China ha construido su primer reactor nuclear modular con refrigerante de gas (Puerto Rico también podría hacerlo)

En estos días, China pudo lograr activar el primer reactor nuclear de Generación IV utilizando por vez primera un concepto innovador de reactor nuclear: un reactor de gas de alta temperatura (HTGR por sus siglas en inglés). No solo eso, sino que el HTR-PM es también un minirreactor (genera 210 MW de electricidad) y es modular.

Este reactor utiliza tecnología TRISO para su combustible.

Partícula de combustible TRISO.
Partícula de combustible TRISO. Imagen cortesía del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Las partículas TRISO tienen aproximadamente un milímetro de grosor y contienen una partícula de uranio encerrado en cuatro capas de cerámica que son muy resistentes al calor. Se han llevado a cabo experimentos de prueba en los que han soportado con éxito hasta 1800 °C (3,000 °F) por 300 horas. Esta característica solamente hace que su uso en los reactores les convierta virtualmente inmune a fusión del combustible (lo que llaman en inglés “meltdowns“) tal como ocurrió en los accidentes de Fukushima, Chernóbil o Three Mile Island. Este elemento no es el único factor de seguridad.

Existen diversas estrategias para el uso de estas partículas, pero la que nos importa por el momento es que pueden encerrarse miles de ellas en una sola esfera de grafito, un conocido regulador neutrónico usado en algunos reactores nucleares.

Esferas de grafito que contienen partículas TRISO.
Esferas de grafito que contienen partículas TRISO. Foto cortesía del Departamento de la Energía de los Estados Unidos.

Cada una de las esferas tiene aproximadamente de 12 a 18 mil partículas TRISO. Estas esferas se colocan en un cilindro cuyo interior también tiene una superficie de grafito. Como resultado, todo parece como una de esas máquinas de chicle que uno se encuentra en cualquier tienda o farmacia. La forma esférica del combustible tiene varias ventajas. Una de ellas es que facilita la disposición del combustible. Puede sustituirse muy fácilmente sin necesidad de apagar el reactor —como usualmente ocurre en el caso de los convencionales—. La otra ventaja es que este tipo de configuración le hace muy resistente a la proliferación de material nuclear. Sin embargo, la otra ventaja es que permite el flujo de gas entre las esferas y su circulación dentro de la planta.

Debido a que el grafito reacciona químicamente con el oxígeno a altas temperaturas, el refrigerante no puede ser agua (que contiene átomos de oxígeno) sino un gas noble, en este caso el helio. Esto evita cualquier tipo de reacción química accidental.

HTR-PM
Ilustración del HTR-PM. Licencia: CC-BY-NC-ND 4.0.

El uso del grafito en las esferas y en el cilindro donde se encuentran son medidas de seguridad pasiva. En caso de que deje de circular el refrigerante —en este caso el helio—, habría un aumento considerable de la temperatura del combustible. Sin embargo, por la naturaleza del grafito, a medida que aumenta la temperatura, más reduce la actividad neutrónica, hasta que lleva eventualmente a que se detenga la cadena nuclear por completo. Todo esto se puede hacer sin intervención humana.

Esta tecnología se ha estado explorando por más de cuarenta años y se ha demostrado que funciona. He aquí un laboratorio chino que ha puesto a prueba esta tecnología por años.

No todo en cuanto a este tipo de reactor es color de rosas. Hay algunos problemas con este tipo de diseño (ver Moormann et al, 2018).

  • Debido a que el combustible no es puro uranio, sino que está rodeado de múltiples compuestos por razones de seguridad, el nivel de residuos nucleares de este tipo de reactor es mucho mayor, hasta diez veces más que los reactores de agua liviana. Tampoco este uranio puede ser reusado por nuevos reactores que consumen residuos de otras plantas nucleares.
  • Dungan et al (2021) y Hall et al. (2019) nos dejan saber que disponer del desperdicio de manera que sea reusable sería muy costoso y que debe investigarse las tecnologías que lo hagan posible de manera costo-eficiente.
  • En algunas pruebas ha habido caso de mala fabricación del combustible, por lo que en ocasiones hubo casos en los que ha habido presencia de partículas radiactivas circulando con el gas. Por ende, habría que mejorar la calidad de la manufactura —tal vez pruebas— para evitar que esto ocurra.
  • Puede ser que lo anterior sea por problemas de adiestramiento de personal. Debido a que esto es tecnología nueva, se vuelve muy importante pulir esos adiestramientos.

