triales como la de los reactores de investigaciónestá sujeta a una regulación estricta cuyo cum-plimiento es vigilado por agencias gubernamen-tales independientes, que pueden inclusoautorizar el cierre de una planta eléctrica en casode infracción.

Se ha encontrado que tanto la emisióncomo la inmisión cerca de las centrales nuclearesestán dentro de las fluctuaciones espaciales es-perables del fondo de radiactividad natural [27].Debe destacarse que las centrales de carbóntambién emiten material radiactivo, ya que elcarbón contiene de 0,05 a 3 mg de uranio por kg[28]. Ni el uranio ni sus productos de desintegra-ción radiactiva pueden ser detenidos completa-mente por filtros y por tanto son emitidos almedio ambiente [29]. Otra afirmación amplia-mente extendida es que son más frecuentes loscasos de leucemia cerca de instalaciones nuclea-res. Sin embargo los estudios han mostrado que“la agrupación local de casos de leucemia ocurrecon bastante independencia de las instalacionesnucleares” [30], ver también [31]. El número decasos de cáncer resultantes del accidente de

10

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

2 Nota de los traductores: líquidos que procede de una planta industrial.3Nota de los traductores: inmisión es la recepción de contaminantes en el medio ambiente (aire, suelo, agua) procedentes deuna fuente emisora. La inmisión es consecuencia directa de la emisión.

Chernobyl fue investigado por la OMS [21].Estos resultados han sido discutidos anterior-mente.

La seguridad de las centrales nucleares esun tema importante. El devastador accidente deChernobyl estuvo relacionado con un reactor deagua ligera moderado con grafito (RBMK), untipo de reactor todavía utilizado en Rusia y Li-tuania; un accidente similar es imposible en elresto de reactores nucleares existentes en elmundo, debido a la tecnología usada. Una me-jora aún mayor de la seguridad es una de las ra-zones que impulsan el desarrollo de los reactoresde próxima generación. Éstos se construyen detal modo que, o bien sea físicamente imposibleuna fusión del núcleo del reactor, o bien dicho es-cenario de peor desastre posible se ha incorpo-rado en el diseño del reactor de forma que susconsecuencias queden limitadas al sistema decontención, sin afectar al medio ambiente. El sis-tema de contención del reactor se diseña tam-bién para soportar el impacto de cualquieravión.

Residuos

Anualmente, se descargan 10.500 toneladas decombustible gastado originadas en los reactoresnucleares de todo el mundo [32]. El combustiblegastado ha de ser o reprocesado o bien aisladodel entorno durante cientos de miles de años, conel fin de prevenir daños a la biosfera. Todos losnúcleos radiactivos de los residuos decaerán conel tiempo en núcleos estables. En caso de ser in-geridos o inhalados, varios de los nucleidos pre-sentes en los residuos radiactivos planteandiferentes amenazas para los seres humanos, enfunción de sus propiedades de desintegración,ritmo de decaimiento y tiempo de retención en elorganismo. Esta amenaza se cuantifica como ra-diotoxicidad, una medida de cómo de nocivo esun material radiactivo. Ejemplos de nucleidoscon alta radiotoxicidad son los isótopos de largavida del plutonio y los actínidos menores (MA),principalmente neptunio, americio y curio,mientras que los productos de fisión de vidacorta son generalmente menos radiotóxicos y suradiotoxicidad disminuye rápidamente con eltiempo. Los residuos radiactivos se originan nosolo a causa del funcionamiento y desmantela-miento de centrales nucleares, sino también enmedicina nuclear y laboratorios de investigacióncientífica. El almacenamiento de estos residuos

de baja y media actividad en lugares adecuadosno conlleva gran dificultad y se lleva a cabo enla actualidad en muchos países, Debe tenerse encuenta que todos los países europeos que tienencentrales nucleares (ver Tabla 1) y otros quehacen uso de material radiactivo o radiación io-nizante han firmado la “Convención conjuntasobre seguridad en la gestión del combustiblegastado y sobre seguridad en la gestión de des-echos radiactivos” de la AIEA [33].

Sin embargo, la gestión a largo plazo delcombustible gastado sí supone una seria preocu-pación. A corto plazo, la gestión del combustiblegastado se ha realizado con seguridad desde laoperación de los primeros reactores nucleares.Tras su descarga del reactor, el combustible gas-tado se almacena temporalmente bajo el agua enel mismo emplazamiento del reactor, a la esperade que los núcleos radioactivos con una vida máscorta se desintegren. Posteriormente, el combus-tible gastado o bien es reprocesado de forma queel uranio y el plutonio se separan químicamente,para ser reutilizados como combustible del reac-tor o bien, en el caso de ciclo de un solo paso, esempaquetado (principalmente por vitrificación)para su futuro almacenamiento a largo plazo enprofundos depósitos subterráneos. En los ciclosde un solo paso, el combustible gastado ha de seralmacenado durante al menos 170.000 añoshasta alcanzar los mismos niveles de radiotoxici-dad que el uranio del cual fueron extraídos.

