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TECNOLOGÍA. Reactores de sales fundidas, ¿el futuro en la producción "LIMPIA" de energía?

 


Construidos y operados por primera vez en la década de 1960, los reactores de sales fundidas son una tecnología energética interesante y prometedora. Hay una variedad de diseños diferentes para estos reactores, en esencia, todos utilizan principalmente sales de fluoruro fundidas mantenidas a baja presión que hacen las veces de refrigerante para el reactor .

Si bien los reactores de sales fundidas se desarrollaron inicialmente hace unos 60 años, cayeron del centro de atención debido a su corrosividad, y la inversión en otros tipos de energía parecía más lucrativa en ese momento. Hoy en día, el interés en los reactores de sales fundidas está reviviendo como una alternativa a las fuentes de energía nucleares estándar y basadas en carbono.

Existe una gran cantidad de diseños diferentes para reactores de sales fundidas (del inglés "Molten Salt Reactors, MSR). Generalmente utilizan un combustible fundido que es una mezcla de sales de fluoruro de litio y berilio disueltas en fluoruros de uranio enriquecidos, en  lugar del combustible sólido que se usa en la mayoría de los reactores. El núcleo del reactor utiliza grafito para dirigir el flujo de la sal a una temperatura de alrededor de 700 grados Celsius. El calor producido por el combustible se utiliza luego para producir vapor para el reactor que alimenta las turbinas que generan electricidad.

Uno de los MSR más comentados es el Reactor de torio de fluoruro líquido (LFTR), que utiliza  torio  y uranio disueltos en una sal de fluoruro. Para comprender esto con mayor detalle y por qué este diseño de combustible disuelto en sales es beneficioso, examinemos las capacidades de producción de energía del MSR.

La producción de energía de los reactores de sales fundidas

Una forma de medir la capacidad de producción de energía de un proceso dado es mediante el uso de la métrica ERoEI , también conocida como energía devuelta sobre la energía invertida. En esencia, esta es una relación entre la energía que podemos obtener de algo y la cantidad de energía que tenemos que poner en el sistema para obtenerla. 

Los paneles solares tienen un ERoEI de aproximadamente 10, lo que significa que recupera 10 veces la cantidad de energía que se invierte. Para los combustibles fósiles como el carbón, ese número está entre 18 y 43. Pero ¿qué pasa con los reactores de sales fundidas? Su ERoEI se estima en aproximadamente 1200.


Un esquema describe las diferentes aplicaciones de calor posibles para el reactor integral de sales fundidas, un nuevo diseño de Terrestrial Energy. Fuente:  Terrestrial Energy / Wikimedia

La producción de energía de un reactor de sales fundidas es significativa y muy eficiente, lo que constituye un fuerte argumento para el uso de estos tipos de reactores. 

Pero el ERoEI no es la única forma en que podemos ver los beneficios de una fuente de energía en particular. También puede servir para ver cuánta materia prima se necesita para producir una cantidad determinada de energía. En comparación con el carbón, todavía hay poca competencia. Para producir un gigavatio-año de electricidad, una planta de carbón necesitaría procesar más de quinientos setenta kilómetros de trenes llenos de carbón, mientras que un reactor de sal fundida requiere solo 1000 kilogramos de combustible, que generalmente es torio o uranio.

Sin embargo, con cualquier rama de la producción de energía nuclear generalmente no todo son ventajas, considerando el daño ambiental potencial y el problema de la eliminación de residuos nucleares que debe resolverse.

Ilustración de la compañía que muestra una gama de opciones de energía para su reactor rápido de sal de cloruro fundido. ELYSIUM TECHNOLOGIES



Los desechos de los reactores de sales fundidas

Los reactores de sales fundidas son en realidad uno de los mejores diseños de centrales eléctricas en términos de generación de residuos, incluso en comparación con las centrales eléctricas tradicionales de carbón. Cuando se quema carbón para la producción de energía, se produce una cantidad significativa de ceniza. Las plantas de carbón también producen una cantidad significativa de dióxido de carbono como subproducto. 

En comparación con los reactores de sales fundidas, las centrales de carbón son significativamente menos eficientes. Los MSR producen aproximadamente 1 tonelada de residuos por cada gigavatio año de electricidad. En comparación, una central de carbón genera aproximadamente 9 millones de toneladas de dióxido de carbono para la misma cantidad de energía producida.

Sin embargo, cabe señalar que existe una diferencia cualitativa en los tipos de residuos. Los desechos de los reactores de sales fundidas son radiactivos y deben almacenarse durante un mínimo de 300 años antes de que puedan volver a ser liberados. 


