Reprocesamiento: ¿al borde de la expansión o en el umbral de la extinción?

Desde 1983 un ciclo de combustible cerrado ha sido un elemento oficial de la política de energía nuclear china. Según sus defensores, el reprocesamiento del plutonio y los reactores reproductores permitirán la utilización plena de los recursos de uranio de China, reducirán drásticamente el volumen de residuos radiactivos que deben almacenarse en depósitos subterráneos y establecerán una forma de deshacerse del combustible usado que se acumula en las piscinas de reactores de China. No obstante, los intentos de Beijing por desarrollar instalaciones de reprocesamiento y reactores reproductores viables desde el punto de vista comercial han sufrido dificultades tecnológicas, graves retrasos y sobrecostos. En este momento, tomando especialmente en consideración los amplios recursos de uranio de los que China dispone y su fácil acceso a recursos fuera del país, parece muy dudoso que el reprocesamiento y los reactores reproductores sean el camino adecuado para el avance del sector chino de la energía nuclear.

No funciona según lo planificado. En 1986 el Consejo Estatal de China aprobó la construcción de una planta civil piloto de reprocesamiento en el complejo nuclear Jiuquan en la provincia de Gansu. La construcción de la planta, diseñada para producir 50 toneladas métricas de metal pesado por año, comenzó en 1998 y finalizó en 2005. Sin embargo, el proceso de construcción estuvo aquejado de dificultades, retrasos y costos superiores a los esperados. Finalmente, en 2010, se llevó a cabo una prueba en caliente, 24 años después de la aprobación del proyecto. Incluso entonces, tras solo 10 días de funcionamiento y la separación de menos de 14 kilogramos de plutonio, se identificaron nuevos problemas. Hasta fines de febrero de 2015 no se había reanudado el reprocesamiento. Se indica que la capacidad anual de reprocesamiento de la planta, una vez que reanude sus operaciones, podría ser muy inferior a las 50 toneladas métricas de metal pesado planificadas originalmente.

Por su parte, la Corporación Nacional Nuclear de China (CNNC, por sus siglas en inglés) ha estado negociando desde 2007 con Areva de Francia la compra de una planta de reprocesamiento comercial capaz de producir 800 toneladas anuales de metal pesado. Se han firmado varios acuerdos, pero los precios continúan siendo un punto conflictivo. A su vez, los expertos chinos discrepan sobre si China debería importar una planta de reprocesamiento comercial a fin de cuentas. A algunos les gustaría apurar el trato, mientras que otros creen que China debería dar prioridad a la tecnología autóctona para mantener su independencia. De hecho, aun en medio de sus negociaciones con Areva, la CNNC comenzó a planificar una planta de reprocesamiento a mediana escala que sirviera como demostración, tomando como base la planta piloto. El gobierno no ha aprobado la propuesta, pero en cualquier caso el futuro del trato con Areva no es para nada claro.

Paralelamente al desarrollo de la planta de reprocesamiento piloto, China ha estado trabajando para establecer reactores reproductores de plutonio viables desde el punto de vista comercial. De acuerdo a un plan implementado hasta el año 2013, el desarrollo de reactores reproductores debía ser un proceso de tres etapas. La primera etapa consistía en completar un proyecto conocido como el reactor rápido experimental de China (China Experimental Fast Reactor). La segunda etapa implicaba la construcción, hasta aproximadamente el 2020, de algunos reactores rápidos de demostración. Por último, los reactores rápidos comercializados se implantarían alrededor de 2030. Los avances sufrieron siempre mucho más retraso de lo previsto.

