Esta entrada de blog explica por qué la tecnología de descontaminación se considera el paso más crítico en el proceso de desmantelamiento de centrales nucleares antiguas. Examina los principios de la eliminación de la radiación y los desafíos técnicos que conlleva, describiendo las condiciones esenciales para un desmantelamiento seguro.
El 19 de junio de 2017, la Unidad 1 de la Central Nuclear de Kori, en Corea del Sur, cesó definitivamente sus operaciones. Tras 40 años de funcionamiento, la Unidad 1 de Gori sufrió múltiples incidentes, incluyendo un apagón total en febrero de 2012. Estos casos constituyeron una prueba clave que respaldaba el argumento a favor del cierre y desmantelamiento de las centrales nucleares envejecidas. Con las operaciones detenidas, la Unidad 1 de Gori entra ahora en el proceso de desmantelamiento, que durará al menos 30 años hasta su restauración. El desmantelamiento de una central nuclear se refiere al proceso de gestión segura y económica de diversos tipos de instalaciones nucleares que han llegado al final de su vida útil. Dado que el trabajo debe realizarse en condiciones que implican exposición a la radiación, el desmantelamiento nuclear requiere tecnología que integre múltiples disciplinas, como la química, la ingeniería de radiación y la ingeniería mecánica. Esta entrada del blog pretende explicar las estrategias y los procesos del desmantelamiento nuclear, así como el futuro de la tecnología de desmantelamiento nuclear.
Las estrategias de desmantelamiento de centrales nucleares se determinan en función de variables técnicas y políticas regionales. Se clasifican, en general, en desmantelamiento inmediato y desmantelamiento diferido, según el período de espera antes de que comience el desmantelamiento. El desmantelamiento inmediato implica esperar hasta que los niveles de radiación en los edificios y el emplazamiento desciendan por debajo de un umbral determinado antes de proceder al desmantelamiento. Esta estrategia permite el desmantelamiento en un plazo relativamente corto de unos 15 años y facilita la restauración ambiental posterior. Sin embargo, se critica su alto riesgo de exposición a la radiación, ya que los trabajos deben continuar mientras persista cierta radiactividad, y por generar grandes cantidades de residuos radiactivos. Por el contrario, el desmantelamiento diferido implica esperar hasta que los materiales radiactivos se desintegren de forma natural antes de proceder al desmantelamiento. La gestión de la instalación mientras se espera la desintegración del material radiactivo requiere aproximadamente 60 años, mientras que el sellado de la instalación con estructuras de hormigón requiere más de 100 años. Si bien el proceso de descontaminación a largo plazo reduce los riesgos de exposición a la radiación y la generación de residuos, presenta limitaciones: altos costos de gestión continua y dificultades para la restauración ambiental y la reutilización del emplazamiento tras el desmantelamiento.
El desmantelamiento de una central nuclear consta de seis etapas: parada, preparación para el desmantelamiento, descontaminación, desmantelamiento, eliminación de residuos y restauración ambiental. Los procesos principales son la descontaminación y el desmantelamiento, que eliminan la radiación del interior de la central. La descontaminación es una tecnología que elimina selectivamente solo las partes contaminadas con radiación; la cantidad de residuos radiactivos puede reducirse según la tecnología de descontaminación aplicada. Los principales objetivos de descontaminación incluyen las tuberías de agua de refrigeración envejecidas y la delgada y dura película de óxido, de varios micrómetros (μm) de espesor, que se forma en la superficie del combustible nuclear gastado. Esta película de óxido contiene diversos contaminantes, incluido el cobalto radiactivo que se filtra del combustible nuclear. Para eliminar este material, difícil de eliminar directamente para humanos o máquinas, se han desarrollado diversas tecnologías de descontaminación. Los métodos representativos incluyen la inyección alternada de soluciones que contienen agentes reductores y oxidantes para limpiar recipientes y tuberías, o la pulverización de agua a alta presión dentro de la instalación para la ablación de superficies. También se están realizando investigaciones para mejorar la eficiencia de la descontaminación mediante el uso de soluciones de descontaminación en forma de espuma, que tienen una superficie mayor que los líquidos.
