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Nuevos Avances para la Tecnología de Fusión Nuclear

El pasado 5 de julio, científicos del National Ignition Facility (NIF) de Estados Unidos batieron el record  del láser más potente del mundo, consiguiendo crear un pulso de luz con una potencia de 500 Teravatios, lo que es equivalente a 1.000 veces la cantidad de energía que usa Estados Unidos en cualquier momento. Estos elevados niveles de energía y potencia son clave para el desarrollo de las tecnologías de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. Entre las misiones del NIF está proporcionar a los científicos el conocimiento necesario para crear la ignición de fusión y la futura producción de energía.

Autora: Aida Ruiz – Grupo de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos

El proceso de fusión nuclear es el que produce la energía en el sol y las estrellas. Es La reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros se unen para formar otro núcleo más pesado, liberándose una gran cantidad de energía. Una central de fusión nuclear generaría energía mediante la fusión de átomos de deuterio y tritio, obteniéndose helio como producto. El deuterio puede ser extraído del agua de mar y el tritio se produciría por transmutación de litio, que es un elemento común en los suelos. Este tipo de central no produciría emisiones de gases de efecto invernadero, operaría en continuo para satisfacer la demanda y los subproductos producidos presentarían una menor peligrosidad radiactiva que en las plantas de fisión nuclear.

 

 

 

 

 

 

Para que la fusión ocurra se deben alcanzar temperaturas de unos 100 millones de grados centígrados con el fin de que los núcleos tengan la suficiente energía para unirse venciendo las repulsiones nucleares. A esas temperaturas la materia se encuentra en forma de plasma, constituido por núcleos y electrones libres. Además, es preciso que se produzcan una cantidad de reacciones suficiente para que, por lo menos, se recupere la energía invertida. Para obtener una cierta cantidad de energía generada por fusión es necesario mantener confinado el plasma durante el tiempo necesario para que ocurra un número suficiente de reacciones. Las altas temperaturas de reacción plantean la dificultad del confinamiento puesto que no existe ningún material capaz de resistir esas condiciones. Para obtener el confinamiento del plasma en un reactor de fusión se han propuesto dos sistemas. El confinamiento magnético y el confinamiento inercial.

En la fusión por confinamiento magnético se mantiene confinado el plasma mediante campos magnéticos muy intensos que tienen la capacidad para curvar las trayectorias de las partículas cargadas. El dispositivo diseñado para ello se denomina TOKAMAK y es una cámara toroidal provista de unas bovinas superconductoras que generan el campo magnético utilizado para confinar el plasma. En este caso el calentamiento se realiza mediante microondas u otras fuentes de energía. Esta es la tecnología utilizada en el ITER que se está construyendo en Francia.

En el confinamiento inercial una pequeña pastilla de combustible se comprime y se calienta mediante un rayo láser de elevada energía de tal forma que la fusión ocurre antes de que los átomos puedan separarse. El objetivo del NIF de estados Unidos es alcanzar la fusión por compresión y calentamiento de una pequeña cápsula de deuterio y tritio utilizando la energía de 192 rayos láser de elevada energía. En este proceso la cápsula de combustible se comprimirá alcanzando una densidad 100 veces mayor que la del plomo sólido y se calentara a más de 100 millones de grados centígrados. En la etapa de compresión los rayos X generados por la irradiación del láser ceden su energía a la parte exterior de la esfera que rápidamente se expande hacia el exterior. Esto produce que el resto del combustible se mueva hacia al interior formando una estructura densa uniforme. Para producir la ignición será necesario un segundo pulso que transfiera 20 kJ de energía en un punto de 35 micras de tamaño en unos pocos picosegundos, calentando el combustible hasta la temperatura de de ignición e iniciando la reacción termonuclear.

 

 

 

 

 

 

 

 

En cuanto al funcionamiento del láser del NIF, los rayos recorren un largo camino de 1500 m desde su generación en el oscilador principal hasta el centro de la cámara del combustible de combustible. El oscilador principal genera un pulso de rayo láser que se divide y conduce a los módulos de amplificación A continuación, los rayos láser pasan a través de una serie de amplificadores que aumentan su energía de forma exponencial desde 1 billonésima de Julio hasta 4 millones de Julios y esto ocurre en 5 millonésimas de segundo. Un complejo sistema de espejos alinean los 192 rayos en una configuración esférica de tal forma que éstos pueden ser enfocados en el centro exacto de la cámara que es una esfera de 10 m de diámetro.

