Si la energía nuclear debe considerarse una forma de energía renovable es un tema de debate constante. Las definiciones legales de energía renovable generalmente excluyen muchas tecnologías de energía nuclear actuales, con la notable excepción del estado de Utah . [1] Las definiciones de tecnologías de energía renovable obtenidas en diccionarios a menudo omiten o excluyen explícitamente la mención de las fuentes de energía nuclear, con una excepción para el calor de desintegración nuclear natural generado dentro de la Tierra . [2] [3]
El combustible más común utilizado en las centrales nucleares convencionales , el uranio-235, es "no renovable" según la Administración de Información Energética , pero la organización no dice nada sobre el combustible MOX reciclado . [3] El Laboratorio Nacional de Energía Renovable no menciona la energía nuclear en su definición de "fundamentos energéticos". [4]
En 1987, la Comisión Brundtland (WCED) clasificó los reactores de fisión que producen más combustible nuclear fisionable del que consumen ( reactores reproductores y, si se desarrollan, energía de fusión ) entre las fuentes de energía renovables convencionales , como la energía solar y la energía hidroeléctrica . [5] El seguimiento y el almacenamiento de productos de residuos radiactivos también son necesarios cuando se utilizan otras fuentes de energía renovables, como la energía geotérmica. [6]
Los flujos de energía renovable implican fenómenos naturales que, con excepción de la energía mareomotriz , obtienen en última instancia su energía del sol (un reactor de fusión natural ) o de la energía geotérmica , que es el calor derivado en su mayor parte del que se genera en la tierra a partir del desintegración de isótopos radiactivos , como explica la Agencia Internacional de Energía : [7]
La energía renovable se deriva de procesos naturales que se reponen constantemente. En sus diversas formas, deriva directamente del sol o del calor generado en las profundidades de la tierra. En la definición se incluyen la electricidad y el calor generados a partir de la luz solar , el viento , los océanos , la energía hidroeléctrica , la biomasa , los recursos geotérmicos y los biocombustibles y el hidrógeno derivados de recursos renovables.
Los recursos energéticos renovables existen en amplias zonas geográficas, a diferencia de otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. [7]
En ISO 13602-1:2002, un recurso renovable se define como "un recurso natural para el cual la relación entre la creación del recurso natural y la salida de ese recurso de la naturaleza a la tecnosfera es igual o mayor que uno".
Los reactores de fisión nuclear son un fenómeno energético natural que se formó de forma natural en la Tierra en el pasado; por ejemplo, en los años 1970 se descubrió un reactor de fisión nuclear natural que funcionó durante miles de años en el actual Oklo Gabón . Funcionó durante unos cientos de miles de años, con un promedio de 100 kW de potencia térmica durante ese tiempo. [8] [9]
Las centrales eléctricas de fisión nuclear convencionales, fabricadas por el hombre, utilizan en gran medida uranio, un metal común que se encuentra en el agua de mar y en las rocas de todo el mundo, [10] como principal fuente de combustible. El uranio-235 "quemado" en reactores convencionales, sin reciclaje de combustible , es un recurso no renovable y, si se utiliza al ritmo actual, acabaría agotándose .
Esto también es algo similar a la situación con una fuente comúnmente clasificada como renovable, la energía geotérmica , una forma de energía derivada de la desintegración nuclear natural del gran, pero finito suministro de uranio, torio y potasio-40 presente en la corteza terrestre. y debido al proceso de desintegración nuclear , esta fuente de energía renovable también eventualmente se quedará sin combustible. Como también lo hará el Sol , y quedará exhausto . [11] [12]
La fisión nuclear que involucra reactores reproductores , un reactor que genera más combustible fisionable del que consume y, por lo tanto, tiene una proporción de reproducción de combustible fisionable superior a 1, tiene por lo tanto mayores argumentos para ser considerado un recurso renovable que los reactores de fisión convencionales. Los reactores reproductores repondrían constantemente el suministro disponible de combustible nuclear al convertir materiales fértiles , como el uranio-238 y el torio , en isótopos fisionables de plutonio o uranio-233 , respectivamente. Los materiales fértiles tampoco son renovables, pero su suministro en la Tierra es extremadamente grande, con un cronograma de suministro mayor que el de la energía geotérmica . Por lo tanto , en un ciclo cerrado del combustible nuclear que utilice reactores reproductores, el combustible nuclear podría considerarse renovable.
