Entorno nuclear RESERVAS DE URANIO y los factores económicos para su transformación en ELECTRICIDAD 1 Por José Raúl Ortiz Magaña, director general del ININ Uranio-235 natural Todos los escenarios, aún los más conservadores, indican que la demanda de electricidad en el mundo se duplicará en los próximos 25 años. En parte, esto es una consecuencia directa de la correlación U-235 1 g 76 350 0.4 13 barriles 1 barril 4.5 barriles 0.8 ml 2.8 ton 215 kg 1 tonelada 1.12 gr 2.5 millones de litros 192 mil litros 892 mil litros 1 litro que existe entre prosperidad y con- sumo de energía, particularmente cuando se trata de energía eléctrica. Así, la demanda de electricidad a nivel mundial en 2002 era de 14,275 gigawatts/hora. En los próximos años esta cifra se incrementará a 18,875 en 2010; 21,400 en 2015; 23,677 en 2020; hasta alcanzar los 26,018 gigawatts/hora en 2025. eléctrica en el mundo fueron principalmente cinco: el carbón, que generó un 40% del total; las hidroeléctricas, con 17%; el gas con un 15%; el combustóleo, con el 10%; y la nuclear, con una contribución del 16% de la electricidad mundial producida en los 443 reactores nucleares operando en la actualidad. El 2% restante corresponden a otras formas de generación, como el uso de la energía eólica. Tabla 1. Energía nuclear y fuentes fósiles Sin embargo, el crecimiento de dicha demanda estará condicionado por aspectos de tipo ambiental y económico, de manera que las modalidades de generación eléctrica con mayor grado de sustentabilidad, deberán ir reemplazando a las que se basan en combustibles fósiles. En la tabla 1 pueden observarse las equivalencias energéticas entre los combustibles más utilizados. En 2005, las fuentes para producir de energía U-235 Cantidad para producir 1000 MW(e) año (* incluye factores de eficiencia) 3.6 toneladas 15 millones de barriles 3 millones de toneladas 12 2 litros.4 x 10 Tabla 2. Energía nuclear y fuentes fósiles: capacidad de generación eléctrica 4 Contacto
Adicional a la información anterior, la tabla 2 muestra un comparativo de las cantidades requeridas por tipo de combustible para la generación de mil megawatts/año. Es en este marco y dadas las características de la energía nuclear (cero emisiones de gases invernadero durante la generación; emisiones equiparables con las de las llamadas fuentes renovables en otras fases de la cadena de generación; densidad de energía para alimentar cargas base; entre otras) esta opción se apunta como una de las que habrán de ser consideradas en los planes de expansión eléctrica para el mediano plazo. De hecho, algunos escenarios de previsión energética en el mundo ya postulan crecimientos de la capacidad nuclear instalada del orden del 70% o más. Para poder aprovechar el uranio y valorarlo como un recurso sustentable, deben considerarse factores como el ciclo de combustible nuclear y su situación actual en el mundo, los recursos disponibles, las capacidades tecnológicas y los aspectos económicos que impactan la generación de la nucleoelectricidad. Recursos disponibles Con base en las definiciones formales de recursos establecidas por la Agencia de Energía (AEN) de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), y avaladas por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), los recursos uraníferos pueden categorizarse en cuatro: a) Recursos Razonablemente Asegurados (RRA). Uranio que existe en depósitos minerales conocidos, de tamaño delineado; es susceptible de ser recuperado mediante las tecnologías de extracción y procesamiento ya probadas en la actualidad b) Recursos Adicionales Estimados Categoría I (RAE Categoría I (RAE-I). Uranio adicional al RRA, cuya existencia es inferida a partir de una evidencia geológica directa. Se encuentra en extensiones de depósitos geológicos bien explorados, o cuya continuidad geológica ha sido establecida. c) Recursos Adicionales Estimados Categoría II (RAE Categoría II (RAE-II). Uranio adicional al RAE-I que se espera exista en depósitos para los cuales la evidencia es principalmente indirecta. Se ubica en tendencias geológicas bien definidas o áreas de mineralización con depósitos conocidos. d) Recursos Especulativos. Uranio adicional al RAE-II que se piensa que existe sobre la base de una evidencia indirecta y extrapolaciones geológicas. Está en depósitos susceptibles de ser descubiertos con las técnicas de exploración existentes. También con base en las compilaciones de las dos organizaciones mencionadas, los recursos convencionales de uranio en el mundo son de 14.4 millones de toneladas. Pero también existen recursos no convencionales 1 Resumen de la conferencia del mismo nombre presentada en el Instituto de Investigaciones Económicas de la UNAM (19 y 20 de abril de 2006) durante el seminario internacional El resurgimiento de la energía nuclear: una opción para el cambio climático y para los países emergentes? Contacto 5
