Los pequeños reactores modulares generarán más desechos radiactivos que las centrales nucleares convencionales

Los pequeños reactores modulares, considerados durante mucho tiempo como el futuro de la energía nuclear, en realidad generarán más desechos radiactivos que las plantas de energía nuclear convencionales, según una investigación de Stanford y la Universidad de Columbia Británica.

Los reactores nucleares generan suministros confiables de electricidad con emisiones limitadas de gases de efecto invernadero. Pero una planta de energía nuclear que genera 1.000 megavatios de energía eléctrica también produce desechos radiactivos que deben estar aislados del medio ambiente durante cientos de miles de años. Además, el costo de construir una gran planta de energía nuclear puede ser de decenas de miles de millones de dólares.

Para hacer frente a estos desafíos, la industria nuclear está desarrollando pequeños reactores modulares que generan menos de 300 megavatios de energía eléctrica y se pueden ensamblar en las fábricas. Los analistas de la industria dicen que estos diseños modulares avanzados serán más baratos y producirán menos subproductos radiactivos que los reactores convencionales a gran escala.

Pero un estudio publicado el 31 de mayo en Proceedings of the National Academy of Sciences llegó a la conclusión opuesta. "Nuestros resultados muestran que la mayoría de los diseños de reactores modulares pequeños en realidad aumentarán el volumen de desechos nucleares que necesitan gestión y eliminación, por factores de 2 a 30 para los reactores en nuestro estudio de caso", dijo la autora principal del estudio, Lindsay Krall, becaria postdoctoral en el Centro para la Seguridad y la Cooperación Internacional (CISAC) de la Universidad de Stanford. “Estos hallazgos contrastan fuertemente con los beneficios de reducción de costos y desechos que los defensores han reclamado para las tecnologías nucleares avanzadas”.

La energía nuclear en el mundo

Unos 440 reactores nucleares funcionan en todo el mundo y proporcionan aproximadamente el 10 por ciento de la electricidad mundial. En Estados Unidos, 93 reactores nucleares generan casi una quinta parte del suministro eléctrico del país.

A diferencia de las centrales eléctricas que funcionan con carbón o gas natural, las centrales nucleares emiten poco dióxido de carbono, una de las principales causas del calentamiento global. Los defensores dicen que a medida que aumenta la demanda mundial de energía limpia, se necesitará más energía nuclear para minimizar los efectos del cambio climático.

Pero la energía nuclear no está libre de riesgos. Solo en EEUU, las centrales nucleares comerciales han producido más de 88.000 toneladas de combustible nuclear gastado, así como volúmenes sustanciales de desechos radiactivos de nivel intermedio y bajo. Los desechos más radiactivos, principalmente el combustible gastado, tendrán que aislarse en depósitos centralizados geológicos de minería profunda durante cientos de miles de años.

En la actualidad, EEUU no tiene ningún programa para desarrollar un depósito geológico, después de gastar décadas y miles de millones de dólares en el sitio de Yucca Mountain en Nevada. Como resultado, el combustible nuclear gastado se almacena actualmente en piscinas o en cofres secos en los sitios de los reactores, acumulándose a un ritmo de unas 2.000 toneladas al año.

Otros autores dicen lo contrario

Algunos analistas sostienen que los reactores modulares pequeños reducirán significativamente la masa de combustible nuclear gastado generado en comparación con los reactores nucleares convencionales mucho más grandes. Pero esa conclusión es demasiado optimista, según Krall y sus colegas.

“Las métricas simples, como las estimaciones de la masa de combustible gastado, ofrecen poca información sobre los recursos que se requerirán para almacenar, empaquetar y eliminar el combustible gastado y otros desechos radiactivos”, dijo Krall, quien ahora es científico en la Compañía Sueca de Gestión de Desechos y Combustible Nuclear. "De hecho, muy pocos estudios han analizado la gestión y eliminación de flujos de desechos nucleares de pequeños reactores modulares".