Si se elimina el 99.9% del plutonio y uranio,se reduce el tiempo de almacenamiento a unos16.000 años y las futuras tecnologías avanzadasde reciclaje, que también eliminen los actínidosmenores (MA), reducirían a poco más de 300años el tiempo de seguridad de almacenamientode los restantes productos de fisión [34]. Los MArecuperados han de ser transmutados en produc-tos de fisión de vida corta, o bien incinerados eninstalaciones especiales, tal y como se discutemás adelante.

La eliminación a largo plazo de todo con-tacto con agua es el principal problema a consi-derar en los depósitos geológicos profundos. Envarios países se han identificado lugares posiblespara estos almacenes, y se ha investigado en de-talle su seguridad geológica a largo plazo (porejemplo puede consultarse la gestión del com-bustible gastado en el reactor finlandés en cons-trucción en Olkiluoto [35]). Este tipo de

11

almacenamiento elimina el problema de los resi-duos, al menos temporalmente, y en algunoscasos no excluye la recuperación de este materialpara su futuro reprocesamiento [35,36].

Proliferación y la amenaza extremista

La utilización no pacífica de material fisible esun asunto de máxima preocupación; ver [37]. Enel debate de este tema, debe distinguirse entre lafabricación de cabezas nucleares por las poten-cias nucleares mundiales, por un lado, y la fabri-cación de simples bombas por parte deextremistas, por el otro. Las potencias nuclearesconstruyen cabezas nucleares a partir de uranioaltamente enriquecido (HEU o highly enricheduranium) o de plutonio adecuado para armasnucleares. Este último no se produce en los reac-tores de las centrales nucleares que producenelectricidad, sino en reactores especialmente di-señados para producir principalmente Pu-239[38]. El uranio poco enriquecido (LEU, de lowenriched uranium) que se usa como combustiblede las centrales nucleares, no es adecuado paraconstruír dispositivos explosivos. El plutonio ex-traído del combustible nuclear gastado no tienela composición isotópica adecuada para la pro-ducción efectiva y eficiente de cabezas nucleares.Debe resaltarse, por tanto, que el plutonio pro-ducido en las centrales nucleares no es útil parala fabricación de cabezas nucleares. La posibili-dad de que un determinado país desarrolle unprograma de armas nucleares no depende sólo dela presencia de centrales nucleares en el país, sinotambién de la disponibilidad de plantas de re-procesamiento y/o enriquecimiento.

Otra cuestión distinta es el uso de materialfisible por extremistas. Puede encontrarse un es-tudio sobre esa amenaza, por ejemplo, en [39].El material fisible químicamente extraído decombustible nuclear utilizado puede, en princi-pio, ser usado por extremistas para construir undispositivo nuclear de capacidad explosiva rela-tivamente baja, quizá de unas pocas kilo tonela-das equivalentes de TNT [40], pero que libere

cantidades grandes de cenizas radiactivas almedio [41].

También es concebible que una bomba con-vencional pueda usarse para vaporizar una barrade combustible gastado y dispersar su contenidoradiactivo. Para evitar este tipo de actos, las lo-calizaciones de material fisible están estricta-mente vigiladas por agencias internacionalescomo la Agencia Internacional de la EnergíaAtómica (AIEA), ver también [42]. Debido aque el reprocesamiento del combustible nuclearrequiere una gran planta industrial, el procesopuede ser objeto de estricta vigilancia y la des-viación o robo de material puede impedirse demodo efectivo. En el futuro previsible, algunosreactores de cuarta generación produciránmucho menos plutonio, en comparación con losreactores actuales (ver sección 5) [43].

Otra amenaza que no puede ignorarse es laposibilidad de que grupos extremistas pudieranadquirir armas nucleares directamente a partirdel desmantelamiento de los arsenales de armasnucleares. Está claro que en este caso la ame-naza terrorista no tiene conexión con el uso pa-cífico de la tecnología nuclear.

4. Ciclos de Combustible

12

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

Como cualquier otra fuente de energía, laenergía nuclear no está exenta de peligros.La seguridad de las centrales nucleares, laeliminación de residuos, la posible prolife-ración nuclear y las amenazas extremistasson todas cuestiones de seria preocupa-ción. Para valorar hasta qué punto losriesgos asociados pueden considerarseaceptables, deben tenerse en cuenta losriesgos de las fuentes de energía alternati-vas (no nucleares). Esta valoración deberealizarse de modo racional, en base a he-chos científicos a través de una discusiónabierta de las evidencias y en comparacióncon los riesgos de otras fuentes de energía.

La mayoría de los reactores hoy en uso están ba-sados en la fisión del U-235, que se producecuando éste es bombardeado con neutrones tér-micos (lentos). El mismo proceso sucede en elPu-239 y el U-233, que se crean en reactores tér-micos a través de la captura de neutrones porparte del U-238 y el Th-232, respectivamente.Por el contrario, la reacción en cadena en reacto-res rápidos se mantiene con neutrones rápidos(energéticos). Otros reactores térmicos incluyenel reactor de sales fundidas (ver capítulo 5) y losdel tipo CANDU. Estos últimos se refrigeran ymoderan con agua pesada y son capaces de fun-cionar con uranio natural. Ambos tipos de reac-tores pueden producir suficiente U-233 comopara mantenerse en funcionamiento, pero losproductos de fisión tienen que ser retirados a in-tervalos regulares.