Después de varias décadas, el consorcio China Huaneng anunció que en el 12 de septiembre de este año (2021) la unidad 1 modular HTR-PM pudo activarse y llegar a criticidad (generación de calor). En noviembre de este año, llegaron a la criticidad de la segunda unidad. La noticia más reciente que se dio a conocer por Bloomberg esta semana de diciembre que, después de que se examinase minuciosamente que todo estuviera en orden, la unidad 1 se pudo conectar a la red de la provincia de Shandong. La unidad 2 está todavía poniéndose a prueba para garantizar que todo esté en orden. Esto es bien esperanzador en cuanto a que parece que la empresa y las agencias del gobierno chino han superado muchas de estas dificultades tecnológicas.

No obstante lo anterior, debemos estar pendientes a los estudios que salgan en torno a los logros y dificultades del uso de esta nueva tecnología.

Xe-100 y Puerto Rico

Uno de los modelos de energía nuclear que se ha propuesto para Puerto Rico es el Xe-100 (concebida por X-energy) que, como pueden ver, se trata de la misma tecnología.

Las dificultades que se describen en el caso del HTR-PM son semejantes a los que se han identificado en el caso del Xe-100 y algunas fueron mencionadas en un informe de la Union of Concerned Scientists (UCS) (Lyman 2021). A esta organización le hemos criticado su negativa, no solo en relación con la energía nuclear, sino también en relación con los transgénicos. Además, promueve otras causas ideológicas en contra del consenso de la comunidad científica, como las supuestas bondades de los alimentos orgánicos (léase nuestra crítica a la agricultura orgánica aquí). (Hacemos la salvedad de que hubo una sola ocasión en que escribimos positivamente sobre uno de sus informes). Aun con eso, debemos mirarlo todo y ver los planteamientos que consideremos válidos.

Su informe sobre nuevas tecnologías nucleares es exageradamente pesimista y hace algunas afirmaciones cuestionables (e.g. que el combustible TRISO podría liberar partículas radiactivas, ergo “está lejos de ser meltdown-proof” o que este tipo de combustible facilita la proliferación de material nuclear aunque después reconozca que sería difícil hacerlo -¿?). Específicamente en cuanto al Xe-100, menciona que en el 2019 hubo una prueba que se hizo con el combustible tuvo que terminarse prematuramente debido a la liberación de partículas radiactivas que superaba las dosis permitidas de radiación fuera de la planta. Esto, estrictamente hablando, es correcto. No obstante esta objeción, se han hecho numerosas pruebas con el combustible TRISO sin que se liberaran partículas radiactivas, por lo que puede tratarse de un problema que puede superarse tecnológicamente. Lo otro es que el informe pasa por alto que es parte de la regulación el poner a prueba el combustible y verificar que todo en la planta funcione en el orden esperado antes de generar energía para una población … como está haciendo China con el HTR-PM.

Los resultados positivos que están teniendo este tipo de reactores “pebble-bed” refrigerados con gas o HTGR le ha brindado suficiente confianza al Departamento de Energía de Estados Unidos como para otorgarle $80 millones a X-energy y a TerraPower para que fabriquen sendos prototipos para demostrar su viabilidad en el 2027. Probablemente, el combustible a usarse tenga que ver con una variante propietaria de la tecnología TRISO, al que han llamado TRISO-X. De acuerdo con la misma compañía, cada planta tendría como mínimo cuatro módulos del reactor al que podrían añadirse más si es necesario.

