Wed. Sep 28th, 2022

En 2019, el gobierno firmó una declaración ordenando que desarrollemos un pequeño reactor nuclear para 2027. En cumplimiento de esa orden, la Fuerza Aérea de los EE. UU. Está lanzando un proyecto piloto de "microrreactor" en Eielson AFB, en Alaska.

Como es habitual, la Fuerza Aérea juega sus cartas muy cerca del cofre. Hasta el 27 de octubre, la Oficina de Garantía de Energía (OEA) ni siquiera ha anunciado que han elegido una tecnología de reactor específica. Pero toda la evidencia sugiere que esta nueva instalación es parte de un esfuerzo de resiliencia energética conocido como Proyecto Pele. El objetivo del Proyecto Pele, según la oficina de Investigación e Ingeniería del Departamento de Defensa, es "diseñar, construir y demostrar un prototipo de reactor nuclear móvil en cinco años". Se han adjudicado tres contratos de desarrollo separados, con las presentaciones finales de diseño "maduro" por confirmar.

El Proyecto Pele tiene dos temas principales: el reactor debe ser 1) pequeño y 2) seguro. Lo que hemos aprendido de Chernobyl y Fukushima es que la falla del sistema de refrigeración puede tener consecuencias terribles y, en ambos casos, la falla de energía en el sistema de refrigeración es lo que permitió que el combustible se calentara tanto que entrara en fusión. El fracaso es simplemente inaceptable. Con la energía nuclear, también tenemos que considerar el calor de descomposición y la eliminación del combustible gastado. La imposibilidad de deshacerse de subproductos peligrosos se considera insegura. Peor aún, las mismas cosas que usamos para hacer el poder se pueden usar para fabricar armas. Pero los nuevos reactores de la IV Generación pueden promover la conversación.

Sin quedarme sin aliento, quiero hablar sobre uno de los tres diseños que probablemente se presenten en particular. Uno de los contratistas comerciales elegidos para presentar un diseño es un equipo doméstico llamado X-Energy, cuyos superiores provienen de la NASA y el Departamento de Energía de EE. UU. Su director ejecutivo, Jeffrey Sells, se desempeñó anteriormente como subsecretario de energía, y el fundador Kam Ghaffarian operaba un contratista de servicios de la NASA que apoyaba los antiguos sistemas de datos de operaciones de la misión en Goddard. El modelo X-energy es un reactor de lecho de guijarros refrigerado por gas de alta temperatura Gen IV. Utiliza gránulos de combustible TRISO o “guijarros” (TRISO significa combustible de partículas ISOtropic TRi-estructural) cargados en una columna que luego se inunda con un gas pesado no reactivo. Y todo es absolutamente diminuto: el sitio web de X-energy describe sus reactores no como sitios de construcción, sino como productos modulares, que se pueden enviar utilizando carreteras y ferrocarriles existentes.

El modelo de lecho de guijarros utilizado por X-Energy está claramente destinado a abordar específicamente muchos puntos de falla conocidos de la producción de energía nuclear. Aún está por verse si realmente cumple esa promesa, porque todo esto aún está en las etapas de planificación, pero los principios de diseño están ahí. Lo primero y peor es la fusión, que X-Energy está mitigando a través de la composición del propio combustible. Los guijarros TRISO están hechos de gránulos de oxicarburo de uranio del tamaño de semillas de amapola, recubiertos con grafito pirolítico e incrustados dentro de un cortafuegos de carburo de silicio. Todo es del tamaño de una bola blanca.

El carburo de silicio es lo que la NASA utiliza en el blindaje térmico de numerosas naves espaciales. Es un material duro, muy fuerte bajo presión y muy difícil de derretir. Los carburos no se funden ni se moldean como los metales normales, porque sus puntos de fusión son más altos que los de cualquier otro metal. En cambio, el oxicarburo de uranio se crea mediante sinterización por plasma de chispa. Los guijarros TRISO también se rigen pasivamente por un mecanismo de retroalimentación negativa que priva al combustible de neutrones a medida que aumenta la temperatura, independientemente de cualquier control activo o mecánico. Las temperaturas más altas significan una disminución del poder de reacción, impuesta por la naturaleza del material en sí. Es difícil tener un colapso si su combustible simplemente … no se derrite.

Las explosiones también presentan su propio conjunto de peligros, incluidas las partículas procedentes de la quema de material fisionable o el blindaje de grafito. En este diseño, la reacción se mantiene a temperaturas muy por encima del punto de recocido del grafito. Esto evita que la energía potencial perdida del bombardeo de neutrones se "atasque" en la red cristalina del grafito y eventualmente escape en una explosión incontrolada, que es lo que sucedió en el incendio de Windscale . El carbón pirolítico puede arder en el aire si también está en presencia de suficiente agua para catalizar la reacción, pero no hay un circuito de enfriamiento por agua que evite una explosión de vapor.

