Rosatom forma una base de materia prima para cerrar el ciclo del combustible nuclear mediante la defluorización del hexafluoruro de uranio empobrecido. El óxido de uranio generado se acumula para su posterior uso en el ciclo cerrado del combustible nuclear. El cierre del ciclo hará que la producción de energía nuclear esté prácticamente libre de residuos. Y gracias al uso repetido de la misma cantidad de uranio, la energía nuclear podría clasificarse como una fuente de energía renovable.
Trabajar en pares
«El principal reto al que se enfrenta la industria nuclear mundial es el cierre del ciclo del combustible nuclear y, de esa manera, la superación de los problemas de eliminación del combustible nuclear gastado. Si tenemos éxito en esta tarea, la energía nuclear será esencialmente renovable y no dejará prácticamente ningún residuo. Al menos no habría más residuos que los que quedan al final de la vida útil de un panel solar. Esto es exactamente lo que todo el mundo espera de la próxima y cuarta generación de reactores: ellos podrán quemar el uranio extraído del combustible gastado», afirma Andrey Rozhdestvin, Director del Centro Regional de Europa Occidental de Rosatom.
La línea estratégica de Rosatom es cerrar el ciclo del combustible nuclear mediante un sistema de generación de energía de dos componentes en el que los reactores de neutrones térmicos («convencionales») y los de neutrones rápidos trabajarán en conexión tecnológica.
Los reactores convencionales funcionan con combustible en el cual el tenor de isótopos de uranio 235 es ligeramente inferior al 5%. Se trata de uranio enriquecido, ya que el contenido de uranio 235 en la naturaleza es sólo del 0,7%. El resto es uranio-238.
Una mezcla de uranio empobrecido (véase a más adelante) y elementos radiactivos derivados del combustible irradiado en los reactores de potencia (combustible MOX) puede servir de combustible para los reactores rápidos.
Ya se está trabajando en la generación de energía de dos componentes. Los primeros 18 conjuntos de montaje de combustible MOX en serie fueron cargados en el reactor BN-800, en enero de 2020. En enero de este año, se cargaron otros 160 conjuntos de montaje de combustibles en el núcleo del reactor. Ahora, el núcleo del reactor BN-800 está lleno en un tercio de combustible MOX. El núcleo estará totalmente cargado de combustible MOX en 2022.
Según los expertos, debido al reciclaje del combustible gastado y a la fabricación de nuevos conjuntos de montaje de combustible con una nueva mezcla de uranio y plutonio, la cantidad de energía potencialmente disponible de uranio natural se multiplicará aproximadamente por 100.
Valioso hexafluoruro de uranio empobrecido
El hexafluoruro de uranio empobrecido está compuesto, casi en su totalidad, por isótopos de uranio-238, que permanece tras la separación del uranio-235 durante el proceso de enriquecimiento. Debido al hecho de que «permanece», se lo considera un «residuo» y, a menudo, es tratado injustamente de forma negativa. Sin embargo, el hexfluoruro de uranio no es un residuo, sino una materia prima valiosa.
En primer lugar, la tecnología está avanzando, por lo que ahora el hexafluoruro de uranio ya se puede enriquecer, es decir, se pueden extraer porciones adicionales de uranio-235 del uranio empobrecido. Antes, esto tenía un costo altísimo o tecnológicamente imposible. Rosatom también provee servicios de enriquecimiento de uranio empobrecido a empresas extranjeras.
En segundo lugar, el hexafluoruro de uranio divide en óxido de uranio empobrecido y ácido fluorhídrico. El óxido de uranio empobrecido se utiliza en la creación de la composición del combustible MOX para los reactores de neutrones rápidos. Y el ácido fluorhídrico es devuelto a un nuevo ciclo de enriquecimiento de uranio natural o se utiliza para producir fluoruro de hidrógeno anhidro a partir de él y se vende a empresas químicas. La desfluorización (desconversión) también es interesante porque el óxido de uranio es más conveniente y más seguro de almacenar: de hecho, es un paso atrás en el óxido nitroso, sólo que sin uranio-235.
La desconversión se lleva a cabo en empresas del Reino Unido, Estados Unidos y Francia (véase «Plantas de desfluorización de uranio»).
Rosatom trabaja en la desfluorización del uranio empobrecido desde 2009. En Zelenogorsk (Krai de Krasnoyarsk), la Planta Electroquímica (parte de TVEL, la división de combustibles de Rosatom) ha puesto en marcha una planta de procesamiento de hexafluoruro de uranio empobrecido con una capacidad de 10 mil toneladas al año. Se trata de casi todo el volumen de hexafluoruro de uranio empobrecido obtenido en la CCE durante el enriquecimiento del uranio. El fabricante de la unidad es la francesa Orano (Cogema, en aquella época). En 10 años de funcionamiento, la primera instalación de cogeneración de calor y electricidad, ha procesado más de 100 mil toneladas de hexafluoruro de uranio empobrecido.
La empresa de combustible de Rosatom, TVEL, está llevando a cabo otros dos proyectos de desfluorización. En la Planta Electroquímica de los Urales, en Novouralsk (región de Sverdlovsk), se prevé poner en marcha dos líneas de producción con una capacidad de 10 mil toneladas de hexafluoruro de uranio empobrecido al año, cada una. Desde agosto de 2020, el proyecto está en fase de elaboración: estudios de ingeniería, viabilidad de la inversión, etc.
En la Planta Electroquímica se están realizando trabajos de construcción e instalación para producir una segunda línea de producción para desfluorización con una capacidad de 10 mil toneladas al año. La misma también será ejecutada por Orano. De acuerdo con el plan está previsto que la línea se ponga en marcha en 2023.
Actualmente, las empresas de Rosatom han acumulado cerca de 1,2 millones de toneladas de hexafluoruro de uranio empobrecido. La puesta en marcha de nuevas líneas en ambas empresas permitirá eliminar gradualmente los volúmenes acumulados de hexafluoruro de uranio empobrecido. Probablemente, hasta 2057.
«La implementación del concepto de ciclo cerrado de combustible nuclear ayudará a resolver una serie de tareas críticas. En primer lugar, multiplicar la base de materias primas de la industria nuclear. En segundo lugar, reutilizar el combustible nuclear gastado en lugar de almacenarlo. En tercer lugar, participar en el ciclo del combustible nuclear y reciclar las reservas de hexafluoruro de uranio empobrecidos almacenadas. Además, el desarrollo de tecnologías de reciclaje en la industria nuclear cumple plenamente uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU: «El consumo y la producción responsables», destacó Alexander Ugryumov, Vicepresidente de Investigación y Desarrollo de TVEL.
La empresa de combustible de Rosatom – TVEL
Una de las mayores proveedoras de combustible nuclear del mundo. TVEL es una proveedora monopólica de combustible nuclear para todas las centrales nucleares rusas y todos los navíos y reactores de investigación del país. Los productos de la empresa son enviados a 15 países, es decir, a uno de cada seis reactores de potencia del mundo.
Plantas de desfluorización de uranio
(de acuerdo con la Asociación Nuclear Mundial, en septiembre de 2020)