Los reactores rápidos pueden producir, in-cluso, más combustible (plutonio) del que con-sumen (reactores reproductores rápidos).Además de esta clasificación, se pueden distin-guir dos clases distintas de reactores, en funciónde su ciclo de combustible: los de un solo paso(principalmente empleados en EEUU) y los deciclo cerrado (empleados por ejemplo en Fran-cia). Estos dos tipos serán analizados por sepa-rado, dado que cada uno tiene sus problemas yventajas específicas. Sin embargo, en primerlugar, es necesario tratar el tema de las reservasde uranio.

Reservas de Mineral de uranio

Las fuentes convencionales de uranio se estimanen unos 14,8 millones de toneladas. Entre éstashay unos 4,7 millones de toneladas en fuentesidentificadas, listas para su acceso y extraccióna un coste menor de 130 dólares (100 euros) porkg de uranio [44,45]. El balance restante de unos10 millones de toneladas es una estimación apartir de investigaciones detalladas y explora-ciones y conocimientos geológicos que apuntan aáreas geográficas probables. Este cálculo estáprobablemente subestimado, dado que sólo 43países han proporcionado datos al respecto.

Otras reservas incluyen fuentes no conven-cionales de uranio (uranio en baja concentra-ción) y otros combustibles nucleares posibles(como el torio). La mayoría de estas reservas noconvencionales están asociadas con el uranio enfosfatos (alrededor de 22 millones de toneladas),

pero existen otras fuentes posibles, por ejemplo,el agua del mar y los esquistos. Es probable queestas fuentes se exploten si el precio del uranioaumenta. El torio es abundante, con reservas demás de 4.5 millones de toneladas [46], aunqueesta estimación no incluye datos de muchos pa-íses con posibles depósitos de torio.

La cifra de 4.7 millones de toneladas de ura-nio en yacimientos identificados ha de compa-rarse con las necesidades anuales mundiales deunas 67 kilotoneladas en 2005 [19]. Las necesida-des mundiales de uranio asociadas a los reactoresse espera que aumenten hasta entre 82 y 101 ki-lotoneladas para el año 2025. Se estima que lademanda de América del Norte y de Europa Oc-cidental se mantendrá prácticamente constanteo disminuirá ligeramente mientras que aumen-tará en el resto del mundo [44].

A partir de estas estimaciones se deduce quehay suficiente uranio en las fuentes identificadascomo para proporcionar combustible a los reac-tores nucleares de ciclo de un solo paso duranteotros 50 años. Teniendo en cuenta las fuentesconvencionales (unos 10 millones de toneladas)y no convencionales (unos 22 millones de tonela-das) que probablemente se explotarán si existedemanda, las reservas de mineral de uranio du-rarán varios cientos de años incluso si el uranioes usado en un ciclo de un solo paso. Si se usa unciclo de combustible cerrado, habrá uranio sufi-ciente para miles de años (ver más adelante).

El ciclo de un solo paso, o ciclo abierto

Después de su extracción en la mina, el mineralde uranio es convertido en hexafluoruro de ura-nio, UF6. El UF6 es enriquecido isotópicamentecon el fin de aumentar su concentración de nú-cleos fisionables de U-235 hasta el 4.6%. La con-centración de U-235 en el uranio natural es del0.72%, demasiado baja para su uso en la mayo-ría de reactores excepto en los del tipo CANDU,que pueden funcionar con uranio natural.

El fluoruro se convierte a continuación enóxido de uranio enriquecido, UO2, a partir delcual se fabrican las pastillas de combustible quese insertan en las barras. Estas barras se man-tienen en el reactor hasta cuatro años, durantelos cuales la reacción en cadena de fisión nuclearcontrolada libera continuamente la energía quese transforma en electricidad. Cada paso de la

13

producción representa un proceso industrialcompleto.

Debido a que las barras de combustible gas-tadas no son reprocesadas, todos los actínidosmenores y, en particular el plutonio, permanecenen las barras de combustible en una forma queno puede ser usada de manera práctica y eficazpara producción de armas. Esta seguridad inhe-rente con respecto a la proliferación armamen-tística es la principal ventaja del ciclo decombustible de un solo paso. Se pueden encon-trar más ventajas de este tipo de proceso en [47].

El principal inconveniente de este procesoes que produce residuos radiactivos que han deser almacenados durante cientos de miles deaños, hasta reducir sus niveles de radiotoxicidada los del mineral natural. Este ciclo desperdiciauranio y plutonio fisionable. Por ejemplo, en losreactores de agua ligera en funcionamiento, elenriquecimiento inicial de U-235 es el 3.3% y enel combustible consumido es aún del 0.86% [48].La abundancia de U-235 en el uranio natural esdel 0.72%.

El ciclo cerrado de combustible

Los procesos en un reactor de ciclo cerrado decombustible, en gran medida, siguen el mismoprocedimiento que los de ciclo de un solo paso.La principal diferencia es que el combustible gas-tado se procesa químicamente (recuperación deplutonio-uranio por extracción, PUREX), y elplutonio y uranio son recuperados para su usoposterior como combustible de óxido mixto(MOX) [49]. La extracción de uranio y plutoniodel combustible nuclear irradiado se realiza demodo rutinario en La Hague (Francia), Sella-field (Reino Unido), Rokkasho (Japón) y Mayak(Rusia). Los MA no se extraen y constituyen losprincipales componentes de los residuos radiac-tivos de vida larga, y deben ser almacenados deun modo seguro (ver el capítulo anterior sobre“Residuos”) o incinerados / transmutados (ver acontinuación: Futuras perspectivas de gestióndel combustible gastado).