Se han propuesto docenas de diseños de reactores modulares pequeños. Para este estudio, Krall analizó los flujos de desechos nucleares de tres tipos de reactores modulares pequeños que están desarrollando Toshiba, NuScale y Terrestrial Energy. Cada empresa utiliza un diseño diferente. Los resultados de los estudios de casos fueron corroborados por cálculos teóricos y una encuesta de diseño más amplia. Este enfoque triple permitió a los autores sacar conclusiones de peso.

“El análisis fue difícil porque ninguno de estos reactores está en funcionamiento todavía”, dijo el coautor del estudio, Rodney Ewing, profesor Frank Stanton de Seguridad Nuclear en Stanford y codirector de la CISAC. “Además, los diseños de algunos de los reactores son propietarios, lo que agrega obstáculos adicionales a la investigación”.

Fuga de neutrones

La energía se produce en un reactor nuclear cuando un neutrón divide un átomo de uranio en el núcleo del reactor, generando neutrones adicionales que luego dividen otros átomos de uranio, creando una reacción en cadena. Pero algunos neutrones escapan del núcleo, un problema llamado fuga de neutrones, y golpean los materiales estructurales circundantes, como el acero y el hormigón. Estos materiales se vuelven radiactivos cuando son "activados" por la pérdida de neutrones del núcleo.

El nuevo estudio encontró que, debido a su tamaño más pequeño, los reactores modulares pequeños experimentarán más fugas de neutrones que los reactores convencionales. Este aumento de las fugas afecta la cantidad y la composición de sus flujos de desechos.

“Cuantos más neutrones se filtren, mayor será la cantidad de radiactividad creada por el proceso de activación de los neutrones”, dijo Ewing. “Descubrimos que los pequeños reactores modulares generarán al menos nueve veces más acero activado por neutrones que las centrales eléctricas convencionales. Estos materiales radiactivos deben gestionarse cuidadosamente antes de su eliminación, lo que será costoso”.

Mayores volúmenes

El estudio también encontró que el combustible nuclear gastado de los pequeños reactores modulares se descargará en mayores volúmenes por unidad de energía extraída y puede ser mucho más complejo que el combustible gastado descargado de las centrales eléctricas existentes.

"Algunos diseños de reactores modulares pequeños requieren combustibles y refrigerantes químicamente exóticos que pueden producir desechos difíciles de manejar para su eliminación", dijo la coautora Allison Macfarlane, profesora y directora de la Escuela de Políticas Públicas y Asuntos Globales de la Universidad de British Columbia. “Esos combustibles y refrigerantes exóticos pueden requerir un tratamiento químico costoso antes de su eliminación”.

“El mensaje para la industria y los inversores es que la parte final del ciclo del combustible puede incluir costos ocultos que deben abordarse”, dijo Macfarlane. “Lo mejor para el diseñador del reactor y el regulador es comprender las implicaciones de los desechos de estos reactores”.

Radiotoxicidad

El estudio concluye que, en general, los diseños modulares pequeños son inferiores a los reactores convencionales con respecto a la generación de desechos radiactivos, los requisitos de gestión y las opciones de eliminación.

Un problema es la radiación a largo plazo del combustible nuclear gastado. El equipo de investigación estimó que después de 10.000 años, la radiotoxicidad del plutonio en los combustibles gastados descargados de los tres módulos de estudio sería al menos un 50 por ciento más alta que la del plutonio en el combustible gastado convencional por unidad de energía extraída.

Debido a este alto nivel de radiotoxicidad, los depósitos geológicos para desechos de reactores modulares pequeños deben elegirse cuidadosamente a través de un proceso de ubicación exhaustivo, dijeron los autores.

“No deberíamos ser nosotros los que hagamos este tipo de estudio”, dijo Ewing. “Los vendedores, aquellos que proponen y reciben apoyo federal para desarrollar reactores avanzados, deberían preocuparse por los desechos y realizar investigaciones que puedan revisarse en la literatura abierta”.