Si la energía nuclear debe considerarse una forma de energía renovable es un tema de debate continuo. Las definiciones legales de energía renovable generalmente excluyen muchas tecnologías actuales de energía nuclear, con la notable excepción del estado de Utah . [1] Las definiciones de las tecnologías de energía renovable obtenidas en diccionarios a menudo omiten o excluyen explícitamente la mención de las fuentes de energía nuclear, con una excepción para el calor de desintegración nuclear natural generado dentro de la Tierra . [2] [3]
El combustible más común utilizado en las centrales eléctricas de fisión nuclear convencionales , el uranio-235 es "no renovable" según la Administración de Información de Energía ; sin embargo, la organización no dice nada sobre el combustible MOX reciclado . [3] De manera similar, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable no menciona la energía nuclear en su definición de "conceptos básicos de energía". [4]
En 1987, la Comisión Brundtland (WCED) clasificó los reactores de fisión que producen más combustible nuclear fisible del que consumen ( reactores reproductores y, si se desarrolla, energía de fusión ) entre las fuentes de energía renovables convencionales, como la energía solar y la energía hidroeléctrica . [5] El Instituto Americano del Petróleo no considera la fisión nuclear convencional renovable, pero considera que el combustible nuclear de los reactores reproductores es renovable y sostenible, y mientras que la fisión convencional conduce a corrientes de desechos que siguen siendo una preocupación durante milenios, los desechos del combustible gastado reciclado de manera eficiente requieren más período de supervisión de almacenamiento limitado de unos mil años. [6] [7] [8] El seguimiento y almacenamiento de productos de desecho radiactivo también se requiere en el uso de otras fuentes de energía renovable, como la energía geotérmica. [9]
Definiciones de energía renovable
Los flujos de energía renovable involucran fenómenos naturales, que con la excepción de la energía de las mareas , en última instancia obtienen su energía del sol (un reactor de fusión natural ) o de la energía geotérmica , que es el calor derivado en gran parte del que se genera en la tierra a partir del desintegración de isótopos radiactivos , como explica la Agencia Internacional de Energía : [10]
La energía renovable se deriva de procesos naturales que se reponen constantemente. En sus diversas formas, se deriva directamente del sol o del calor generado en las profundidades de la tierra. En la definición se incluyen la electricidad y el calor generados a partir de la luz solar , el viento , los océanos , la energía hidroeléctrica , la biomasa , los recursos geotérmicos y los biocombustibles e hidrógeno derivados de recursos renovables.
Los recursos de energía renovable existen en amplias áreas geográficas, en contraste con otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. [10]
En ISO 13602-1: 2002, un recurso renovable se define como "un recurso natural para el cual la relación entre la creación del recurso natural y la producción de ese recurso de la naturaleza a la tecnosfera es igual o mayor que uno".
Fisión convencional, reactores reproductores como renovables
Los reactores de fisión nuclear son un fenómeno energético natural, que se formaron naturalmente en la tierra en el pasado; por ejemplo, en la década de 1970 se descubrió un reactor de fisión nuclear natural que funcionó durante miles de años en la actual Oklo Gabón . Funcionó durante unos cientos de miles de años, con un promedio de 100 kW de potencia térmica durante ese tiempo. [11] [12]
Las centrales de fisión nuclear convencionales, fabricadas por humanos, utilizan en gran medida uranio, un metal común que se encuentra en el agua de mar y en las rocas de todo el mundo, [13] como su principal fuente de combustible. El uranio-235 "quemado" en reactores convencionales, sin reciclaje de combustible , es un recurso no renovable y, si se usa a las tasas actuales, eventualmente se agotaría .
Esto también es algo similar a la situación con una fuente renovable comúnmente clasificada, la energía geotérmica , una forma de energía derivada de la desintegración nuclear natural del suministro grande, pero no obstante finito, de uranio, torio y potasio-40 presente dentro de la corteza terrestre. y debido al proceso de desintegración nuclear , esta fuente de energía renovable también eventualmente se quedará sin combustible. Como también lo hará el Sol , y se agotará . [14] [15]
La fisión nuclear que involucra reactores reproductores , un reactor que genera más combustible fisible del que consumen y, por lo tanto, tiene una tasa de reproducción para el combustible fisible superior a 1, tiene, por lo tanto, un argumento más sólido para ser considerado un recurso renovable que los reactores de fisión convencionales. Los reactores reproductores repondrían constantemente el suministro disponible de combustible nuclear convirtiendo materiales fértiles , como uranio-238 y torio , en isótopos fisionables de plutonio o uranio-233 , respectivamente. Los materiales fértiles tampoco son renovables, pero su suministro en la Tierra es extremadamente grande, con una línea de tiempo de suministro mayor que la energía geotérmica . En un ciclo de combustible nuclear cerrado que utiliza reactores reproductores, el combustible nuclear podría, por tanto, considerarse renovable.