En 1983, el físico Bernard Cohen afirmó que los reactores reproductores rápidos , alimentados exclusivamente con uranio natural extraído del agua de mar , podrían suministrar energía al menos durante la vida útil restante del Sol, prevista en cinco mil millones de años. [13] Esto se basó en cálculos que involucraban los ciclos geológicos de erosión, subducción y elevación, lo que llevó a que los humanos consumieran la mitad del uranio total en la corteza terrestre a una tasa de uso anual de 6500 toneladas/año, lo que fue suficiente para producir aproximadamente 10 veces el consumo eléctrico mundial de 1983 , y reduciría la concentración de uranio en los mares en un 25%, lo que provocaría un aumento del precio del uranio inferior al 25%. [13] [14]
Los avances en el Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Alabama , publicados en una edición de 2012 de la Sociedad Química Estadounidense , hacia la extracción de uranio del agua de mar se han centrado en aumentar la biodegradabilidad de los materiales utilizados, reduciendo el costo proyectado del metal si se Se extraía del mar a escala industrial. Las mejoras de los investigadores incluyen el uso de esteras de quitina con cáscara de camarón electrohiladas que son más efectivas para absorber uranio en comparación con el método japonés anterior que estableció un récord de usar redes plásticas de amidoxima . [16] [17] [18] [19] [20] [21] Hasta 2013, solo se han extraído del océano unos pocos kilogramos (imagen disponible) de uranio en programas piloto y también se cree que el uranio extraído en A escala industrial, el agua de mar se repondría constantemente con uranio lixiviado del fondo del océano, manteniendo la concentración de agua de mar en un nivel estable. [22] En 2014, con los avances logrados en la eficiencia de la extracción de uranio en agua de mar, un artículo en la revista Marine Science & Engineering sugiere que, con reactores de agua ligera como objetivo, el proceso sería económicamente competitivo si se implementara a gran escala. escala . [23] En 2016, el esfuerzo global en el campo de la investigación fue objeto de un número especial en la revista Industrial & Engineering Chemistry Research . [24] [25]
En 1987, la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo (WCED), una organización independiente de las Naciones Unidas pero creada por ellas , publicó Nuestro Futuro Común , en el que se clasificaban un subconjunto particular de tecnologías de fisión nuclear y de fusión nuclear actualmente operativas. como renovable. Es decir, los reactores de fisión que producen más combustible fisible del que consumen ( reactores reproductores) y, cuando se desarrolla, la energía de fusión , se clasifican dentro de la misma categoría que las fuentes de energía renovables convencionales, como la solar y la caída de agua . [5]
Actualmente, en 2022, solo dos reactores reproductores producen cantidades industriales de electricidad: el BN-600 y el BN-800 . El retirado reactor francés Phénix también demostró una proporción de reproducción superior a uno y funcionó durante aproximadamente 30 años, produciendo energía cuando se publicó Nuestro futuro común en 1987.