Por supuesto, el reprocesado es un procesoa gran escala, cuyos riesgos asociados ya hansido tratados (ver el capítulo “Proliferación y laamenaza extremista”). En las instalaciones ac-tualmente en funcionamiento, los isótopos sepa-rados se controlan estrictamente por

instituciones internacionales que mantienen unregistro del lugar en que se encuentran. Una ven-taja del ciclo cerrado de combustible es que re-quiere mucho menos mineral de uranio. Elmaterial reciclado puede ser usado en reactoresreproductores rápidos, que son cien veces máseficientes. Con las reservas de uranio que se co-nocen en la actualidad, los reactores de fisión deciclo cerrado podrían funcionar durante 5.000años, en vez de varios cientos de años como ha-rían en las de ciclo de un solo paso. La menor de-manda de mineral de uranio reduciría el impactomedioambiental de la actividad minera y losconflictos geopolíticos y económicos por el sumi-nistro de mineral de uranio.

Otro posible ciclo cerrado de combustible esel basado en el torio [50], que es entre 3 y 4 vecesmás abundante que el uranio.

Perspectivas futuras de la gestión del com-bustible gastado

La alternativa al almacenamiento de larga du-ración del combustible consumido es su incine-ración en reactores especiales ([43], ver másadelante) o la transmutación de isótopos de vidalarga en otros de vida corta mediante sistemasasistidos por acelerador (ADS). Ambos procesosrequieren no solamente la separación efectiva delU/Pu, sino también de los MA. La eficiencia dela separación es de hasta un 99.9%; mientras

14

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

Tanto los reactores de ciclo abierto decombustible como los de ciclo cerradogeneran energía por fisión inducida porneutrones en los núcleos pesados queconstituyen el combustible, pero tratanlos residuos producidos de manera dife-rente. Los sistemas de ciclo abierto sonatractivos desde el punto de vista de laseguridad. Los sistemas de ciclo cerradorecuperan combustible, que puede serusado de nuevo, a partir de los residuosy tienen, por tanto, menor demanda demineral de uranio.

que la del proceso de incineración / transmuta-ción se espera que sea del 20%. Por tanto, se ne-cesitarán varios ciclos de separación eincineración / transmutación para reducir signi-ficativamente la cantidad de material radiactivode vida larga [34]. Tras dicho procedimiento ydespués de poco más de trescientos años, un pe-riodo durante el cual un almacenamiento seguroes fácilmente concebible, la radiotoxicidad delcombustible gastado se encontraría por debajode la del uranio del que proviene el combustible.En las últimas décadas se han estudiado esque-mas prometedores basados en sistemas asistidospor acelerador (ADS) [51], especialmente en Eu-ropa y en Asia. La idea básica consiste en utilizarun reactor híbrido que combine un reactor de fi-sión con un acelerador de protones de alta ener-gía e intensidad. Este último se usa paraproducir un flujo intenso de neutrones que in-duce la fisión en un blanco de uranio, plutonio yMA. Los neutrones se necesitan para iniciar ymantener el proceso de fisión y no hay involu-crada ninguna reacción en cadena autososte-nida. En principio, un sistema híbrido como éstepodría transmutar residuos radiactivos en pro-ductos de fisión de vida corta, produciendo ener-gía al mismo tiempo.

En el Sexto Programa Marco de la Comi-sión Europea se lanzó un proyecto con el obje-

tivo de diseñar la primera instalación experimen-tal que pruebe la viabilidad de la transmutacióncon ADS. Paralelamente se está desarrollandoun diseño de concepto para su realización modu-lar a nivel industrial [52]. Estos estudios debentambién incorporar análisis de fiabilidad y com-petitividad económica.

Tales sistemas híbridos tienen, aparte delquemado de residuos, el potencial de contribuirsustancialmente a la producción de energía agran escala, más allá de 2020. Los ADS compe-tirán con los reactores de Cuarta Generación,que se diseñan también para conseguir el que-mado efectivo de los MA (sobre los reactores deCuarta Generación, véase el próximo capítulo).

5. La producción de energía nuclear en elfuturo

Reactores nucleares avanzados

Los escenarios para la energía de los próximos50 años muestran que es vital mantener abiertala opción nuclear para la producción de electrici-dad. Sin embargo, la tecnología de los actualesreactores y los ciclos de combustible basados enel U-235, producen una gran cantidad de resi-duos potencialmente peligrosos, mientras que en

15

� Tabla 2: Reactores de cuarta generación (GenIV) y algunas de sus características específicas extraídas de [43].

algunos tipos de reactores el riesgo de un sucesocatastrófico es inaceptablemente alto. Como re-sultado de estos problemas de seguridad y la aso-ciación de la energía nuclear con el accidente deChernobyl y las armas nucleares, la industria nu-clear se enfrenta con una fuerte oposición en al-gunos países europeos.