cuyo volumen extraíble asciende a 434.2 millones de toneladas que pueden obtenerse de fosfatos y de agua de mar. En una estimación de su duración al ritmo de consumo de 2005 y de acuerdo con las modalidades de utilización actuales de energía eléctrica, los recursos uraníferos convencionales y no convencionales serían suficientes para 6 mil 150 años. El ciclo del combustible nuclear El ciclo del combustible inicia con la extracción del mineral de uranio en forma de U 3 O 8 (óxido de uranio). Después se procesa para convertirlo en U 6 (hexafloururo de uranio); para esta conversión se disuelve el concentrado de uranio en ácido nítrico, filtrando y purificando la solución con solventes químicos. El U 6 se enriquece extrayendo el uranio-235 (U 235 ). Las figuras 3 y 4 ilustran dos procesos para el enriquecimiento del uranio: por difusión gaseosa y por centrifugación. igura 4. Enriquecimiento de uranio por centrifugación pequeñas pastillas que se colocarán en tubos (de zircaloy 2, por ejemplo) que, junto con otros similares, formarán los ensambles de combustible nuclear. Dichos combustibles se instalan en los núcleos de los reactores de las planta nucleoeléctricas con el propósito de lograr la fisión nuclear. Una vez enriquecido el uranio, se fabrican Los combustibles gastados son trasladados a una planta de reprocesamiento en la que se recupera una parte del combustible para, posteriormente, ser llevado nuevamente a la nucleoeléctrica, o bien, se trasladan a un repositorio para su almacenamiento. Aspectos económicos igura 3. Enriquecimiento de uranio por difusión gaseosa En los últimos años, los precios del uranio a nivel mundial han experimentado un incremento considerable, como se muestra en la gráfica 5. 6 Contacto
Gráfica 5. Evolución del precio del uranio The Ux Consulting Company, LLC; en http://www.uxc.com/ No obstante, el costo total de la generación de energía eléctrica no se afecta notablemente pues como se ve en la figura 6, el costo del combustible es del 20% y en él se incluyen la fabricación, el enriquecimiento, y la conversión, con lo que el incremento afecta sólo el 5% del costo de generación. México demuestran la viabilidad financiera de la generación nucleoeléctrica con respecto a otras modalidades energéticas. Por ejemplo, en un estudio comparativo realizado en el ININ sobre algunas variables de las distintas fuentes de energía se utilizaron los siguientes datos: Operación y mantenimiento Tipo igura 6. Distribución del costo de generación Estudios económicos realizados recientemente en el mundo, así como uno realizado en Costo del USD/MBTU Costo de operación y mantenimieto (USD/MWh) Costo de inversión (USD/kWe) 4.44 (1) 5.20 (2) 7.00 (3) 1.78 2.77 4.75 450 1000 Tiempo de Construcción (años) 2 4 Vida útil (años) 25 40 actor de Capacidad (%) 80 80 Potencia Eléctrica ( MWe) 560 700 6.80 USD/MWh 7.83 1200 (Bajo) 1400 (Medio) 1600 (Alto) 5 40 90 1350 Tabla 7. Estudio realizado en México (supuestos) Contacto 7
Lo anterior arroja los siguientes resultados, en términos del costo nivelado de generación en dólares por MWh: Se observa en la tabla 8 que en todos los casos el costo nivelado utilizando una fuente nuclear es menor al alcanzado utilizando como fuente carbón o gas. Opción enegética Tasa de descuento 5 % 8 % 10% 12% 1 38.45 40.21 41.51 2 43.69 45.45 46.75 3 56.09 57.84 59.15 35.07 40.43 44.41 bajo 25.38 30.82 35.01 medio 27.13 33.48 38.37 alto 28.89 36.14 41.73 Tabla 8. Costo nivelado de generación (en USD/MWh) inalmente, es necesario considerar otras modalidades tecnológicas que hasta el momento sólo se han utilizado de ma- 43.19 nera incipiente, como el aprovechamiento del torio. El torio- 48.42 232 es un material fértil, ya que 60.82 produce uranio-233 (U 233 ) -físilal absorber neutrones lentos. 49.53 Combinado en cierto tipo de reactores con materiales físiles, 39.62 puede dar lugar a un ciclo de 43.74 cría de U 233, para alimentar otro tipo de reactor, formando así 47.87 un ciclo cerrado. Además, el torio es 3 veces más abundante en la corteza terrestre que el uranio y sería más resistente a la proliferación. Conclusiones La disponibilidad del combustible nuclear está razonablemente asegurada con las tecnologías existentes. Considerando las tecnologías futuras se dispondría de combustible nuclear por miles de años. El precio del combustible ha experimentado en años recientes un aumento considerable. Sin embargo, el impacto en el costo del kw/h generado no es determinante para el empleo de la energía nuclear. Si se incluye al torio, la disponibilidad se incrementa aún más. 8 Contacto