Si la energía nuclear debe considerarse una forma de energía renovable es un tema de debate permanente. 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 de diccionarios a menudo omiten o excluyen explícitamente la mención de fuentes de energía nuclear, con una excepción hecha para el calor de desintegración nuclear natural generado dentro de la Tierra . [2] [3]
El combustible más común utilizado en las centrales nucleares de fisión convencionales , el uranio-235, es "no renovable" según la Administración de Información Energética , pero la organización no se pronuncia sobre el combustible MOX reciclado . [3] El Laboratorio Nacional de Energía Renovable no menciona la energía nuclear en su definición de "conceptos básicos de energía". [4]
En 1987, la Comisión Brundtland (WCED) clasificó los reactores de fisión que producen más combustible nuclear fisible 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] También se requiere el monitoreo y almacenamiento de productos de desechos radiactivos cuando se utilizan otras fuentes de energía renovables, como la energía geotérmica. [6]
Los flujos de energía renovable involucran fenómenos naturales, que con excepción de la energía maremotriz , obtienen en última instancia su energía del sol (un reactor de fusión natural ) o de la energía geotérmica , que es calor derivado en su mayor parte del que se genera en la tierra a partir de la desintegración de isótopos radiactivos , como explica la Agencia Internacional de Energía : [7]
La energía renovable se deriva de procesos naturales que se renuevan constantemente. En sus diversas formas, se obtiene directamente del sol o del calor generado en las profundidades de la tierra. En la definición se incluyen la electricidad y el calor generados por 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 la norma 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 tiempos pasados; por ejemplo, en la década de 1970 se descubrió un reactor de fisión nuclear natural que funcionó durante miles de años en la 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 nucleares de fisión convencionales, fabricadas por el hombre, utilizan en gran medida uranio, un metal común que se encuentra en el agua de mar y en rocas de todo el mundo [10] como su principal fuente de combustible. El uranio-235 "quemado" en reactores convencionales, sin reciclado 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 renovable comúnmente clasificada, la energía geotérmica , una forma de energía derivada de la desintegración nuclear natural del gran, pero no obstante finito suministro de uranio, torio y potasio-40 presente dentro de la corteza terrestre, y debido al proceso de desintegración nuclear , esta fuente de energía renovable también se quedará eventualmente sin combustible. Al igual que el Sol , y se agotará . [11] [12]
La fisión nuclear que implica reactores reproductores , un reactor que genera más combustible fisible del que consume y, por lo tanto, tiene una tasa de reproducción de combustible fisible superior a 1, tiene un argumento más sólido para ser considerada un recurso renovable que los reactores de fisión convencionales. Los reactores reproductores repondrían constantemente el suministro disponible de combustible nuclear convirtiendo materiales fértiles , como el uranio-238 y el torio , en isótopos fisibles 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 la energía geotérmica . En un ciclo de combustible nuclear cerrado que utilice reactores reproductores, el combustible nuclear podría, por lo tanto, considerarse renovable.
En 1983, el físico Bernard Cohen afirmó que los reactores reproductores rápidos , alimentados exclusivamente por uranio natural extraído del agua de mar , podrían suministrar energía al menos durante la vida útil restante esperada del sol de 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 los humanos a consumir la mitad del uranio total en la corteza terrestre a una tasa de uso anual de 6500 toneladas/año, lo que era suficiente para producir aproximadamente 10 veces el consumo de electricidad mundial de 1983 , y reduciría la concentración de uranio en los mares en un 25%, lo que resultaría en un aumento en el precio del uranio de menos del 25%. [13] [14]
Los avances en el Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Alabama , publicados en un número de 2012 de la American Chemical Society , 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 extrajera del mar a escala industrial. Las mejoras de los investigadores incluyen el uso de esteras de quitina de caparazón de camarón electrohiladas que son más efectivas para absorber uranio en comparación con el método japonés récord anterior de usar redes de amidoxima de plástico. [16] [17] [18] [19] [20] [21] A partir de 2013, solo se han extraído unos pocos kilogramos (imagen disponible) de uranio del océano en programas piloto y también se cree que el uranio extraído a escala industrial del agua de mar se repondría constantemente a partir del uranio lixiviado del fondo del océano, manteniendo la concentración de agua de mar a un nivel estable. [22] En 2014, con los avances logrados en la eficiencia de la extracción de uranio a partir de agua de mar, un artículo en la revista Marine Science & Engineering sugiere que, teniendo como objetivo los reactores de agua ligera, el proceso sería económicamente competitivo si se implementara a gran 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 (CMDA), una organización independiente de las Naciones Unidas , pero creada por ellas , publicó Nuestro futuro común , en el que un subconjunto particular de las tecnologías de fisión nuclear actualmente en funcionamiento y la fusión nuclear se clasificaron como renovables. Es decir, los reactores de fisión que producen más combustible fisible del que consumen ( reactores reproductores) y, cuando se desarrollan, la energía de fusión , se clasifican dentro de la misma categoría que las fuentes de energía renovables convencionales, como la solar y la de caída de agua . [5]
En la actualidad, a partir de 2022, solo dos reactores reproductores producen cantidades industriales de electricidad: el BN-600 y el BN-800 . El reactor francés retirado Phénix también demostró una tasa de reproducción superior a uno y funcionó durante unos 30 años, produciendo energía cuando se publicó Nuestro futuro común en 1987.