Como respuesta, se han desarrollado los re-actores de tercera generación (GenIII), talescomo el Reactor Europeo a Presión (EPR), quese encuentra en construcción en Olkiluoto, Fin-landia, que representa un paso adelante en tec-nologías de seguridad [35]. Ofrece prevenciónavanzada de accidentes para reducir aún más laprobabilidad de daño en el núcleo del reactor. Elcontrol de accidentes mejorado asegurará que,en el caso extremadamente improbable de unafusión del núcleo del reactor, todo el material ra-diactivo se mantenga dentro del sistema de con-tención y que las consecuencias de un accidentede ese tipo se limiten a la propia central. Habrátambién una resistencia mayor a impactos direc-tos de aviones, incluidos grandes aviones comer-ciales de pasajeros.

En 2001, alrededor de 100 expertos de Ar-gentina, Brasil, Canadá, Francia, Japón, Corea,Sudáfrica, Suiza, Reino Unido, Estados Unidos,la Agencia Internacional de la Energía Atómicay la Agencia de Energía Nuclear de la OCDEempezaron a trabajar en la definición de lasmetas a alcanzar por nuevos sistemas, identifi-cando los conceptos más prometedores, eva-luándolos y definiendo los esfuerzos requeridosen investigación y desarrollo (I+D). A finales de2002, este trabajo tuvo como resultado la des-cripción de séis sistemas y sus necesidades deI+D asociadas [43]. En el desarrollo de los reac-tores de Cuarta Generación (GenIV) se coloca elacento en la seguridad. Un requisito fundamen-tal es la eliminación de la posibilidad de un acci-dente como el de Chernobyl. Además, estosreactores producirán electricidad de forma máseconómica, reducirán la cantidad de residuos nu-cleares que requieran almacenamiento, aumen-tarán la resistencia a la proliferación eintroducirán nuevas características como la pro-ducción de hidrógeno para su aplicación en eltransporte [Tabla 2]. Existe también la posibili-dad de usar el ciclo de torio-uranio, cuyas venta-jas son, por ejemplo, la imposibilidad, según lasleyes de la física, de producir plutonio y/o actíni-

dos menores y, por tanto, la reducción de la ra-diotoxicidad de los residuos en torno a un factor1000 en comparación con el ciclo de un solo paso.Este tema fue tratado en un reciente artículo[53].

Aunque todavía se necesita más investiga-ción, se espera que algunos de estos sistemas seencuentren operativos en 2030. Con los ciclos decombustible más avanzados, en combinación conel reciclaje, se incinera un gran porcentaje de losmateriales fisibles de vida larga, por lo que la ne-cesidad de aislamiento de los residuos se reducede cientos de miles de años a unos pocos cientosde años.

Es muy pronto para juzgar los méritos rela-tivos de los reactores ADS y Gen IV como me-dios de producción de energía y sistemas deincineración y transmutación, pero las propieda-des en general más ventajosas de ambos, son ob-vias. Para un estudio comparativo ver [54].

Reactores de fusión nuclear

Una opción más lejana para la producción deenergía nuclear sin emisión asociada de CO2 es elproceso de fusión nuclear. En 2005, tuvo lugarun importante paso hacia su consecución con ladecisión de construir el Reactor TermonuclearExperimental, ITER, [55] en Cadarache, Fran-cia. En este reactor el deuterio y el tritio se fusio-nan para formar Helio-4 y un neutrón que llevael 80% de la energía liberada. El Helio-4 es la ce-niza no radiactiva del proceso de fusión. Una vezen funcionamiento, un reactor de ese tipo generael tritio que necesita como combustible a partirdel Litio. El deuterio es un isótopo del hidrógenoy está disponible en la naturaleza en cantidadesvirtualmente ilimitadas. Las reservas mundialesde Litio se estiman en unas 12 millones de tone-ladas [56], suficientes para considerar la fusiónnuclear como fuente de energía durante muchotiempo. La construcción de una central de fusiónimplica el uso de materiales que tras recibir elimpacto de los neutrones de fusión se activarán(es decir, se volverán radiactivos) inevitable-mente. Sin embargo, dicha actividad decaerá re-lativamente rápido, en unos cientos de años, alos niveles normales. Después de ello, el materialpodrá ser manejado de forma segura incluso enuna mesa de trabajo. La experiencia adquiridaen el manejo de tritio radiactivo justifica la afir

16

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

mación de que la fusión es una fuente de energíamuy segura.

Sin embargo, la fusión nuclear sólo podráconvertirse en una fuente de energía sustancial,como muy pronto, en la segunda mitad de estesiglo, dado que la tecnología de los reactores defusión necesita aún mucha más elaboración.

6. Conclusiones

Nuestras reflexiones han conducido a las sigu-ientes conclusiones:

- Ninguna fuente de energía será capaz de satis-facer por sí sola las necesidades de las genera-ciones futuras.

-La energía nuclear puede y debe constituir unacontribución importante dentro del conjunto defuentes de electricidad.

- Los reactores nucleares modernos se basan entecnología comprobada y utilizan prevenciónavanzada de accidentes que incluyen sistemaspasivos de seguridad. Todo ello hace que seaprácticamente imposible que se repita un acci-dente como el de Chernobyl con todas sus conse-cuencias.