 

 

 

 

En conclusión, el disparo de 500 TW conseguido por el NIF es un paso adelante para obtener más energía mediante fusión de la necesaria para iniciar el proceso. Aunque la ignición aun no se ha demostrado, los responsables del centro dicen haber recorrido el 75 % del camino para alcanzar esta proeza que prevén para los próximos 6-18 meses.

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Guerra abierta por ser la alternativa. Nuclear vs Renovables

La alta dependencia energética de España y las descontroladas emisiones de CO2 hacen pensar en un nuevo modelo energético donde, tanto la energía nuclear como las energías renovables, intentan posicionarse.

Autor: [Borja Plaza Gallardo-INTA]

Los datos del primer semestre del año 2011 referente al modelo energético no son nada buenos. En mayo de 2011 las emisiones de CO2 en el sector energético han crecido un 60 % respecto al mismo periodo del año anterior debido a la mayor generación de energía con carbón, gas y petróleo. Por otro lado, las importaciones de estos dos últimos han incrementado su valor en lo que va de año más de un 38% sobre 2010. Estos datos invitan a abandonar progresivamente el sistema energético actual basado en los combustibles fósiles.

Las alternativas que toman más fuerza en el mix energético son las energías renovables y la energía nuclear. Las energías renovables presentan las ventajas de unas emisiones nulas de gases de efecto invernadero y de abastecerse de fuentes libres e inagotables de energía, como el viento y el sol. Por su parte la energía nuclear es una fuente de generación de energía eléctrica exenta de emisiones de CO2, poco dependiente del combustible exterior y que se presenta como la energía más “barata”.

Por tanto, la diferencia entre ambas tecnologías, independientemente de los riesgos asociados a la energía nuclear, es una cuestión de costes. En este artículo se pretende comparar los costes de distintas tecnologías de energías renovables con el coste de la energía nuclear.

No existen en la actualidad muchos proyectos que nos puedan dar una idea del coste de la energía nuclear. Uno de los más importantes, y del cual vamos a tomar los datos, es el realizado en la isla de Olkiluoto, en Finlandia. La planta consta de un reactor de agua presurizada y es de las primeras centrales de tercera generación en el mundo. La potencia de la planta es de 1.600 MW y el coste inicial estimado era de 3.000 millones de euros. Actualmente, después de varias revisiones y grandes retrasos el presupuesto inicial se ha doblado y la vida útil de la instalación, estimada inicialmente en 30 años, se ha aumentado hasta 50 años sin ningún cambio significativo en el proyecto.

Con estos datos y teniendo en cuenta una operatividad de la central nuclear de 7.500 horas anuales, se obtiene que el coste de la inversión inicial por MW año es de 0,088 millones de €.

 

 En cuanto al precio del uranio, el mercado ha experimentado una gran volatilidad, llegando a situarse el valor de la libra de uranio en más de 60 euros. Actualmente (agosto 2011) su valor es de 35,35 euros. Si se tiene en cuenta que una central de 1.000 MW trabajando al 100% consume anualmente, aproximadamente, 155 toneladas de uranio, el coste del combustible es de 5,48 €/MWh. Para la central de Olkluoto el coste del combustible anual será de 0,041 millones de € por MW año.

Los costes de operación y mantenimiento de una central nuclear se estiman en 7,63 €/MWhe, lo que supone un coste anual de 0,067 millones de € por MW año. Con todos estos datos, y sin incluir los gastos de gestión de residuos radiactivos, el coste de la energía nuclear es de 0,196 millones de € por MW año.

Como ejemplo de instalación solar termoeléctrica, se ha elegido la recientemente inaugurada GEMASOLAR perteneciente a Torresol Energy. La peculiaridad de la instalación es que se trata de la primera planta comercial del mundo de torre central con almacenamiento de sales fundidas, lo que permite generar electricidad de acuerdo con la demanda. Se espera que opere un total de 6.450 horas al año a plena capacidad (potencia nominal 19,9 MW). El coste del proyecto ha sido de 171 millones de euros. Utilizando la misma fórmula utilizada para la energía nuclear, se obtiene que el coste de la inversión inicial por MW año, para una vida útil de la instalación de 40 años, es de 0,292 millones de €.

Si a este valor se le añade los costes de mantenimiento estimados en 0,053 millones de € por MW año, el coste de la energía termosolar es de 0,354 millones de € por MW año.