Un esquema del núcleo de un reactor de sal fundida. Fuente:  Terrestrial Energy Inc./Wikimedia

Los reactores de sales fundidas son solo una variante altamente eficiente de las centrales nucleares tradicionales y, últimamente, la energía nuclear se ha convertido en una fuente de energía más segura. La comparación con los reactores nucleares tradicionales hace que la eficiencia de los MSR sea mucho más clara. Como se mencionó anteriormente, un MSR típico requiere alrededor de 1000 kilogramos de combustible de sal por gigavatio año de electricidad producida. Un reactor nuclear de combustible sólido tradicional  requiere alrededor de 250 toneladas de uranio enriquecido para hacer el mismo trabajo, y gran parte de los desechos deben almacenarse durante más de 100.000 años antes de que puedan volver a liberarse.

La cantidad significativa de desechos de los reactores nucleares modernos es un problema, pero los reactores de sales fundidas representan una solución potencial

Muchos diseños de MSR también permiten que gran parte de los desechos de los reactores tradicionales se utilicen como combustible. Esto también se hace de manera eficiente, ya que los desechos de un año de un reactor normal podrían alimentar un MSR durante aproximadamente 250 años. La eficiencia de estos reactores de sales fundidas es clara, es más, también resultan ser alternativas relativamente más seguras a la energía nuclear tradicional.

Los MSR son seguros

Las palabras más temidas en torno a la energía nuclear son "fusión nuclear". Los reactores nucleares convencionales de combustible sólido pueden correr el riesgo de fundirse si la reacción nuclear en cadena del núcleo no se controla correctamente. Dado que los reactores de sales fundidas tienen un núcleo que ya está derretido, básicamente no hay riesgo de derretimiento. 

Quizás lo más importante, debido a que los núcleos del MSR no están bajo presión, la explosión no es un riesgo potencial. El hecho de que los MSR puedan funcionar bajo presión atmosférica significa que  una fuga en un tubo no da como resultado automáticamente la expulsión de un montón de combustible y refrigerante. Esta es una gran ventaja de seguridad que permite la eliminación pasiva del calor de descomposición, esto evitaría eventos como Fukushima. Esto también significa que no requiere un área de contención costosa para tales escenarios.

Los reactores de sales fundidas podrían ser el futuro de la energía verde libre de carbono y su funcionamiento ya cuesta menos que las centrales eléctricas de carbón. 

La mejor manera de pensar en cómo funciona un MSR es pensar en él como una olla que contiene líquidos calientes y viscososA través de reacciones nucleares en esos fluidos, la olla se calienta, por sí sola. Si hace correr agua alrededor de esa olla, se convierte en vapor, produciendo electricidad, pero esto también enfría la olla. Sin embargo, a medida que la olla se enfría, los núcleos de los átomos en el fluido viscoso del interior, las sales, se acercan, lo que hace que el ritmo de la reacción nuclear se acelere, produciendo más calor más rápido. Es un sistema autorregulado. Esto significa que los MSR son relativamente fáciles de operar y, a menudo, no requieren barras de control para guiar las reacciones nucleares. 

Después del inicio de la fisión en el reactor de sal fundida, los productos de fisión nocivos se unen automáticamente a la sal fundida, eliminando estos peligrosos subproductos de forma segura. La energía nuclear convencional no maneja las cosas de esta manera. 

También hay una precaución de seguridad final en estos reactores. En el fondo de la "olla" que contiene la sal fundida, hay un tubo de drenaje para la sal. En circunstancias normales, hay un ventilador eléctrico que enfría y solidifica la sal para crear un tapón de sal sólido, lo que evita que el resto de la sal fluya por la tubería. Si fallara la electricidad o si algo más fallara, el ventilador se apaga automáticamente. Luego, el tapón se derrite y la sal fundida se escurre por la tubería hacia tanques grandes. El calor de la sal fundida luego se disipa por toda la tierra mientras está en esos tanques a través de convección natural, una forma relativamente segura de lidiar con el problema.


Terrestrial Energy USA y el Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) han comenzado las pruebas detalladas de la sal de combustible de la planta de energía nuclear avanzada del Reactor Integral de Sal Fundida (IMSR ® ) Generación IV.


Además de prevenir la fusión, la otra métrica de seguridad principal que debe considerarse con los reactores nucleares es la probabilidad de que el combustible sea robado y utilizado para fabricar bombas nucleares y otros dispositivos por parte de malos actores. Los sitios de energía nuclear convencionales requieren una cantidad significativa de combustible sólido almacenada en el propio emplazamiento para mantener los reactores operativos. 

Los reactores de sales fundidas (MSR) requieren reabastecimiento de combustible de manera muy esporádica, lo que significa que en la mayoría de los casos estos reactores no requieren que se almacene ningún exceso de combustible en el sitio, lo que disminuye la probabilidad de que este combustible nuclear llegue a las manos equivocadas. 

Si bien la energía nuclear no es la panacea de las energías renovables, los reactores de sales fundidas brindan suficientes beneficios con pocos compromisos como para servir potencialmente como el método de producción de energía libre de carbono del futuro, junto con las demás energías renovables tradicionales. 


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