Presentación beca: la energía nuclear

La energía nuclear: una energía eficiente, de bajo impacto ambiental y que no genera gases de efecto invernadero. ¿Debería ser reconsiderada y fomentada?

Guillermo Alonso Galicia 4ºESO C

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Índice

1. Introducción

5. Mapas y gráficas

8. Conclusiones propias

2. ¿Qué es la energía nuclear? Energía de fusión y de fisión

6. Principales accidentes nucleares

9. Posibles soluciones

7. ¿Por qué puede ser una solución energética frente a nuestros problemas ambientales y climáticos?

10. Bibliografía

3. ¿Cómo funcionan las centrales nucleares?

4. Beneficios y perjuicios

1. Introducción

Razones

1. Fuente de energía que satisface la demanda energética de la sociedad en el presente y tiene multitud de ventajas. No obstante, el pensamiento general de la población considera esta fuente de energía nociva y peligrosa para el ser humano.
2. Su importancia en el sistema eléctrico español.
3. El hecho de que las centrales nucleares precisan de una tecnología punta que genera conocimiento cietífico y empleo cualificado.
4. El desarrollo de la tecnología de fusión nuclear podría convertirla en la fuente energética del futuro.

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Objetivo: argumentar razonadamente sobre el potencial de la energía nuclear y así desmentir los prejuicios que la rodean.

2. ¿Qué es la energía nuclear? Energía de fusión y de fisión

• La energía nuclear es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que se puede dividir un elemento químico manteniendo sus propiedades.

• Partículas subatómicas que componen el núcleo: protones y neutrones. Fuerzas nucleares y energía de enlace en el núcleo atómico.
• Defecto másico y obtención de energía nuclear en forma de una gran cantidad de energía calorífica y radiación.

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2. ¿Qué es la energía nuclear? Energía de fusión y de fisión

Dos tipos de reacciones nucleares para la obtención de energía

• Fusión nuclear: reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando partículas y energía en el proceso. Ejemplo: el Sol. Dos procesos en desarrollo: Fusión por Confinamiento Inercial (FCI) y la Fusión por Confinamiento Magnético (FCM).
• Fisión nuclear: reacción en la que el núcleo de un átomo pesado, al capturar un neutrón incidente, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, llamados productos de fisión, emitiendo en el proceso neutrones, rayos gamma y grandes cantidades de energía. Utilizada en las centrales nucleares. Reacción de fisión en cadena. Condiciones concretas: geometría y masa crítica.

Fuente: Funcionamiento central nuclear, 2021

3. ¿Cómo funcionan las centrales nucleares?

Una central nuclear es una instalación industrial que genera electricidad a partir de la energía nuclear. Forma parte de la familia de las centrales termoeléctricas, lo que implica que utiliza el calor para generar la energía eléctrica. Este calor proviene de la fisión de materiales como el uranio y el plutonio.

Funcionamiento

1. El reactor es el componenente principal de una central donde se encuentra el combustible nuclear. En su interior se inician, mantienen y detienen reacciones nucleares de fisión que liberan grandes cantidades de energía térmica.
2. La energía térmica producida se utiliza para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta presión y temperatura.
3. El vapor hace girar una turbina que está conectada a un generador que transforma la energía mecánica del giro de la turbina en energía eléctrica, lista para su utilización industrial.
4. Cuando el vapor de agua supera la turbina, es enviado a un condensador donde se enfría y recupera su estado líquido. De esta manera, el agua se reutiliza constantemente en un circuito cerrado.

3. ¿Cómo funcionan las centrales nucleares?

Elementos principales de un reactor

• Combustible: Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio. Es la fuente de generación de calor.
• Moderador: Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la fisión, manteniendo la reacción. Agua, agua pesada, helio, grafito o sodio metálico.

• Elementos de control: Permiten controlar en todo momento la población de neutrones y mantener estable el reactor.
• Refrigerante: Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se utilizan refrigerantes líquidos como el agua, el agua pesada.
• Blindaje: Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Por lo general, se utiliza hormigón, acero o plomo. Edificio de contención.
• Elementos de seguridad: Todas las centrales nucleares disponen de múltiples sistemas de seguridad para evitar que se libere radiactividad al exterior. Edificio de contención y torres de refrigeración.

Fuente: Funcionamiento central nuclear, 2021

3. ¿Cómo funcionan las centrales nucleares?

El reactor de agua ligera es el más frecuente y utilizado alrededor del mundo. Existen dos categorías.

Reactor de agua a presión (Pressurized-Water Reactor, PWR)

Reactor de agua en ebullición (Boiling Water Reactor, BWR)

Fuente: Nuclear Energy, s. f.

Fuente: J. 2015. BWR –. Acelerando la Ciencia.