El uso de oxicarburo de uranio en lugar de óxido o carburo de uranio tiene por objeto reducir la estequiometría del oxígeno; los carburos son fuertes bajo presión pero no bajo expansión, por lo que el oxicarburo debería producir menos gas bajo descomposición. Eso significa que incluso si uno de los guijarros de carburo se rompe, asfixiado por el gas más pesado que el aire, no se incendiará. El refrigerante nunca sale de la fase gaseosa. El diseño se basa simplemente en colocar una masa crítica de material fisionable dentro de un recipiente de reacción refrigerado por gas, donde se volverá crítico por sí solo. Simplemente están sentados a un grupo de rompe mandíbulas enojados en el fondo de un tanque, donde se irritan unos a otros para producir energía. En lugar de apagar para reemplazar las barras de combustible, en los reactores de lecho de guijarros, a intervalos regulares se recoge un guijarro del fondo del contenedor por gravedad, se prueba y se recicla hasta la parte superior de la columna.

Míralo. Es el peor Gobstopper.

Una vez que esté en pleno funcionamiento, el reactor producirá entre uno y cinco megavatios. Eso es bastante pequeño para cualquier planta de energía, y más aún para una planta nuclear: las plantas nucleares a menudo se clasifican en cientos de megavatios o incluso en el rango de gigavatios. Con cinco megavatios, apenas borra un tercio del presupuesto energético bruto de la base de Eielson. Pero el micro-reactor no se está instalando para que pueda manejar el consumo de energía de la base. Esta es una prueba de concepto, tanto para un diseño de reactor que falla hacia la seguridad, como para una fuente portátil de energía radiante que no requiere un suministro constante de material externo.

Un punto débil serio que este reactor podría abordar es la forma en que las fuerzas armadas obtienen poder en el campo. Por ejemplo, en Irak y Afganistán, los militares utilizaron convoyes de combustible para transportar diésel a sus instalaciones, que funcionaban con generadores diésel. Pero los generadores son ruidosos, sucios, costosos y propensos a averías. También son un peligro para la salud humana: los generadores que queman combustible producen humos peligrosos y partículas superfinas. Además, los propios convoyes eran fruta madura para los ataques insurgentes. Todo esto requiere mantenimiento y mucha seguridad. Gran parte de la razón por la que se eligió a Eielson sobre cualquier otro sitio se debe a su dependencia de los combustibles fósiles que deben transportarse, como el carbón y el diésel. Las fuerzas armadas tienen un interés estratégico directo en desvincular sus operaciones de los combustibles derivados del petróleo, en la medida de lo posible.

Sin embargo, lo que beneficia a los militares a menudo termina mejorando también la vida de los civiles. Eielson AFB está a sólo unos ciento sesenta kilómetros al sur del Círculo Polar Ártico. Durante la temporada de calefacción, la base puede quemar 800 toneladas de carbón todos los días. Como gran parte de Alaska, está en deuda con las líneas de suministro de energía propensas a fallar exactamente cuando más se necesitan. La mayor parte del estado utiliza carbón o diesel para proporcionar electricidad y calefacción. Gran parte de Alaska también es accesible por barco o avión. Juneau ni siquiera tiene una carretera que la conecte con el mundo exterior, porque el terreno es muy poco cooperativo. Un punto de falla puede alinearse fácilmente con otro. La ubicación norteña de Eielson, junto con su inagotable necesidad de combustible, lo convierten en una excelente caja de arena (¿banco de nieve?) Para probar el microrreactor en el campo. Gran Alaska también está muy interesada: según el Anchorage Daily News, “un generador de energía rentable de 1 a 5 MW que no requiera reabastecimiento de combustible podría representar un cambio radical para la energía rural en nuestro estado, ya que ese rango cubre las necesidades de docenas de aldeas fuera del sistema de carreteras que actualmente tienen una de las energías más costosas del estado, y que son vulnerables a las averías del generador en pleno invierno, cuando las consecuencias pueden ser potencialmente mortales ".

La cuestión de la eliminación de residuos sigue sin resolverse. A pesar de que estos guijarros pueden ser brillantes y cromados, todavía incorporan aproximadamente la misma radiactividad por kilovatio hora que el combustible convencional gastado, simplemente se distribuye en un volumen mayor. Si bien esto hace que cualquier desperdicio generado sea hipotéticamente menos horrible de manejar, hay más y eso complica los ya múltiples problemas con el manejo y almacenamiento de desperdicios.

Los diseños finales se elegirán en el año fiscal 2022. A partir de ahí, el DOD quiere un reactor en funcionamiento para 2027.

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