La importancia de la tecnología no puede subestimarse. Si se demuestra su viabilidad con éxito en las pruebas que se llevarán a cabo en el 2027 —y el caso chino parece indicar que sí—, creo que este sería una excelente fuente de energía en Puerto Rico. He aquí algunas de las razones para esa convicción:

  1. Tener una planta de Generación IV significa que un accidente nuclear tipo Chernóbil o Fukushima sería físicamente imposible. Sencillamente, toda la planta, desde el combustible mismo hasta el diseño del lugar impedirían que tal cosa ocurra.
  2. Un reactor modular de este tipo haría una planta muy pequeña en relación con las convencionales, razón por la que no requeriría gran cantidad de terreno para generar electricidad a la población.
  3. Dicho tamaño pequeño, además del diseño de los minirreactores reducirían el radio del área de evacuación sustancialmente. El máximo del área tendría un radio de 0.5 millas. Esto facilitaría el que se coloque en algún sitio cercano a áreas industriales y de alto consumo energético. Si ocurriera cualquier tipo de accidente (e.g. escape de algún tipo de material radiactivo), no afectaría a la población.
  4. Este ciclo de reacción nuclear en los módulos puede permanecer operando por un periodo de sesenta años. En tal caso, si ocurriera algo semejante con lo que pasamos con el huracán María, no existiría el problema de carencia de combustible como experimentamos en esa ocasión (hubo que importar de emergencia petróleo y gas a Puerto Rico). La planta nuclear estaría lista para el servicio eléctrico.
  5. Se pueden crear proyectos para la desalinización del agua, que tanto nos convendría a los puertorriqueños en épocas de relativa sequía.

A lo anterior mencionamos también todas las regulaciones impuestas de las plantas y la disposición de los residuos radiactivos: los residuos se llevarían a Estados Unidos (como estipula la regulación pertinente), no se quedarían en Puerto Rico; habría un monitor federal que velaría por la seguridad de todo lo pertinente a la seguridad; se adiestraría personal para la administración de la planta. No habría problema alguno en colocar estas plantas en los dos lugares indicados por la Nuclear Alternative Project, es decir: en algún lugar del área de lo que antes fue la Estación Naval Roosevelt Roads, o en Arecibo, en un área industrial abandonada actualmente.

Referencias

Chen, F. & Han, Z. (2021). Steady-state thermal fluids analysis for the HTR-PM equilibrium core. International Journal of Advanced Nuclear Reactor Design and Technology 3, 11-17. https://doi.org/10.1016/j.jandt.2021.04.001.

Dungan, K., Gregg, R. W. H., Morris, K., Livens, F. R., & Butler, G. (2021, 15 de abril). Assessment of the disposability of radioactive waste inventories for a range of nuclear fuel cycles: Inventory and evolution over time. Energy 221, 119826. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.119826.

Hall, N., He, X., & Pan, Y.-M. (2019, diciembre). Disposal options and potential challenges to waste packages and waste forms in the disposal of spent (irradiated) advanced reactor fuel types. Prepared for U.S. Nuclear Regulatory Commission. Contract No. 31310018D0001. Order No. 31310018F0113. San Antonio, Texas: Center for Nuclear Waste Regulatory Analyses.

Lyman, E. (2021, marzo). “Advanced” isn’t always better. Assessing the safety, security, and environmental
impacts of non-light-water nuclear reactors. Union of Concerned Scientists. https://doi.org/10.47923/2021.14000.

Moormann, R., Kemp, R. S., & Li, J. (2018, 17 de octubre). Caution is needed in operating and managing the waste of new pebble-bed nuclear reactors. Joule 2(10): 1911-1914. https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.07.024.

Mulder, E. J. & Boyes, W. A. (2020, febrero). Neutronics characteristics of a 165 MWth Xe-100 reactor. Nuclear Engineering and Design 357, 110415. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2019.110415.

One thought on “China ha construido su primer reactor nuclear modular con refrigerante de gas (Puerto Rico también podría hacerlo)

  1. Pingback: Malentendidos de políticos sobre plantas nucleares propuestas para Puerto Rico | Razón y política pública

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.