4. Beneficios y perjuicios

Beneficios

• No genera gases de efecto invernadero
• Es una fuente de energía potente y eficiente
• Es uniforme
• Coste de funcionamiento bajo
• Bajo impacto ambiental y espacio reducido para generar energía
• Contribuye al desarrollo tecnológico

Fuente: Foro nuclear, 2020

Perjuicios

• Los accidentes nucleares tienen graves consecuencias
• La gestión de los residuos nucleares
• Instalaciones con fecha de caducidad
• Inversión inicial elevada
• Recursos limitados

5. Mapas y gráficas

Reactores nucleares en el mundo

Centrales nucleares en España

Fuente: Compare Infobase ltd, 2021

Fuente: Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico - Centrales Nucleares en España, s. f.

5. Mapas y gráficas

Producción eléctrica en España en 2020. Energía nuclear líder

Fuente: Infografías archivo. (2020). Foro Nuclear.

6. Principales accidentes nucleares

Chernóbil (Ucrania, 26 de abril de 1986)

Three Mile Island (EEUU, 28 de marzo de 1979)

Fukushima (Japón, 11 de marzo de 2011).

• Calificado nivel 7 según la escala INES (nivel máximo)
• Causas: combinación de un mal diseño de la central nuclear, junto con los errores producidos por los operadores de la misma. El objetivo era realizar una prueba de seguridad. Los operadores no estaban suficientement entrenados. Asimismo, no existía un sistema independiente de inspección en la URRS y el reactor tipo RBMK era extremadamente peligroso e inestable.
• Consecuencias: según la OIEA y la OMS, 4000 muertes podrían ser originadas por la radiación. Impacto psicológico. Fundación por las compañías eléctricas de la Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO).

• Calificado nivel 7 según la escala INES.
• Causas: un terremoto de 8,9 grados en la escala Richter cerca de la costa noroeste de Japón. Tsunami de 14 metros de altura, el tsunami del Tōhoku.
• Consecuencias: el tsunami inundó las seis unidades, situadas en la orilla del mar, dañando la red eléctrica y los generadores de emergencia, impidiendo el funcionamiento de los sistemas de refrigeración. A consecuencia de la deficiente refrigeración de los reactores, la central nuclear sufrió varias explosiones. Fusión del núcleo de los reactores 1, 2 y 3. Evacuación de los habitantes en un radio de 20 km, que luego fue aumentado a 40km.

• Calificado nivel 5 según la escala INES (International Nuclear Event Scale)
• Causas: desconexión circuito encargado del suministro de agua a las turbinas de vapor. El sobrecalentamiento producido en el núcleo del reactor. Fallos del ingeniero responsable.
• Consecuencias: el agua contaminada inundó el edificio de contención. Liberación liberaron gases radiactivos a la atmósfera (xenón y kriptón). Grandes cantidades de agua con baja contaminación radioactiva acabaron en el río. Según la NRC, no hubo muertos ni aumentó el número de enfermedades. Dos millones de personas estuvieron expuestas al bajo nivel de radiación.

7. ¿Por qué puede ser una solución energética frente a nuestros problemas ambientales y climáticos?

• Es una fuente libre de CO2 y otros gases de efecto invernadero.
• Es una fuente siempre disponible capaz de suministrar grandes cantidades de electricidad.
• El sistema eléctrico español y el de muchos otros países necesitan la continuidad de la operación del parque nuclear para cumplir con los objetivos medioambientales y mantener la energía eléctrica de respaldo necesaria para garantizar un suministro continuo y libre de emisiones.
• La Agencia Internacional de la Energía (AIE) y los objetivos del Acuerdo de París.
• El parque nuclear español evita cada año la emisión a la atmósfera de más de 30 millones de toneladas de CO2, cifra equivalente a retirar de la circulación la mitad del parque automovilístico español.
• La producción de origen nuclear ha representado en los últimos años entre el 35% y el 40% de la electricidad libre de emisiones generada en el conjunto de nuestro sistema eléctrico, convirtiéndose así en la tecnología que más ayuda a frenar las emisiones contaminantes.

8. Conclusiones propias

1. La energía nuclear es segura, eficiente y tiene una gran capacidad de producción.
2. Existen soluciones frente a los inconvenientes de la energía nuclear que son posibles gracias a la investigación y el desarrollo de la tecnología.
3. En la actualidad es evidente la compatibilidad de la energía nuclear y las fuentes de energía renovables, con el fin de resolver nuestros problemas climáticos, ambientales y de consumo energético.

Conclusión principal: la energía nuclear es una pieza clave para conseguir el futuro libre de emisiones, respetuoso con nuestro planeta y próspero que buscamos. Asimismo, este sector industrial puede generar muchos puestos de trabajo altamente cualificados, al ser un campo abierto a la investigación.