Para cumplir con las condiciones requeridas para un concepto de energía nuclear renovable, uno tiene que explorar una combinación de procesos que van desde el principio del ciclo del combustible nuclear hasta la producción de combustible y la conversión de energía utilizando combustibles fluidos y reactores específicos, como lo informaron Degueldre et al. (2019). [26] La extracción de uranio de un mineral fluido diluido como el agua de mar se ha estudiado en varios países del mundo. Esta extracción debe llevarse a cabo de manera parsimoniosa, 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 de la entrada de 10 kilotones de U por año por las aguas de los ríos y su limpieza en el fondo del mar de los 1,37 exatones de agua en 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 en la biomasa sería de alrededor de 100 mg por kg. Después del tiempo de contacto, el material cargado se secaría y se quemaría (CO2 neutral ) con conversión de calor en electricidad. p. ej. [29] La "quema" de uranio en un reactor rápido de sal fundida ayuda a optimizar la conversión de energía al quemar todos los isótopos de actínidos con un rendimiento excelente para producir una cantidad máxima de energía térmica a partir de la fisión y convertirla en electricidad. Esta optimización se puede alcanzar reduciendo la moderación y la concentración del producto de fisión en el combustible líquido/refrigerante. Estos efectos se pueden lograr utilizando una cantidad máxima de actínidos y una cantidad mínima de elementos alcalinos/alcalinotérreos produciendo un espectro de neutrones más duro. Bajo estas condiciones óptimas, el consumo de uranio natural sería de 7 toneladas por año y por gigavatio (GW) de electricidad producida. p. ej. [26] La combinación de la extracción de uranio del mar y su utilización óptima en un reactor rápido de sal fundida debería permitir que la energía nuclear gane 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 aproximadamente 2,1 gigatoneladas 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 dado de combustible que cualquier fuente de energía que consuma combustible actualmente en uso. [31] El combustible en sí (principalmente deuterio ) existe en abundancia en el océano de la Tierra: aproximadamente 1 de cada 6500 átomos de hidrógeno (H) en el agua de mar (H 2 O) es 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 agua de mar es más fácil de acceder y más abundante que los combustibles fósiles, la fusión podría potencialmente satisfacer las necesidades energéticas del mundo durante millones de años. [33] [34]
En el ciclo de combustible de fusión de deuterio + litio , 60 millones de años es la vida útil estimada del suministro de esta energía de fusión , si es posible extraer todo el litio del agua de mar , asumiendo el consumo mundial de energía actual (2004) . [35] Mientras que en el segundo ciclo de combustible de energía de fusión más fácil, la quema de deuterio + deuterio [ ancla rota ] , asumiendo que todo el deuterio en el agua de mar se extrajo y se utilizó, hay un estimado de 150 mil millones de años de combustible, con esto nuevamente, asumiendo el consumo mundial de energía 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 energías renovables (RES). [ cita requerida ]
En 2009, el estado de Utah aprobó la "Ley de Desarrollo de Energía Renovable", 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 existen fuentes renovables, como la madera, las plantas, el estiércol, las caídas de agua, las fuentes geotérmicas, la energía solar, maremotriz, eólica y undimotriz, así como la fuerza muscular humana y animal. Los reactores nucleares que producen su propio combustible ("reproductores") y, eventualmente, los reactores de fusión también se encuentran en esta categoría.