Para cumplir las condiciones requeridas para un concepto de energía nuclear renovable, es necesario explorar una combinación de procesos que vayan desde el extremo inicial del ciclo del combustible nuclear hasta la producción de combustible y la conversión de energía utilizando combustibles fluidos y reactores específicos, como informaron Degueldre et al. Alabama. (2019). [26] La extracción de uranio a partir de un mineral fluido diluido como el agua de mar se ha estudiado en varios países del mundo. Esta extracción debe realizarse con parsimonia, como sugiere Degueldre (2017). [27] Una tasa de extracción de kilotones de U por año durante siglos no modificaría significativamente la concentración de equilibrio de uranio en los océanos (3,3 ppb). Este equilibrio resulta del aporte de 10 kilotones de U por año por las aguas de los ríos y su eliminación en el fondo del mar de los 1,37 exatones de agua de los océanos. [28] Para una extracción de uranio renovable, se sugiere el uso de un material de biomasa específico para adsorber uranio y posteriormente otros metales de transición. La carga de uranio sobre la biomasa sería de unos 100 mg por kg. Después del tiempo de contacto, el material cargado se secaría y quemaría (CO 2 neutro) con conversión de calor en electricidad. Por ejemplo, [29] La 'quema' de uranio en un reactor rápido de sales fundidas ayuda a optimizar la conversión de energía al quemar todos los isótopos actínidos con un rendimiento excelente para producir la máxima cantidad de energía térmica a partir de fisión y convertirla en electricidad. Esta optimización se puede lograr reduciendo la moderación y la concentración del producto de fisión en el combustible/refrigerante líquido. Estos efectos se pueden lograr utilizando una cantidad máxima de actínidos y una cantidad mínima de elementos alcalinos/alcalinotérreos que produzcan un espectro de neutrones más duro. En estas condiciones óptimas, el consumo de uranio natural sería de 7 toneladas por año y por gigavatio (GW) de electricidad producida. Por ejemplo, [26] La combinación de la extracción de uranio del mar y su utilización óptima en un reactor rápido de sales fundidas debería permitir que la energía nuclear energía para obtener la etiqueta de renovable. Además, la cantidad de agua de mar utilizada por una central nuclear para enfriar el último fluido refrigerante y la turbina sería de ~2,1 giga toneladas por año para un reactor rápido de sales fundidas, lo que corresponde a 7 toneladas de uranio natural extraíble por año. Esta práctica justifica la etiqueta de renovable. [30] [ referencia circular ]
Si se desarrolla, la energía de fusión proporcionaría más energía para un peso determinado de combustible que cualquier fuente de energía que consuma combustible actualmente en uso, [31] y el combustible en sí (principalmente deuterio ) existe en abundancia en los océanos de la Tierra: aproximadamente 1 en 6500 Los átomos de hidrógeno (H) en el agua de mar (H 2 O) son deuterio en forma de ( agua semipesada ). [32] Aunque esto puede parecer una proporción baja (alrededor del 0,015%), debido a que las reacciones de fusión nuclear son mucho más energéticas que la combustión química y el acceso al agua de mar es más fácil y más abundante que los combustibles fósiles, la fusión podría potencialmente satisfacer las necesidades energéticas del mundo para Millones de años. [33] [34]
En el ciclo del combustible de fusión de deuterio + litio , la vida útil estimada del suministro de esta energía de fusión es de 60 millones de años , si es posible extraer todo el litio del agua de mar , suponiendo el consumo de energía mundial actual (2004) . [35] Mientras que en el segundo ciclo de combustible de energía de fusión más sencillo, el deuterio + deuterio se quema [ ancla rota ] , suponiendo que se extraiga y utilice todo el deuterio del agua de mar , se estima que hay 150 mil millones de años de combustible, con esto nuevamente, suponiendo consumo energético mundial actual (2004). [35]
Si la energía nuclear se clasificara como energía renovable (o como energía baja en carbono), habría apoyo gubernamental adicional disponible en más jurisdicciones, y las empresas de servicios públicos podrían incluir la energía nuclear en su esfuerzo por cumplir con el estándar de cartera de energía renovable (RES). [ cita necesaria ]
En 2009, el estado de Utah aprobó la "Ley de Desarrollo de Energías Renovables", que en parte definía la energía nuclear como una forma de energía renovable. [1]
Las principales fuentes de energía actuales son principalmente no renovables: gas natural, petróleo, carbón, turba y energía nuclear convencional. También hay fuentes renovables, como la madera, las plantas, el estiércol, las caídas de agua, las fuentes geotérmicas, la energía solar, de las mareas, el viento y las olas, así como la fuerza muscular humana y animal. Los reactores nucleares que producen su propio combustible ('criadores') y, eventualmente, los reactores de fusión también entran en esta categoría.