9. Posibles soluciones

1. Con la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías nucleares se podrán desarrollar reactores más eficaces y seguros que empleen cantidades más pequeñas de isótopos fisionables.
2. Las prometedoras tecnologías de la fusión nuclear abren la puerta a un futuro en el que se dispondrá de una energía prácticamente ilimitada, la misma que se genera en el Sol.
3. La creación de reactores nucleares más sofisticados permite reutilizar los residuos de mayor actividad nuclear con el fin de disminuir su radiactividad y aprovechar la energía que todavía conservan.
4. La necesidad de fomentar el avance tecnológico de la industria nuclear y mejorar su imagen de cara a la opinión pública. Ofrecer un programa de educación relacionado con la energía nuclear para favorecer el interés de la población joven y, así, crear vocaciones científicas y tecnológicas en este campo del conocimiento en escuelas, institutos y universidades.

Fuente: (2017, 13 enero). ¿Qué es un átomo? okdiario.com.

10. Bibliografía

• BBC News Mundo. (2019, 21 septiembre). Three Mile Island: cómo fue el mayor accidente nuclear en la historia de EE.UU. y por qué se cerró 40 años después la planta donde ocurrió. https://www.bbc.com/mundo/noticias-internacional-49763206
• Chernóbil, ¿cómo fue el accidente? (2020, 17 junio). Foro Nuclear. https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/preguntas-y-respuestas/sobre-proteccion-radiologica-y-radiacion/chernobil-como-fue-el-accidente/
• Energía libre de emisiones. (2020, 3 junio). Foro Nuclear. https://www.foronuclear.org/valores-del-sector/energia-libre-de-emisiones/
• Planas, O. (2019, marzo 20). Accidente nuclear de Fukushima, Japón. Causas y consecuencias. https://energia-nuclear.net/accidentes-nucleares/fukushima
• Planas, O. (2019, mayo 2). Accidente nuclear de Three Mile Island, Estados Unidos. https://energia-nuclear.net/accidentes-nucleares/three-mile-island.
• ¿Qué es la radioactividad? Funcionamiento central nuclear. (2021). https://www.fundacionendesa.org/es/centrales-electricas-convencionales/a201908-que-es-la-radioactividad. https://www.fundacionendesa.org/es/centrales-electricas-convencionales/a201908-que-es-la-radioactividad
• Centrales nucleares en España - CSN. (s. f.). https://www.csn.es/centrales-nucleares-de-espana.
• Hurricane, O., Callahan, D., Casey, D. et al. Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion. Nature 506, 343–348 (2014). https://doi.org/10.1038/nature13008
• Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico - Centrales Nucleares en España. (s. f.). https://energia.gob.es/nuclear/Centrales/Espana/Paginas/CentralesEspana.aspx
• El relevante papel de la energía nuclear contra el cambio climático (diciembre 2019). Issuu. https://issuu.com/foronuclear/docs/el_relevante_papel_de_la_energ_a_nuclear_contra_el
• ¿Puede ser la energía nuclear una solución al calentamiento global? (2021, 11 marzo). [Vídeo]. RTVE.es. https://www.rtve.es/m/alacarta/videos/telediario/puede-ser-energia-nuclear-solucion-calentamiento-global/5816386/
• Planas, O. (2020, 11 junio). Ventajas y desventajas de la energía nuclear. Pros y contras. https://energia-nuclear.net/que-es-la-energia-nuclear/ventajas-inconvenientes-energia-nuclear
• Eléctrica, E. E. P. D. L. E. |. E. P. D. L. E. C. I. D. S. E. (2021, 5 abril). Sama Bilbao y León (WNA): «El papel de la energía nuclear es indispensable para estabilizar la red eléctrica a. El papel de la energía nuclear. https://elperiodicodelaenergia.com/sama-bilbao-y-leon-wna-el-papel-de-la-energia-nuclear-es-indispensable-para-estabilizar-la-red-electrica-a-nivel-mundial/amp/
• (2017, 13 enero). ¿Qué es un átomo? okdiario.com. https://okdiario.com/curiosidades/que-atomo-definicion-estructura-601498
• Interestingengineering, 2021-Instagram Video de Instagram de Interesting Engineering: "Could nuclear be a viable source of clean and sustainable energy? Let’s explore. ⚡🌿 Find out more information at the link in bio 🚀…"
• Interestingengineering, 2021-Instagram Interesting Engineering en Instagram: “Nuclear waste can be extremely harmful to humans, so it should be stored safely. But how? ⚛🛢 Find out more information at the link in bio…”
• Nuclear, O. (2018, 29 septiembre). Derribando el mito de los 40 años de vida de una central nuclear: vida útil frente a vida de diseño. Xataka. https://www.xataka.com/energia/derribando-mito-40-anos-vida-central-nuclear-vida-util-frente-a-vida-diseno

Muchas gracias