El reactor rápido experimental de China es un reactor rápido experimental refrigerado por sodio que utiliza la tecnología desarrollada para el reactor BN-600 de Rusia. El proyecto, con una capacidad planificada de 20 megavatios, se aprobó en 1995, y la construcción comenzó en el año 2000. Como sucedió con la planta piloto de reprocesamiento, durante la construcción del reactor reproductor rápido experimental surgieron muchas dificultades. Los presupuestos de costos de capital debieron ajustarse dos veces, y cada presupuesto doblaba lo previsto en el anterior. El reactor alcanzó la condición de criticicidad en julio de 2010 y para julio de 2011 el 40 por ciento de su máxima potencia se había incorporado a la red. Sin embargo, el reactor estuvo en funcionamiento durante solo 26 horas durante el resto del 2011 y produjo el equivalente de solo una hora de máxima potencia. Solo recién en diciembre de 2014 el reactor logró funcionar a plena capacidad durante 72 horas. Así pues, transcurrieron 19 años desde la aprobación del proyecto y el funcionamiento a plena capacidad.

En cuanto a la segunda etapa del plan anterior a 2013, en 2009 la CNNC firmó un acuerdo con Rosatom de Rusia para construir conjuntamente dos copias del reactor de neutrones rápidos ruso BN-800 en China. Sin embargo, Beijing no ha dado su aprobación oficial al proyecto. Como sucedió con la planta de reprocesamiento francesa, los expertos chinos se quejan de que Rusia está requiriendo un precio muy alto. No está claro si o cuándo el proyecto va a seguir adelante. En su lugar, la CNNC comenzó en 2013 a enfocarse en el desarrollo del reactor rápido autóctono de China de 600 megavatios (CFR-600). Se prevé que la construcción empezará en 2017 y que comenzará a funcionar en 2023, pero el gobierno aún no ha aprobado el proyecto.

Asimismo, los expertos de la CNNC desde 2013 insisten con que se desarrolle el primer reactor rápido comercial chino, un reactor de 1000 megavatios basado en la experiencia obtenida del CFR-600. Sin embargo, el experto de la CNNC, Gu Zhongmao -defensor del ciclo de combustible cerrado- dijo en un taller sobre energía nuclear celebrado recientemente en Asia Oriental que "China necesita al menos otros 20 a 30 años de trabajo antes de la comercialización de sistemas de energía de reactores rápidos, y quedan todavía muchas incertidumbres. Escapa a nuestras posibilidades ofrecer una perspectiva clara de aquí a 20 años".

¿Por qué apurarse? ¿China debería seguir con sus planes de reactores reproductores rápidos y reprocesamiento comercializado? Existen buenas razones para evitar esta forma de proceder. En primer lugar, dado que la mayoría de los reactores de energía chinos se construyeron hace poco tiempo, Beijing no deberá soportar muchas presiones en las próximas dos décadas para reducir su carga de combustible usado. Además, este puede almacenarse de forma segura, a bajo costo, en contenedores de almacenamiento en seco, o puede desecharse también de manera segura en depósitos geológicos profundos.

En segundo lugar, China no deberá hacer frente a la escasez de recursos de uranio en el futuro previsible. Los recursos identificados de la nación se triplicaron con creces entre 2003 y 2012, de 77.000 a 265.500 toneladas métricas.Las reservas potenciales de uranio de China ascienden a más de 2 millones de toneladas. Además, recientemente Beijing se ha asegurado recursos de uranio en el extranjero, que superan en unas tres veces sus propias reservas de uranio identificadas. Se podrían agregar fácilmente más de estas reservas.

En cualquier caso, el costo del uranio justifica solo un pequeño porcentaje del costo de la energía generada por los reactores. En términos sencillos, el costo del uranio no aumentará en el futuro previsible a niveles que justificarían el costo del reprocesamiento y los reactores reproductores. En la medida que a China le preocupen las posibles interrupciones en su suministro de uranio, podría establecer fácilmente, y a bajo costo, una reserva "estratégica" de uranio.

China debería examinar con atención las experiencias de las naciones que han instaurado grandes programas de reprocesamiento y construir reactores reproductores de demostración esperando que el siguiente paso sea la comercialización de estos reactores. Esto no ocurrió en esos países, en cambio se incurrió en grandes gastos para limpiar los sitios de reprocesamiento y desechar el plutonio separado. China no tiene ninguna necesidad urgente de seguir este camino riesgoso.

