De petits reactors en sèrie a combustible de tori: la innovació a les nuclears

BarcelonaEl debat de les nuclears pot generar la falsa impressió que es tracta d’un sector obsolet, en el qual des de fa temps no es produeixen avenços i el progrés que s’ha estancat. Però la realitat s'allunya molt d’aquesta imatge. El sector nuclear és un dels àmbits on des de fa anys hi ha un interès important per innovar, en particular després d’accidents com el de Fukushima, l’avenç del canvi climàtic i l’aparent desacceleració del sector de les energies renovables.

• Si vols investigar el gràfic amb més detall, obre la versió en alta resolució en una altra pestanya.

Tot i representar una fracció significativa de la potència elèctrica subministrada actualment, avui dia les fonts d’energia renovables com l’eòlica, la hidràulica o la solar encara requereixen el suport d’altres fonts d’energia no renovables a través de les centrals de cicle combinat o les nuclears. El gran avantatge de l’energia nuclear de fissió respecte dels combustibles fòssils és que, tot i no ser una energia renovable, no genera diòxid de carboni. Per aquesta raó, són molts els que veuen en l’energia nuclear un element essencial en la transició cap a una energia completament verda.

Enmig del rebombori polític, la innovació en energia nuclear busca, d’una banda, estratègies que permetin un desplegament més fàcil i econòmic d’aquest tipus de tecnologia, i de l’altra, maneres d'aconseguir que l’energia nuclear no només subministri energia a la xarxa elèctrica sinó que injecti potència directament a instal·lacions amb una gran demanada d’energia gràcies a petits reactors modulars, més barats i àgils de construir. La reducció dels costos i l’augment de l’eficiència de les operacions és un altre punt essencial en què centra els seus esforços gran part de la innovació. Finalment, la innovació en aquest sector també busca accelerar la investigació de noves tecnologies que permetin crear nous materials i combustibles, més eficients i que generin menys residus radioactius de llarga durada.

Centrals més eficients i més segures

Un dels aspectes essencials en l’operació d’una central nuclear és la seguretat, en particular després de les experiències amb conseqüències dramàtiques viscudes en les últimes dècades amb els accidents de Txernòbil i Fukushima, tot i que amb causes, efectes i escales molt diversos. En aquest sentit, des de l’accident de Fukushima l’any 2011 els protocols de seguretat de les centrals nuclears han evolucionat considerablement. Les centrals europees disposen de sistemes de seguretat addicionals que les protegeixen davant de fenòmens extrems no previstos en el disseny original, com les inundacions, els terratrèmols o la falla del subministrament elèctric. "La filosofia és anticipar-se a qualsevol escenari imaginable i fer que la seguretat no depengui exclusivament de tecnologia activa, sinó sobretot de sistemes passius autosuficients", explica Alfredo García, operador de la central nuclear d’Ascó i divulgador nuclear.

Una central nuclear està regida per estrictes protocols d’operació establerts pel Consell de Seguretat Nuclear i l’Agència Internacional de l’Energia Atòmica. Aquests protocols s’han actualitzat de manera progressiva per adaptar-los a les necessitats i demandes específiques del sector, així com a les noves tecnologies que han aparegut. Actualment, els sistemes digitals han substituït en gran part els sistemes de control analògics clàssics. Aquests nous sistemes integren una gran redundància, que assegura el bon funcionament i la seguretat en el cas que algun dels subsistemes falli. D’altra banda, les pantalles intel·ligents ajuden els operadors a processar i interpretar els milers de senyals que es reben de tota la planta.

La formació dels operadors també ha millorat substancialment gràcies a la integració de simuladors que repliquen de manera exacta les sales de control. Així, els operadors estan entrenats en un gran nombre d’escenaris operatius, incidències i accidents abans que es produeixin. Com era d’esperar, la intel·ligència artificial també ha irromput amb força en el manteniment predictiu i l’execució d’alertes de possibles avaries o disfuncions gràcies a l’anàlisi de les vibracions, les temperatures o els patrons de funcionament.

Reaprofitar els residus

La gestió dels residus produïts per les reaccions de fissió és un dels reptes als quals s’enfronta la gestió d’una central nuclear. Aquests residus són altament radioactius i normalment s'emmagatzemen en dipòsits soterrats a l’espera que la seva activitat es redueixi amb el pas dels anys. Per aquesta raó, aquest és una de les àrees que més interès ha suscitat dins del sector i on més s’ha avançat. "L’objectiu no és només emmagatzemar de forma segura, sinó convertir part del residu en recurs i disminuir el llegat radioactiu a llarg termini", explica García.