-Debe iniciarse o continuarse la investigación ex-tensa y a largo plazo, con programas de desar-rollo, innovación (I+D+i) y demostración, queincluyan todas las opciones posibles de produc-ción sostenible de energía. La I+D+i en opcionesespecíficas debería estar dirigida a la realizacióny evaluación de sistemas pilotos funcionales, porejemplo, basados en un reactor de cuarta gen-eración.

- Debería continuarse con los esfuerzos para con-seguir la transmutación de los desechos radiac-tivos, por medio del prometedor sistema asistidopor acelerador (ADS) o los reactores de cuartageneración. De nuevo, los pasos necesarios sondesarrollos de ingeniería e instalaciones piloto.

- Debería estudiarse la posibilidad de ampliar lavida operativa de los reactores actuales.

- Merece considerarse la opción nuclear para lageneración de energía, tanto en el proceso defisión como en el de fusión.

- En vista del largo periodo de tiempo que ha detranscurrir entre la demostración y la realizaciónde cualquiera de los esquemas propuestos, el po-tencial de la energía nuclear a partir de 2020,sólo podrá ser juzgado tras un considerable au-mento del esfuerzo en I+D+i. Tales esfuerzosnecesitan la cooperación de científicos y políti-cos, para evaluar la seguridad a largo plazo y losaspectos económicos de la producción de energía.

- Debe llevarse a cabo la propuesta de mayo de2006 de la Comisión Europea para una políticaenergética europea común. Esta política pre-tende que Europa sea capaz de afrontar los retosdel suministro de energía en el futuro y los efec-tos que conllevará en el crecimiento y el medioambiente. Esta propuesta respeta el Libro Verdede la Comisión Europea sobre estrategia europeapara la seguridad en el suministro energético.

- Los programas de I+D+i sobre la opción nu-clear requieren además apoyo financiero para lainvestigación básica en física nuclear y en lostemas relevantes de física de materiales, dadoque solo así se logrará la experiencia necesariapara encontrar nuevas soluciones tecnológicas.

- Europa necesita estar al corriente de losavances en el diseño de reactores, independiente-mente de cualquier decisión sobre instalación dereactores nucleares en Europa. Ésta es una razónimportante que aconseja financiar la I+D+i enreactores nucleares, y es esencial para que Eu-ropa participe en los programas nucleares depaíses de rápido crecimiento, como China eIndia, que están decididos a construir centralesnucleares y para ayudar a garantizar su seguri-dad, por ejemplo, a través de una participaciónactiva en la OIEA.

17

Los nuevos conceptos de reactores(GenIV) cumplirán criterios estrictos desostenibilidad y fiabilidad en la produc-ción de energía, así como de seguridad yno proliferación. La fisión y fusión nu-cleares poseen el potencial de constituiruna contribución sustancial para satis-facer las necesidades futuras de produc-ción de electricidad.

- Es necesario realizar I+D+i a escala global. Losproblemas relacionados con la producciónsostenible de energía a gran escala, tales comolos residuos, la seguridad, la no proliferación yla aceptación pública, sobrepasan las fronterasnacionales.

-Los políticos deben darse cuenta de la necesidadurgente de resolver el problema de los gases deefecto invernadero dentro de una estrategia deenergía definida, mediante el estímulo y apoyofinanciero a la I+D+i, incluyendo la opción nu-clear. La Comisión Europea ya ha tomado encuenta este concepto fundamental [59].

- Para conseguir aceptación pública y apoyo, senecesita un programa de información, respons-able y neutral, sobre todos los aspectos de la pro-ducción de energía nuclear, apoyado por unprograma de concienciación ciudadana queayude al público en general a apreciar y juzgarlos riesgos tecnológicos y la evaluación de dichosriesgos en las economías industriales. Se necesi-tan grandes esfuerzos para informar al públicoen general sobre los aspectos de seguridad acorto y largo plazo y del impacto ecológico delas diferentes tecnologías en las regiones de Eu-ropa altamente industrializadas. Si la tecnologíanuclear ha de contribuir a satisfacer las necesi-dades energéticas futuras de Europa y ayudar amitigar los severos efectos medioambientales deotras fuentes de energía, será esencial conseguirsu aceptación por el público. De no ser así, losdesarrollos innovadores podrían ser dificultadose incluso detenidos por la opinión pública.

18

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

Ninguna fuente será capaz de satisfacerpor sí sola las necesidades de energía delas generaciones futuras. La opción nu-clear que incorpore los recientes avancesimportantes en tecnología y seguridad,debería formar parte de las principalescomponentes del suministro futuro deenergía. Hay una necesidad clara de pro-gramas de investigación, desarrollo e in-novación a largo plazo, así como deinvestigación básica en fisión y fusiónnuclear y en métodos de incineración,transmutación y almacenamiento deresiduos.

Hay que encontrar los medios de infor-mar a la opinión pública sobre cómo es-timar riesgos relativos de las diferentesfuentes de energía de modo racional.Todos los participantes en el proceso detoma de decisiones necesitan estar bieninformados sobre todos los aspectos de laenergía y su producción. Asegurar estoes una tarea importante de la ciencia einvestigación europea.