El reciclaje de plutonio es mucho más caro y mucho menos seguro que la operación de reactores de agua ligera con un ciclo de combustible abierto, y en lo que a residuos radiactivos refiere, el almacenamiento en seco en contenedores es una opción segura, flexible y de bajo costo que puede posponer por décadas, o bien la necesidad de reprocesar el combustible usado, o bien de desecharlo directamente, dándole tiempo a la tecnología a que se desarrolle. China no tiene argumentos convincentes para apresurarse a construir centros de reprocesamiento o reactores reproductores de plutonio a escala comercial.

El reprocesamiento y reciclaje de uranio y plutonio han sido objeto de intensos debates en muchos países durante las últimas décadas. Varias naciones, que incluyen a los Estados Unidos, el Reino Unido, Francia, India, Japón, Rusia y otras, han desarrollado tecnologías para el reprocesamiento y el reciclaje. Un selecto grupo de naciones, entre las que se cuenta la India, han seguido una política sostenida a favor del reprocesamiento y el reciclaje, y lo han hecho, no solo a raíz de sus inquietudes con respecto a los recursos limitados de uranio, sino también porque ven en el reprocesamiento y el reciclaje la mejor vía para lograr que la energía nuclear sea sostenible a largo plazo.

De hecho, en países como la India y China, la expansión de la energía nuclear a gran escala no es sostenible sin reprocesamento y reciclaje. Los recursos de uranio de estos países son limitados. Es poco probable que el torio se convierta en un recurso valioso para la producción de energía en el corto plazo. No es práctico manejar grandes volúmenes de residuos de alto nivel de radiactividad en depósitos durante períodos largos de tiempo. Por otro lado, Francia también tuvo un programa sostenido de reprocesamiento y reciclaje y Rusia está emprendiendo el piroprocesamiento para producir combustible de óxido mixto de plutonio y uranio para su reactor BOR-60.

Muchos críticos del reprocesamiento consideran que los recursos disponibles de uranio en el mundo son suficientes, y que, por consiguiente, cerrar el ciclo de combustible no es una necesidad urgente. Este argumento es cortoplacista. La cantidad de uranio disponible en la tierra, tanto en la corteza del planeta como en el agua de los océanos, es finita y, por lo tanto, la energía de fisión no es renovable. El único debate que puede darse en torno a esta cuestión es cuánto uranio hay disponible y cuánto tiempo durará. El "Libro Rojo" de recursos de uranio, publicado por el Organismo Internacional de Energía Atómica y la Agencia para la Energía Nuclear, indica que el uranio disponible en el mundo al 2013 llegaba a unos 7,6 millones de toneladas métricas, suficiente para durar unos 150 años de acuerdo a las tasas de consumo actuales. Sin embargo, el aumento del consumo es inevitable, dado que un número en ascenso de países se vuelcan a la energía nuclear para satisfacer sus necesidades energéticas.

Dejando de lado los recursos de uranio adicionales que puedan identificarse en el futuro, y dejando también de lado la tasa de crecimiento de la energía nuclear en el futuro, se debe concluir que la energía de fisión a base de uranio no puede en ningún caso durar más de unos pocos siglos. Esto no es mucho tiempo, si lo comparamos con el período de tiempo en que probablemente continúen existiendo los seres humanos. Nosotros, los autores, creemos que la generación actual tiene la responsabilidad frente a las generaciones futuras de no agotar los recursos de uranio del mundo. Esto significa que el uranio no puede considerarse basura tras utilizar solamente un 1 por ciento de su energía, como sucede actualmente. En lugar de eso, debe procederse al reprocesamiento y reciclaje para utilizar el 75 por ciento de uranio (si no más) a fin de producir energía de fisión. En comparación con el uso por una sola vez del uranio, el reprocesamiento y el reciclaje tienen el potencial de aumentar en al menos 50 veces la cantidad de tiempo durante el cual la humanidad podrá derivar la energía de fisión a partir de los recursos de uranio.