En aquest sentit, actualment els residus d’alta activitat radioactiva es transformen en blocs de vidre extremadament estables que no permeten la difusió de radionúclids durant mil·lennis. No obstant això, aquests blocs encara requereixen ser enterrats a gran profunditat en zones molt estables. D’altra banda, hi ha una línia d’investigació i innovació que desenvolupa, al seu torn, tecnologies de reciclatge del combustible utilitzat i que permet recuperar materials aprofitables i separar els residus de llarga vida i transmutar-los per reduir la seva toxicitat i temps de vida. Aquí trobem empreses emergents com Transmutex, una companyia suïssa que fa servir tecnologia punta en acceleradors de partícules per transmutar residus nuclears per poder reaprofitar-los.

Reactors més petits i econòmics

Lluny de pensar en les centrals nuclears com grans instal·lacions amb una dinàmica complexa, moltes empreses estan apostant fortament pels reactors modulars. Aquests reactors tenen una mida molt més reduïda i podrien tenir un gran valor industrial, ja que són fàcils de generar en sèrie, amb uns terminis molt més ajustats que les centrals nuclears, les quals poden trigar dècades a construir-se. Aquests reactors es poden instal·lar en mòduls i es poden adaptar les demandes específiques de la xarxa o dels usuaris en aplicacions industrials concretes. TerraPower, fundada per Bill Gates, és una de les empreses emergents més ben posicionades dins del sector dels petits reactors modulars.

Reactors de nova generació

Els grans reactors també han evolucionat considerablement amb el temps. Actualment s’estan posant en marxa els primers reactors de 4a generació, que estan refrigerats amb sodi, gas o plom, i els reactors de sals foses. Aquests reactors representen un pas endavant en seguretat, ja que, en cas d’incidència greu, el mateix sistema tendeix a apagar-se sense necessitar la intervenció d’un operador humà. Un altre avantatge d’aquests reactors és que, més enllà de tenir una eficiència superior als reactors de 3a generació, utilitzen combustibles reciclats o, fins i tot, residus de reactors convencionals. "Els reactors de 4a generació encara es troben en fases pilot, però ja marquen el rumb tecnològic de la nuclear futura", comenta García.

Reactors de tori

El tori és un element que està substituint l’urani per fer funcionar els reactors nuclears, en particular a la Xina, país que lidera la innovació en aquest tipus de combustible. Tot i que la idea dels reactors de tori prové dels anys cinquanta del segle passat, no ha estat fins a l’actualitat que la tecnologia ha madurat prou per començar a fer algunes proves de concepte. "Aquest tipus de reactor encara es troba en fase experimental i requerirà dècades d’assajos abans d’una implantació comercial àmplia", diu García.

El gran avantatge del tori, més enllà de ser un element molt més abundant que l’urani, és que genera menys residus radioactius de llarga vida. A més a més, el tori es troba en estat líquid de manera natural, i això fa que manipular-lo sigui més senzill. Però tot i la seva major seguretat i la reducció dels residus, els reactors de tori encara s’enfronten a importants reptes tècnics, de regulació i d'eficiència de costos.

La fusió, una energia de futur

Des de fa dècades, l’energia nuclear de fusió, en què dos àtoms d’hidrogen s’ajunten per crear un àtom d’heli i energia sense residus radioactius de llarga vida, és l’eterna promesa que hauria de substituir l’energia de fissió per una font d’energia neta, eficient i, a la pràctica, gairebé inesgotable. No obstant això, els reactors de fusió experimental com l'ITER, el consorci internacional que busca demostrar la viabilitat de l’energia nuclear de fusió situat a França, encara no han aconseguit obtenir un balanç energètic positiu, tot i que s’estan fent progressos considerables i prometedors. "L’energia de fusió té un enorme potencial, però no serà operativa a escala comercial fins d'aquí a diverses dècades. És futur, una tecnologia de futur, no de present", explica García.

El gran repte d’aquests projectes no és únicament demostrar que la fusió nuclear és possible sinó demostrar que pot proporcionar energia de manera contínua i que la tecnologia que la conforma és capaç de resistir les altes temperatures i els intensos fluxos de partícules.

Catalunya, experta en operació i seguretat nuclears

La tendència general a Europa és allargar la vida del parc nuclear existent al mateix temps que desenvolupa nous reactors modulars petits i es posiciona al capdavant del desenvolupament de l’energia de fusió gràcies, entre d’altres, al projecte ITER. Catalunya destaca especialment pel seu gran nivell en enginyeria nuclear, així com per l’àmplia experiència en operació i formació de personal altament qualificat i reconegut internacionalment, i això dota el país d’una vasta cultura en seguretat nuclear. "Tot i que no desenvolupa dissenys propis, Catalunya representa una peça clau en l’excel·lència operativa del sector a escala europea", conclou García.