Referencias (las direcciones de Internet están actualiza-das al 1 de junio de 2007)

[1] World Commission on Environment and Development, Our Common Future (New York: Oxford University Press, 1987)

[2] Statistical Office of the European Communities http:epp.eurostat.ec.europa.eu See also: Europe infigures, erostat 2006-07, ISBN 92-79-02489-2, Elec. ver.: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ITY_OFFPUB/KS-CD-06-001-ENERGY/EN/KS-CD-06-001-ENERGY-EN.PDF

[3] Helmut Geipel, Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, Berlin, Germny, at GreenpeaceWorkshop on “Klimaschutz durch CO2-Speicherung – Möglichkeiten und Risiken“ (in German)http://www.greenpeace.de/fileadmin/gpd/user_upload/themen/energie/Geipel_BMWA_CCS_50926.pdf

[4] Externalities of Energy. A Research Project of the European Commission; http://www.externe.info

[5] Uranium Information Centre Ltd., GPO Box 1649N, Melbourne, Australiahttp://www.uic.com.au/nip100.htm

[6] Öko-Institut e.V. (Institute for Applied Ecology)Postfach 50 02 40, 79028 Freiburg, Germany, http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm

[7] World Information Service on Energy (WISE), P.O. Box 59636, 1040 LC Amsterdam, The Netherlands, http://www.nirs.org/mononline/nukesclimatechangereport.pdf

[8] see also: Parliamentary Office of Science and Technology (October 2006, No. 268): Carbon Footprint of Electricity Generation; http://www.parliament.uk/documents/upload/postpn268.pdf

[9] http://auto.ihs.com/news/2006/eu-en-auto-emissions.htm?wbc_purpose=Ba

[10] International Panel on Climate Change, IPCC-report 2007, Working group I,www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf

[11] Gesellschaft für ökologische Forschung e.V., Frohschammerstr. 14, 80807 Münchenhttp://www.gletscherarchiv.de/202006past1.htm (in German)

[12] International Panel on Climate Change, IPCC-report 2007, WG III: http://www.ipcc.ch/SPM040507.pdf

[13] Kyoto-Protocol: http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpeng.html

[14] Energy to 2050: Scenarios for a Sustainable Future (2003), International Energy Agency(IEA/OECD) Paris, France.

[15] The Role of Nuclear Power in Europe, World Energy Council, 2007, www.cna.ca/english/Studies/WEC_Nuclear_Full_Report.pdf

[16] World Energy Outlook, International Energy Agency, 9 rue de la Fédération, 75015 Paris, France, www.iea.org/textbase/nppdf/free/2004/weo2004.pdf

[17] Institute of Physics Report: The Role of Physicsin Renewable Energy, RD&D, 2005

[18] http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/site/en/com/2007/com2007_0002en01.pdf

[19] World Nuclear Association, 22a St James's Square, London SW1Y 4JH, United Kingdom, http://www.world-nuclear.org

[20] Paul Scherrer Institut (PSI), 5332 Villigen, Schweiz, Technology Assessment/ GaBEhttp://gabe.web.psi.ch/research/ra/

[21] World Health Organization, Avenue Appia 20, CH1211 Geneva 27, Switzerlandhttp://www.who.int/mediacentre/news/releases/2005/pr38/en/index.html

[22] Bernard L. Cohen: Before it’s too late; Springer 1983, ISBN-13: 978-0306414251, andhttp://www.ecolo.org/documents/documents_in_english/Bernard.Cohen.rankRisks.htm

[23] Mineral Information Institute, 505 Violet Street,Golden CO 80401, USA, www.mii.org/Minerals/photothrium.html

[24] Deutsche Zentrale für Biologische Information, www.biologie.de/biowiki/Uran (in German)

[25] Martin Volkmer, Radioaktivität und Strahlenschutz (in German), Courier Druckhaus, Ingolstadt, 2003, ISBN 3-926956-45-3, new edition (in German):http://www.ktg.org/r2/documentpool/de/Gut_zu_wissen/Materialen/Downloads/013radioaktivitaet_strahlenschutz2005.pdf

[26] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit,

19

Alexanderstraße 3, 10178 Berlin, Germanyhttp://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/anhang_a.pdf, (in German)

[27] Niedersächsischen Umweltministerium; Archivstraße 2, 30169 Hannover, Germanyhttp://www.umwelt.niedersachsen.de/master/C24150382_N23066970_L20_D0_I598.html

[28] Zur Geochemie und Lagerstättenkunde des Urans, (in German)Gebrüder Borntraeger, Berlin Nikolassse, 1962, ISBN 3-443-12001-6

[29] Strahlenschutzkommission, Geschäftsstelle beim Bundesamt für Strahlen-schutz, Postfach 12 06 29, 53048 Bonn, Germanyhttp://www.ssk.de/werke/volltext/1981/ssk8102.pdf (in German)

[30] Deutsches Krebsforschungszentrum, Im Neuenheimer Feld 280,69120 Heidelberg, Germany,http://www.dkfz.de/epi/Home_d/Programm/AG/Praevent/Krebshom/texte/englisch/204.htm