Muchos países -India, Francia, Rusia y China en particular- han llegado a la conclusión de que los reactores rápidos (que, para la generación de electricidad, pueden aprovechar el plutonio y uranio empobrecido generados en reactores térmicos) serán un elemento importante de sus futuros programas de energía nuclear. A su vez, de los seis conceptos para sistemas de energía nuclear innovadores desarrollados por el Foro Internacional de la IV Generación (un emprendimiento común de 13 gobiernos), cuatro se basan en reactores rápidos. No obstante, siguen planteándose argumentos en contra del reprocesamiento y el reciclaje.

Estos comprenden, además del argumento de que los recursos de uranio seguirán siendo suficientes en el futuro previsible, la supuesta inmadurez de la tecnología, la consideración de sus altos costos y cuestiones relacionadas con la proliferación. Sin embargo, la tecnología relacionada con la fabricación y reciclaje de combustible de reactores de hecho es madura y ya se ha desarrollado a una escala bastante grande (aunque solo en unos pocos países). Francia e India, a través de investigaciones y desarrollo exhaustivos, una política gubernamental estable y la implementación sucesiva de plantas mejoradas, han demostrado la seguridad, madurez y costos aceptables del reprocesamiento y reciclaje de plutonio. Mientras tanto la resistencia a la proliferacion puede incluirse fácilmente en el diseño del ciclo de combustible. Es posible concebir esquemas de separación en los que el uranio y el plutonio del combustible irradiado se recuperen conjuntamente, y no solo produzcan producto de plutonio puro, lo que podría dar lugar a inquietudes relacionadas con la proliferación. El piroprocesamiento, por ejemplo, que ha sido objeto de exhaustivas investigaciones en Estados Unidos y Rusia, logra una menor descontaminación de productos de fisión que los procesos acuosos basados en el método PUREX (en referencia a la extracción de plutonio y uranio), que ha sido el pilar de la industria nuclear hasta el momento. Esto combate intrínsecamente la proliferación. Las objeciones relacionadas con la proliferación ya no constituyen un argumento convincente para la adopción de un ciclo de combustible abierto (once through).

La dimensión de los residuos. La gestión de los residuos nucleares es la única dimensión de la energía nuclear en la que la opinión pública se centra más. El ciclo de combustible abierto presenta dos graves problemas en este sentido. En primer lugar, genera una mayor cantidad de residuos, dado que este ciclo implica desechar el uranio y el plutonio tras un único uso. Se hace así necesario contar con un mayor número de depósitos y un período excesivamente largo de supervisión de los mismos, lo que prácticamente no resulta factible, además de que la opinión pública jamás lo aceptaría. En segundo lugar, hoy en día un número considerable de países están estableciendo sectores de energía nuclear pero la mayoría de las naciones no cuentan con sitios adecuados desde el punto de vista geológico para desechar el combustible irradiado. ¿Quién entonces cargará con el combustible usado que generan estas instalaciones de energía nuclear?

Deben considerarse estas cuestiones al calcular el costo de los diversos enfoques del ciclo de combustible. Por lo general el costo del reciclaje se compara con el del ciclo abierto asumiendo que el precio del uranio se mantendrá igual. Sin embargo, aun asumiendo que el precio del uranio se mantendrá estable durante siglos, lo que es improbable, igualmente deben justificarse los costos más altos que suponen la gestión de los residuos del ciclo abierto. También debe justificarse el daño adicional al medio ambiente relacionado con los mayores requisitos de extracción minera del ciclo de combustible abierto, dado que si el uranio y el plutonio se reciclan, se debe extraer menos uranio por unidad de energía producida. Este tipo de enfoque holístico de los costos demuestra que el reprocesamiento no solo no es excesivamente costoso, como se indica con frecuencia, sino que es de hecho competitivo en términos de costos.