En 1983, el físico Bernard Cohen afirmó que los reactores reproductores rápidos , alimentados exclusivamente con uranio natural extraído del agua de mar , podrían suministrar energía al menos durante el tiempo de vida restante esperado del sol de cinco mil millones de años. [16] Esto se basó en cálculos que involucran los ciclos geológicos de erosión, subducción y levantamiento, lo que llevó a los humanos a consumir la mitad del uranio total en la corteza terrestre a una tasa de uso anual de 6500 toneladas / año, que fue suficiente para producir aproximadamente 10 veces el consumo mundial de electricidad en 1983 , y reduciría la concentración de uranio en los mares en un 25%, lo que resultaría en un aumento en el precio del uranio de menos del 25%. [16] [17]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/25/Uranium_enrichment_proportions.svg/200px-Uranium_enrichment_proportions.svg.png)
Los avances en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Alabama , como se publicó en una edición de 2012 de la American Chemical Society , hacia la extracción de uranio del agua de mar se han centrado en aumentar la biodegradabilidad del proceso y reducir el costo proyectado del metal si fue extraído del mar a escala industrial. Las mejoras de los investigadores incluyen el uso de esteras de quitina de caparazón de camarón electrohiladas que son más efectivas para absorber uranio en comparación con el método japonés que estableció un récord anterior de usar redes plásticas de amidoxima . [19] [20] [21] [22] [23] [24] En 2013, solo unos pocos kilogramos (imagen disponible) de uranio se habían extraído del océano en programas piloto y también se cree que el uranio extraído en una escala industrial del agua de mar se repondría constantemente del uranio lixiviado del fondo del océano, manteniendo la concentración de agua de mar a un nivel estable. [25] En 2014, con los avances logrados en la eficiencia de la extracción de uranio en agua de mar, un artículo de la revista Marine Science & Engineering sugiere que, con los reactores de agua ligera como objetivo, el proceso sería económicamente competitivo si se implementara a gran escala. escala . [26] En 2016, el esfuerzo global en el campo de la investigación fue objeto de un número especial en la revista Industrial & Engineering Chemistry Research . [27] [28]
En 1987, la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (WCED), una organización independiente de las Naciones Unidas pero creada por ellas , publicó Nuestro futuro común , en el que se clasificaron un subconjunto particular de las tecnologías de fisión nuclear que operan actualmente y la fusión nuclear . como renovable. Es decir, los reactores de fisión que producen más combustible fisible del que consumen, los reactores reproductores , y cuando se desarrolla, la energía de fusión , se clasifican en la misma categoría que las fuentes de energía renovables convencionales, como la solar y la caída de agua . [5]
Actualmente, a partir de 2014, solo 2 reactores reproductores están produciendo cantidades industriales de electricidad, el BN-600 y el BN-800 . El reactor francés Phénix retirado también demostró una tasa de reproducción superior a una y funcionó durante ~ 30 años, produciendo energía cuando se publicó Nuestro futuro común en 1987.