[31] R. Neth: Radioaktivität und Leukämie, Deutsches Ärzteblatt 95, Ausgabe 27, 03.07.1998, S.A-1740/B-1494/C 1386 (in German), http://www.aerzteblatt.de/v4/archiv/artikeldruck.asp?id=12227

[32] www.iaea.org/About/Policy/GC/GC51/GC51InfDocuments/English/gc5inf-3_en.pdf

[33] www-ns.iaea.org/conventions/waste-jointconvention.htm

[34] A. Geist et al.: Reduzierung der Radiotoxizität abgebrannter Kernbrennstoffe durch Abtrennung und Transmutation von Actiniden: Partitioning, NACHRICHTEN-Forschungszentrum Karlsruhe Jahrgang 36(2004) p. 97-102http://bibliothek.fzk.de/zb/veroeff/58263.pdf

[35] Posiva Oy, 27160 Olkiluota, Finland, http://www.posiva.fi

[36] The Long Term Storage of Radioactive Waste: Safety and Sustainability; A Position Paper of International Experts, IAEA 2003 http://www.pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/LTS-RW_web.pdf

[37] Gerald E. Marsh and George S. Stanford: Bombs, Reprocessing, andReactor Grade Plutonium; Forum on Physics and Society of the American Physical Society, April 2006, Vol. 35, No. 2

http://units.aps.org/units/fps/newsletters/2006/april/article2.cfm

[38] Management and Disposition of Excess Weapons Plutonium, National Academy ofSciences (U.S.), Panel on Reactor-Related Options, 1995 http://www.ccnr.org/reactor_plute.html

[39] NuclearFiles.org, A Project of the Nuclear Age Peace Foundation, 1187 Coast Village Road, Santa Barbara CA 93108-2794, USA, http://www.nuclearfiles.org/menu/key-issues/nuclear-weapons/issues/terrorism/introduction.htm

[40] J. Carson Mark, Science & Global Security, 1993, Vol. 4, pp 111-128http://www.fissilematerials.org/ipfm/site_down/sgs04mark.pdf

[41] Making the Nation Safer - The Role of Science and Technology in Countering Terrorism. In: The National Academy Press (Washington DC, USA) 2002; http://books.nap.edu/catalog.php?record_id=10415

[42] nuclearfiles.org, A Project of the Nuclear Age Peace Foundation 1187 Coast Village Road, Santa Barbara CA 93108-2794, USA http://www.nuclearfiles.org/menu/key-issues/nuclear-weapons/issues/proliferation/fuel-cycle/index.htm

[43] A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy System, issued by the U.S.DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and the Generation IV International Forum, Decembre 2002, http://www.gen-4.org/Technology/roadmap.htm

[44] Resources, Production and Demand, A Joint Report by the OECD Nuclear Energy Agency and the International Atomic Energy Agency (“Red Book”, 21st edition)http://www.nea.fr/html/ndd/reports/2006/uranium2005-english.pdf

[45] International Atomic Energy Agency, P.O. Box 100, Wagramer Strasse 5A-1400 Vienna, Austriahttp://www.iaea.org/NewsCenter/Statements/DDGs/2006/sokolov01062006.html

[46] The 2005 IAEA-NEA "Red Book", quoted in http://www.world-nuclear.org/info/inf62.html

[47] Frank N. von Hippel: Plutonium and Reprocessing of Spent Nuclear Fuel; Science, 293 (2001) 2397-2398

20

Ene

rgía

par

a el

futu

ro -

la o

pció

n nu

clea

r

http://www.princeton.edu/~globsec/publications/pdf/Sciencev293n5539.pdf

[48] Martin Volkmer, Kernenergie Basiswissen (in German), Courier Druckhaus, Ingolstadt, 2003, ISBN 3-926956-44-5, new edition (in German):http://lbs.hh.schule.de/klima/energie/kernenergie/basiswissen2004.pdf

[49] AREVA Head Office, 27 – 29 rue Le Peltier, 75433 Paris cedex , Francehttp://www.arevaresources.com/nuclear_energy/datagb/cycle/indexREP.htm

[50] Shaping the Third Stage of Indian Nuclear Power Programme, Government of India, Department of Energy; http://www.dae.gov.in/publ/3rdstage.pdf

[51] http://cdsagenda5.ictp.trieste.it/askArchive.php?bse=agenda&categ=a04210&id=a04210s122t8/lecture_notes

[52] http://nuklear-server.ka.fzk.de/eurotrans/

[53] S. David et al. in europhysicsnews 2007, Vol. 38, no.2, p. 24

[54] ECD Nuclear Energy Agency, Le Seine Saint-Germain12, boulevard des Îles, F-92130Issy-les-Moulineaux, France

http://www.nea.fr/html/ndd/reports/2002/nea3109.html

[55] http://www.iter.org/

[56] Mineral Information Institute, 505 Violet Steet,

Golden CO 80401, USAhttp://www.mii.org/Minerals/photolith.html

[57] SCADPlus: Green Paper: A European strategy for sustainable, competitive and secure energy http://europa.eu/scadplus/leg/en/lvb/l27062.htm

[58] http://ec.europa.eu/energy/green-paper-energy-upply/doc/green_paper_energy_supply_en.pdf

[59] http://ec.europa.eu/energy/nuclear/doc/brusselsfdemay2002.pdf

21