Aunque la energía termosolar es más cara tiene la ventaja de la gestionabilidad, ya que permite producir el máximo de electricidad en los momentos de máxima demanda y reducir la potencia en los momentos valle. Es decir, hace posible disponer de una producción de energía renovable operando bajo los parámetros de gestionabilidad de una planta convencional. Esto no lo logra la energía nuclear, ya que su producción es constante durante las veinticuatro horas del día con independencia del consumo eléctrico debido a los grandes tiempos y costes de paro y puesta en funcionamiento.

Además, la termosolar es un campo en el que España es líder mundial y es una forma de incentivar nuestra economía. Como dato, en solo tres años las centrales termosolares han reducido a menos de la mitad los componentes fabricados en el extranjero.

Los proyectos eólicos y fotovoltaicos son mucho más comunes por lo que se van a tomar como ejemplo dos instalaciones tipo.

El coste de la energía fotovoltaica se sitúa en la actualidad en 2.500 euros el kW de potencia instalado, siendo 2.000 horas de producción anual, un valor estimativo de una zona de radiación solar media y 25 años la vida útil de los equipos. Con estos valores, y teniendo en cuenta el bajo precio de mantenimiento de la instalación (0,005 millones de € por MW generado) el coste de la energía fotovoltaica es de 0,443 millones de € por MW año.

La energía fotovoltaica sigue siendo más cara que las otras alternativas evaluadas. A pesar de ello, la tendencia del mercado, con disminuciones en el coste superiores al 10 % en los últimos años, hace pensar que puede ser una tecnología competitiva en no mucho tiempo.

Las instalaciones eólicas tienen una vida útil de 25 años siendo la inversión inicial de aproximadamente 950 millones de euros la instalación de 1 GW de potencia. Las horas de funcionamiento de una instalación tipo en España son 2.200 horas por lo que el coste de la inversión es de 0,151 millones de € por MW generado. Si se estima en 0,020 millones de € por MW generado el precio de mantenimiento de la instalación, el coste de la energía eólica es de 0,171 millones de € por MW año.

Por tanto, y sin entrar a valorar temas como la seguridad, la gestión de residuos durante miles de años y la dependencia energética del exterior (hay que importar el combustible nuclear de fuera de España), queda demostrado que la energía nuclear no es la alternativa más barata al modelo energético actual, ya que la energía eólica tiene un coste por MW generado inferior. Además, alternativas como la energía fotovoltaica y la energía termosolar presentan curvas de aprendizaje que hacen que su coste disminuya a medida que mejora la tecnología, mientras que en el caso de la energía nuclear el coste sigue aumentando.

PD: Una pregunta final que dejo en el aire y que siempre me surge cuando leo un artículo relacionado con la energía nuclear es la siguiente: Sí los costes variables de la energía nuclear relacionados con la operación y mantenimiento de las centrales, así como con la adquisición de combustible, son tan pequeños como para ser considerada por muchos la energía más “barata”, y los costes de inversión (ayuda a la construcción de centrales nucleares) se realizaron cuando las eléctricas eran estatales y por tanto salieron de los presupuestos generales o incluso se generaron pagos específicos fuera del sistema como por ejemplo el 3% de incremento del recibo eléctrico para financiar la moratoria nuclear o los costes de gestión de los residuos ¿Por qué las centrales nucleares cobran la electricidad a precio de mercado?

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Podemos vivir sin la energía nuclear (II)? (la botella medio llena o medio vacía de la energía nuclear)

Hablar de energía nuclear es hablar de polémica, contradicciones y posiciones encontradas, dividiéndose la opinión entre grupos activistas tanto pro- como anti-nucleares y una gran mayoría de la población que no sabe si la energía nuclear es necesaria o no, segura o no, abundante o no y ni siquiera si es barata o cara. Tanto los favorables como los contrarios esgrimen argumentos e incluso números opuestos, a continuación intentaremos dar respuestas o encontrar las diferencias de planteamiento entre ambas posturas.< ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

 

[Mª < ?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Jesús Marcos Crespo]

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¿Necesita España la energía nuclear?

Las noticias sobre los últimos incidentes sufridos por centrales nucleares españolas parecen haber afectado muy negativamente a la opinión de la sociedad sobre este tipo de energía, provocando incluso declaraciones de algún miembro destacado del gobierno en contra de la misma. Pero, dada la actual crisis energética con unos precios desbocados del petróleo y del gas natural, y lo lejos que está España de cumplir con los objetivos sobre disminución de emisiones de gases con efecto invernadero, ¿puede España prescindir de esta fuente?< ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

[Javier Dufour]

 

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Debates sobre energía en la Universidad Rey Juan Carlos (II). Energía nuclear de fusión: ¿Solución?