Para cumplir con las condiciones requeridas para un concepto de energía nuclear renovable, uno tiene que explorar una combinación de procesos que van desde el extremo inicial del ciclo del combustible nuclear hasta la producción de combustible y la conversión de energía utilizando combustibles fluidos y reactores específicos, según lo informado por Degueldre et al (2019). [29] La extracción de uranio de un mineral fluido diluido como el agua de mar se ha estudiado en varios países de todo el mundo. Esta extracción debe realizarse con parsimonia, como sugiere Degueldre (2017). [30] Una tasa de extracción de kilotones de U por año durante siglos no modificaría significativamente la concentración de equilibrio de uranio en los océanos (3.3 ppb). Este equilibrio resulta de la entrada de 10 kilotoneladas de U por año por las aguas de los ríos y su barrido en el fondo del mar a partir de las 1,37 exatones de agua en los océanos. [31] Para una extracción de uranio renovable, se sugiere el uso de un material de biomasa específico para adsorber uranio y posteriormente otros metales de transición. La carga de uranio en la biomasa rondaría los 100 mg por kg. Después del tiempo de contacto, el material cargado se secaría y se quemaría (CO2 neutro) con conversión de calor en electricidad, por ejemplo, [32] La 'combustión' de uranio en un reactor rápido de sales fundidas ayuda a optimizar la conversión de energía quemando todos los isótopos de actínidos con un excelente rendimiento para producir la máxima cantidad de energía térmica a partir de la fisión y convertirla en electricidad. Esta optimización se puede lograr reduciendo la moderación y la concentración del producto de fisión en el combustible líquido / refrigerante. Estos efectos se pueden lograr usando una cantidad máxima de actínidos y una cantidad mínima de elementos alcalinos / alcalinotérreos produciendo un espectro de neutrones más duro. En estas condiciones óptimas, el consumo de uranio natural sería de 7 toneladas por año y por gigavatio (GW) de electricidad producida.eg [33] El acoplamiento de la extracción de uranio del mar y su utilización óptima en un reactor rápido de sales fundidas debería permitir energía para ganar la etiqueta renovable. Además, la cantidad de agua de mar utilizada por una central nuclear para enfriar el último líquido refrigerante y la turbina sería de ∼2,1 giga toneladas por año para un reactor de sal fundida rápida, lo que corresponde a 7 toneladas de uranio natural extraíble por año. Esta práctica justifica la etiqueta renovable. [34] [ referencia circular ]
Suministro de combustible de fusión
Si se desarrolla, la energía de fusión proporcionaría más energía para un peso determinado de combustible que cualquier fuente de energía que consuma combustible actualmente en uso, [35] y el combustible en sí (principalmente deuterio ) existe en abundancia en el océano de la Tierra: aproximadamente 1 en 6500 Los átomos de hidrógeno (H) en el agua de mar (H 2 O) son deuterio en forma de ( agua semipesada ). [36] Aunque esto puede parecer una proporción baja (alrededor del 0,015%), debido a que las reacciones de fusión nuclear son mucho más energéticas que la combustión química y el agua de mar es más fácil de acceder y más abundante que los combustibles fósiles, la fusión podría suplir potencialmente las necesidades energéticas del mundo para Millones de años. [37] [38]
En el ciclo del combustible de fusión deuterio + litio , 60 millones de años es la vida útil estimada del suministro de esta energía de fusión , si es posible extraer todo el litio del agua de mar , asumiendo el consumo energético mundial actual (2004) . [39] Mientras que en el segundo ciclo de combustible de energía de fusión más fácil, la quema de deuterio + deuterio , asumiendo que todo el deuterio en el agua de mar fue extraído y usado, hay un estimado de 150 mil millones de años de combustible, con esto nuevamente, asumiendo actual (2004) consumo energético mundial. [39]
Legislación en los Estados Unidos
Si la energía nuclear se clasificara como energía renovable (o como energía baja en carbono), el apoyo gubernamental adicional estaría disponible en más jurisdicciones, y las empresas de servicios públicos podrían incluir la energía nuclear en su esfuerzo por cumplir con el estándar de cartera renovable (RES). [ cita requerida ]
En 2009, el estado de Utah aprobó la "Ley de desarrollo de energía renovable", que en parte definía la energía nuclear como una forma de energía renovable. [1]
Ver también
- Emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de las fuentes de energía
- Recurso no renovable # Combustible nuclear
- Turba : un combustible clasificado de diversas maneras como "renovable lentamente" por el IPCC o como combustible fósil no renovable por la CMNUCC.
- uranio pico
- Debate sobre la energía nuclear
- Fusión nuclear
Referencias
- ^ a b Proyecto de ley 430 de la Cámara de Representantes de Utah, sesión 198
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Las principales fuentes de energía de hoy son principalmente no renovables: gas natural, petróleo, carbón, turba y energía nuclear convencional. También hay fuentes renovables, que incluyen madera, plantas, estiércol, agua que cae, fuentes geotérmicas, energía solar, mareomotriz, eólica y de las olas, así como la fuerza de los músculos humanos y animales. Los reactores nucleares que producen su propio combustible ('generadores') y eventualmente los reactores de fusión también se encuentran en esta categoría.
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