Esta historia muy personal comienza a fines de los años sesenta, cuando trabajaba como ingeniero haciendo el postdoctorado en un pequeño proyecto de investigación relacionado con el reactor reproductor rápido Phénix en Cadarache, el centro de investigación que era el núcleo de la investigación sobre seguridad para los reactores reproductores rápidos en Francia. Como casi todos los ingenieros nucleares de esa época yo estaba convencido de que Glenn Seaborg, el químico ganador del premio Nobel, tenía razón: los reactores reproductores y el reciclaje de plutonio abastecerían al mundo de energía barata ilimitada. Las consecuencias para el medio ambiente solo serían positivas. Cuando mi tiempo en Cadarache llegó a su fin, decidí, por lo tanto, ir a trabajar al país que aparentemente era el líder en reproductores y reprocesamiento, y pasé a trabajar en la operación de desarrollo del reactor reproductor de General Electric, en Sunnyvale, California.

Por aquellos días el uranio estaba subiendo de precio, y, en opinión de muchos, también comenzaba a escasear. Por consiguiente, el valor del plutonio era alto, al menos para uso militar, y en teoría también para uso civil. Cuando en 1970 Francia y Alemania decidieron emprender un gran proyecto demostrando el potencial comercial de los reactores reproductores rápidos a través del reactor Superphénix de 1200 megavatios, sentí la necesidad de participar en este proyecto europeo. Así que me mudé de nuevo, pero esta vez asumí un cargo del lado del operador en RWE, la empresa de energía eléctrica más importante de Alemania. Durante la fase previa al proyecto, RWE me dio la oportunidad de aprender sobre gestión de proyectos en el reactor SNR-300, en Kalkar, Alemania, que en ese momento se estaba construyendo.

RWE me envió también al reactor reproductor rápido Phénix en Francia para hacer el seguimiento de su conexión a la red, lo que formaba parte de la preparación para el proyecto Superphénix. Recuerdo con cariño la vista de la sala de control del reactor Phénix (sí, tenía una gran ventana). Podía ver el río Ródano y muchos aviones de combate que despegaban del campo de aviación al otro lado del río. Fue un período maravilloso, lleno de optimismo, optimismo que pareció particularmente justificado en 1974 cuando André Giraud, entonces director de la Comisión de Energía Atómica de Francia y posteriormente ministro de industria, anunció que la construcción internacional del reactor Superphénix comenzaría pronto. Para 1990 se habría completado la construcción de dos reactores reproductores rápidos adicionales de 1500 megavatios.

Sin embargo, de alguna forma pronto mi optimismo empezó a derrumbarse. Yo estaba intentando hacerme una idea más clara de los costos económicos relacionados con los reactores reproductores y el reprocesamiento del plutonio haciendo comparaciones simples de los gastos generados en reactores reproductores rápidos de tipo ciclo (loop), reactores reproductores rápidos de tipo piscina (pool), y reactores de agua ligera. Tomé en cuenta, entre otras cosas, los materiales necesarios para su construcción y su capacidad para variar la producción de electricidad, dado el caso. Llegué a la conclusión de que los reactores reproductores rápidos siempre terminarían en costos de capital más altos que los reactores de agua ligera, por lo menos de un 30 a un 50 por ciento más altos. Concluí a regañadientes que los reactores reproductores rápidos comerciales no tendrían éxito en mi generación, a menos, por supuesto, que cambios en los costos del ciclo de combustible vinieran al rescate. Y, de hecho, a fines de los años sesenta, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido había empezado a ofrecer el reprocesamiento a precios inmejorables, solo $15 por kilogramo de metal pesado. Eurochemic, un centro de reprocesamiento común europeo, también ofrecía precios bajos, así como WAK, un pequeño centro de reprocesamiento alemán que, a pesar de sus precios asequibles, todavía tenía dificultades para llenar sus libros de compra en 1971. Por otro lado, los precios del uranio habían ido en aumento durante varios años, comenzando aproximadamente en 1975, dificultándole las cosas a empresas como Westinghouse, que vendía recargas de combustible a precio fijo.