Segunda entrega de la experiencia docente desarrollada por alumnos de < ?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />la Universidad Rey Juan Carlos, dentro de la asignatura “Panorama Energético Actual” del Máster en Tecnología y Recursos Energéticos. En este caso se presentan las principales conclusiones presentadas por los alumnos relativas a la Fusión Nuclear.< ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

Profesores: David Serrano, Gabriel Morales y Jacinto Monge. (más…)

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Debates sobre energía en la Universidad Rey Juan Carlos. Energía nuclear de fisión

En la siguiente información se recogen las principales conclusiones de una experiencia docente desarrollada por alumnos de < ?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />la Universidad Rey Juan Carlos, dentro de la asignatura “Panorama Energético Actual” del Máster en Tecnología y Recursos Energéticos.  En ella, los alumnos divididos en grupos debatieron sobre los tipos de fuentes energéticas más relevantes como alternativas actuales y/o futuras, incidiendo en los aspectos positivos y negativos de cada una de ellas. Semanalmente presentaremos las conclusiones de los debates de una opción energética concreta, comenzando en primer lugar por la energía nuclear de fisión.< ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

Profesores: David Serrano, Gabriel Morales y Jacinto Monge.

 

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Vía libre a nuevas centrales nucleares en el Reino Unido

El Reino Unido da vía libre a la construcción de centrales nucleares de nueva generación en su territorio. El Ministro de Economía británico, John Hutton, asegura que las nuevas centrales no disfrutaran de ninguna subvención por parte del estado, sino que las iniciativas deben ser totalmente privadas. También aseguró que, además de la construcción, los costes de desmantelamiento y gestión de residuos son únicamente responsabilidad de las compañías energéticas. No se ofrecerán subvenciones, pero posiblemente se eximirá de algunos impuestos para establecer un “terreno de juego fiscal igual para todas las formas de generación eléctrica”.

[José Luis Gálvez]

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Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética (Plan EETE) de la Unión Europea

El pasado día 22 de noviembre se publicó el “Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética” en el que se resalta que < ?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />la Tecnología es una parte crucial de la encrucijada energética, que Europa necesita actuar inmediatamente para producir energía competitiva, segura y sostenible y que los retos relacionados de cambio climático, seguridad en el suministro energético y competitividad requieren una respuesta coordinada-

[Javier Dufour]

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Abierta la primera edición del Concurso Escolar HIDROGENIUS 2008

Dicho concurso, que se celebrará desde el 15 de enero hasta el 16 de marzo del 2008, está dirigido a los alumnos de bachillerato de < ?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />la Comunidad de Madrid y pretende que los jóvenes de nuestra Comunidad descubran la importancia del hidrógeno como posible alternativa energética futura.

[Comité de Difusión y Explotación del Programa PHISICO2]

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¿Y si la energía nuclear es verde y las energías renovables no?

“Las energías renovables no son verdes”. Partiendo de esta rotunda afirmación comienza Jesse H. Ausubel, profesor de la Universidad  Rockefeller de Nueva York, un artículo que lleva como título “Renovable and nuclear heresies· [en español algo así como “herejías Renovables y Nucleares”]  publicado en el Vol. 1, No 3.en la revista International J. Nuclear Governance, Economy and Ecology.< ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

A lo largo del artículo Ausubel, basándose en la densidad energética de cada una de las tecnologías, justifica su afirmación por la baja densidad de energía por superficie ocupada que nunca podría abastecer al mundo de toda la energía tanto eléctrica como en forma de combustibles. Para ello sería necesaria una enorme cantidad de hectáreas de terreno explotadas, modificadas, desertizadas y con un elevado impacto medioambiental y que, por lo tanto, no serían verdes. Sin embargo, la energía nuclear con una densidad energética de 10000 a  100000 veces superior a la del metano y aliándose con la industria de este gas, no sólo es capaz de proporcionar toda esa energía, sino que además  resultaría ser la única energía realmente verde: emisiones nulas de CO2  y gases efecto invernadero, muy poca superficie ocupada y, por consiguiente, un impacto ambiental prácticamente nulo.

 

Este artículo, sin duda polémico y en el que resulta mucho mejor parado el sector nuclear que el renovable, ha desatado las iras de las empresas de energías renovables tanto fuera como dentro de nuestro país, así ACCIONA, la principal empresa de energías renovables junto a Iberdrola  de España, asegura que cubriendo con molinos de viento una extensión equivalente a la mitad de la provincia de Teruel se cubriría toda la demanda eléctrica del país (más o menos la décima parte de lo que estima Ausubel).

[Mª Jesús Marcos Crespo]

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