El desmantelamiento es el proceso de cortar y desmantelar toda la instalación tras la descontaminación. El elemento más complejo de este proceso es el combustible nuclear gastado. Los reactores son difíciles de descontaminar por completo, y el propio combustible nuclear emite una fuerte radiación, lo que crea un entorno en el que los trabajadores humanos no pueden realizar las tareas de desmantelamiento directamente. Por lo tanto, los brazos robóticos sustituyen a los trabajadores humanos en el desmantelamiento. Los trabajadores abren la tapa del reactor, insertan un brazo robótico conectado a una grúa y la sellan. El brazo robótico corta con precisión solo las secciones contaminadas, las coloca en contenedores y, una vez finalizado el trabajo, las transporta a una planta de procesamiento de residuos radiactivos. Los robots para el desmantelamiento de centrales nucleares deben operar de forma estable en condiciones adversas, como la exposición a la radiación, y dado que manipulan materiales radiactivos, las capacidades de control remoto de precisión son esenciales. En Corea, el Instituto de Investigación de Energía Atómica de Corea (KAERI) está desarrollando un robot de corte para el desmantelamiento de la Unidad 1 de la Central Nuclear de Gori, mientras que el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) también ha anunciado planes para desarrollar robots para el desmantelamiento nuclear. En particular, el robot que está desarrollando KAERI está diseñado para realizar inspecciones de reactores durante el funcionamiento de la planta y, en la fase de desmantelamiento, estar equipado con brazos capaces de cortar y soldar.
La eliminación de los residuos radiactivos que quedan tras el desmantelamiento es otro reto crítico. Los residuos radiactivos se clasifican como de bajo o alto nivel según su concentración de radiactividad. Los residuos de bajo nivel pueden compactarse, solidificarse en cemento y enterrarse a varios metros bajo tierra. Sin embargo, el problema reside en los residuos radiactivos de alto nivel. La mayoría de estos residuos consisten en residuos sólidos vitrificados generados durante el reprocesamiento del combustible gastado. La tecnología para su eliminación completa aún no se ha desarrollado. El método más realista consiste en enterrar los residuos en formaciones geológicas profundas, al menos a 300 metros bajo tierra, e instalar muros de hormigón para bloquear las fugas de radiación. Sin embargo, esto tampoco se considera una solución completa debido a problemas como la falta de criterios adecuados para la selección de los lugares de eliminación.
Los residuos radiactivos no se limitan a los sólidos. Como se observó en el accidente nuclear de Fukushima, también se pueden generar grandes volúmenes de agua contaminada que contiene materiales radiactivos. En Fukushima, operan plantas de purificación que separan las sustancias radiactivas haciendo pasar el agua contaminada a través de zeolita altamente absorbente. Sin embargo, este método no elimina las sustancias radiactivas; en cambio, las acumula en los filtros o vías fluviales de la planta, lo que finalmente genera nuevos residuos radiactivos. En 2017, el Instituto de Investigación de Energía Atómica de Corea desarrolló una tecnología para purificar agua contaminada radiactiva mediante microorganismos. Esta tecnología consiste en introducir microorganismos resistentes a la radiación en el agua contaminada. Mediante reacciones de sulfuración biológica, convierte el cesio radiactivo en forma cristalina y lo precipita. Se considera una tecnología respetuosa con el medio ambiente porque elimina eficazmente el cesio, que generalmente es difícil de precipitar, sin generar residuos adicionales.
Según el Centro de Seguridad e Información Nuclear, la vida útil operativa de 12 reactores nucleares coreanos, incluida la Unidad 1 de Gori, está programada para expirar en 2030. A medida que aumenta el número de reactores antiguos, la demanda y la necesidad de tecnología de desmantelamiento nuclear crecerán significativamente. No solo Corea, sino también países con gran dependencia de la energía nuclear como Francia, el Reino Unido y los EE. UU. se enfrentan a cargas cada vez mayores debido al envejecimiento de los reactores. Sin embargo, a diferencia de Corea, donde la base institucional aún no está completamente establecida, estos países ya han desarrollado políticas y tecnologías para el desmantelamiento nuclear. Los modelos representativos incluyen el enfoque liderado por el gobierno (Francia, Reino Unido), donde el gobierno encabeza los proyectos de desmantelamiento, y el enfoque liderado por el sector privado (EE. UU., Alemania), donde las empresas privadas lideran el desmantelamiento mientras que el gobierno maneja la regulación, la gestión y la supervisión.
El desarrollo de tecnología para el desmantelamiento nuclear no es nada sencillo; requiere la integración compleja de tecnologías de diversos campos y un proceso gradual a lo largo de décadas. Para desmantelar de forma segura las antiguas centrales nucleares de Corea y, además, contribuir a la solución del desafío global del desmantelamiento nuclear, es esencial el desarrollo continuo y la inversión en esta tecnología.