Finalmente, en 1976 el gobierno alemán dispuso que el reprocesamiento debía ser el único enfoque legal de la fase final del ciclo de combustible. Esto obligó a las empresas de electricidad de ese país a emprender el reprocesamiento. Sin embargo, el único centro de reprocesamiento de todo el país era WAK, de modo que, para seguir las disposiciones gubernamentales, era necesario depender de contratos con el extranjero, y a BNFL, sucesora de la Autoridad de Energía Atómica de Gran Bretaña, le faltaba capacidad tras un incendio en su centro de recepción. Me volví a mudar a Alemania para negociar contratos de reprocesamiento con COGEMA, antecesora de la empresa de energía nuclear Areva, y para identificar la capacidad de almacenamiento para combustible usado hasta que COGEMA pudiera empezar a recibir combustible. Paralelamente desarrollamos el almacenamiento en seco en contenedores como alternativa.

No obstante, en ese momento, en 1978, COGEMA ofrecía el reprocesamiento solo bajo condiciones de costo incrementado, y esperaba obtener un considerable margen de beneficios de un 25 %. Entretanto, las grandes piscinas de almacenamiento alejadas de los reactores, con resistencia a los impactos aéreos y al sabotaje, no entrarían en funcionamiento durante algún tiempo. También eran más caras que la alternativa: almacenamiento en seco en contenedores. Para 1979 RWE había desechado los proyectos de piscinas alejadas de los reactores en favor de los contenedores.

En 1982 y 1983 COGEMA puso en marcha grandes piscinas que aliviaron a las empresas eléctricas alemanas. A pesar de ello, el futuro del reprocesamiento era sombrío. Cuando de forma inesperada COGEMA cotizó a los propietarios del reactor Superphénix precios extremadamente altos para el reprocesamiento, estos decidieron construir una gran piscina de almacenamiento en el centro para el combustible usado. Este fue el verdadero final de los reactores reproductores rápidos en Francia, no la decisión política de cerrarlos en 1998. La realidad de los costos surtió efecto. Los reproductores sin un ciclo de combustible comercial simplemente no tienen sentido.

Las empresas eléctricas alemanas se dieron cuenta en 1989 que el reprocesamiento aparejaría costos inaceptables, aun sin tener en cuenta el costo de la fabricación del combustible de óxido mixto de plutonio y uranio. A su vez, las altas velocidades de combustión del combustible de uranio hacían que el reprocesamiento fuera todavía menos rentable. Al mismo tiempo estaba claro que el uranio no escaseaba para nada. De hecho, volvía a estar disponible a precios decentes. A su vez, los proyectos de reprocesamiento en el Reino Unido y Japón nunca tuvieron el mismo éxito en cuanto a la producción que en Francia, y las perspectivas económicas del reprocesamiento se volvieron muy oscuras.

Hoy en día el plutonio ya no es un activo de alto valor en el balance de una empresa eléctrica. En el mejor de los casos es un ítem de valor cero. Sin embargo, a excepción de los países que podrían desarrollar con éxito reactores reproductores baratos y un ciclo de combustible asequible (China, India y Rusia todavía mantienen estas esperanzas), es más probable que sea un ítem de valor negativo. Uno teme que las empresas eléctricas de propiedad privada se conviertan en rehenes de su propio plutonio. Entretanto, en el caso de las empresas nacionales es el gobierno o, más precisamente, el contribuyente, el que se convertirá en rehén.

¿Será posible que algún día se demuestre que Seaborg tenía razón? Bien, yo llegué a la conclusión hace más de treinta años de que los reactores reproductores rápidos comerciales no serían una realidad en mi generación. Esto mismo parece todavía aplicarse a la generación más joven hoy día, y esta conclusión ni siquiera tiene en cuenta la amenaza de proliferación que implica el plutonio.