Estados Unidos reingresa al mercado del combustible nuclear

 (spectrum.ieee.org)
1 puntos por GN⁺ 2023-11-16 | 1 comentarios | Compartir por WhatsApp
  • Las 93 centrales nucleares actuales de Estados Unidos usan unas 2,000 toneladas de combustible de uranio al año, pero para comercializar los reactores de próxima generación será necesario asegurar HALEU, cuya producción a escala comercial hoy está concentrada en Rusia
  • Centrus Energy entregó al Departamento de Energía de EE. UU. el primer lote de HALEU producido en su planta de Piketon, Ohio, reanudando la producción comercial de combustible nuclear en territorio estadounidense por primera vez en 70 años
  • El HALEU tiene una concentración de U-235 cercana al 20%, superior al ~5% del uranio poco enriquecido convencional, pero inferior al 90% o más del uranio de grado armamentístico, por lo que sigue clasificado como bajo enriquecimiento
  • Nueve de los diez reactores avanzados seleccionados por el Advanced Reactor Demonstration Program del Departamento de Energía de EE. UU. utilizan HALEU, y la inversión pública estimada es de unos 600 millones de dólares
  • Se estima que Estados Unidos necesitará más de 40 toneladas de HALEU antes de 2030, y el plan de compra de unas 25 toneladas al año para crear demanda industrial inicial se perfila como clave para construir la cadena de suministro

Primer suministro de HALEU de Centrus

  • Centrus Energy, con sede en Bethesda, Maryland, entregó al Departamento de Energía de EE. UU. el primer lote de HALEU producido en su planta de Piketon, Ohio
  • Este lote es visto como el punto de partida de la producción comercial nacional de combustible nuclear reanudada en Estados Unidos después de 70 años
  • La producción inicial aún es pequeña y aumentará por etapas
    • Para finales de 2023 se prevé producir 20 kg
    • En 2024 se espera una producción de 900 kg
  • Actualmente, Centrus opera una cascada compuesta por 16 centrifugadoras
  • Para una producción a escala comercial será necesario construir varias cascadas, cada una con 120 centrifugadoras

Por qué los reactores de próxima generación requieren HALEU

  • Las 93 centrales nucleares actualmente en operación en Estados Unidos consumen unas 2,000 toneladas de combustible de uranio al año
  • El uranio poco enriquecido para reactores convencionales difícilmente podrá cumplir con los requisitos de algunos reactores avanzados que entrarán en operación en el futuro
  • El HALEU permite una mayor densidad de potencia en los reactores de próxima generación
    • Núcleos más pequeños
    • Mayor vida útil del núcleo
    • Menos residuos de combustible
  • Según Centrus, la energía contenida en 3 cucharadas de HALEU podría abastecer el consumo eléctrico de por vida de un consumidor promedio en Estados Unidos

Método de enriquecimiento de uranio y elección tecnológica

  • En el uranio natural, la proporción de U-235 capaz de sostener una reacción nuclear en cadena es inferior al 1%
  • Los reactores actuales usan LEU con una concentración de U-235 cercana al 5%
  • El HALEU es un combustible cuya concentración de U-235 se eleva hasta alrededor de 19.75%
  • El antiguo método de difusión gaseosa se usó en el Manhattan Project y en el sector de reactores comerciales, pero dejó de preferirse por su enorme consumo de energía
  • Centrus y la empresa estatal rusa Tenex producen HALEU mediante centrifugación de gas
    • Se parte de uranio enriquecido al 5% en forma gaseosa
    • Se hace girar a gran velocidad dentro de centrifugadoras tubulares de cuatro pisos de altura
    • El U-238, más pesado, es empujado hacia las paredes y el U-235 queda más concentrado en el interior
    • El gas pasa por una cascada de centrifugadoras y se enriquece gradualmente hasta alcanzar la concentración objetivo
  • El enriquecimiento por láser se menciona como una tecnología prometedora, pero aún está en una etapa temprana de desarrollo
    • El Departamento de Energía de EE. UU. sigue de cerca a Global Laser Enrichment, en Wilmington, Carolina del Norte

Reactores que usan HALEU y los que no

  • No todos los reactores de próxima generación requieren HALEU
  • Algunos reactores modulares pequeños en desarrollo por GE y Westinghouse usan agua como refrigerante y óxido de uranio como combustible, y buscan operar con combustible LEU estándar
  • El HALEU se vuelve necesario en reactores avanzados que emplean refrigerantes y combustibles más innovadores y apuntan a núcleos muy pequeños
    • El reactor rápido refrigerado por sodio de TerraPower
    • El reactor de gas de alta temperatura de X-energy
    • El reactor de alta temperatura refrigerado por sales fluoradas de Kairos Power

Perspectivas de demanda y cuellos de botella de suministro

  • El Departamento de Energía de EE. UU. estima que el país necesitará más de 40 toneladas de HALEU antes de 2030
  • A los fabricantes de reactores avanzados aún les faltan varios años para poner en marcha núcleos reales
  • TerraPower, respaldada por Bill Gates, anunció que retrasará en 2 años la demostración de su reactor Natrium debido a la escasez de HALEU
  • Centrus tiene un memorando de entendimiento con TerraPower, pero todavía no existe un contrato formal de compra

Otros posibles proveedores y plan de compras del gobierno

  • Urenco está evaluando producir HALEU en su instalación de enriquecimiento en Nuevo México
    • La empresa es copropiedad del gobierno británico, el gobierno neerlandés y empresas de servicios públicos alemanas
    • Actualmente produce LEU
  • BWXT anunció en agosto de 2023 que producirá 2 toneladas de HALEU durante los próximos cinco años para la National Nuclear Security Administration
  • El Departamento de Energía de EE. UU. planea comprar unas 25 toneladas de HALEU al año para poner en marcha la industria y ofrecer contratos estables a los productores
  • Dado el número de reactores avanzados que buscan comercializarse en el futuro, asegurar el suministro de HALEU para evitar una mayor dependencia del combustible nuclear ruso sigue siendo un punto clave de la estrategia nuclear estadounidense

Lecturas relacionadas

1 comentarios

 
GN⁺ 2023-11-16
Opiniones de Hacker News

  • Decir que Estados Unidos depende de Rusia para la mayor parte de su combustible nuclear necesita el contexto importante de que el programa Megatons to Megawatts alteró el mercado del combustible nuclear durante 10 años
    Centrus, mencionada en el artículo de IEEE, en ese entonces se llamaba US Enrichment Corporation y estuvo a cargo del lado estadounidense de ese intercambio
    El programa logró el desarme nuclear equivalente a 20,008 ojivas nucleares, pero en la práctica hizo “dumping” de combustible y sacó del mercado a los operadores de centrífugas
    https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program
    https://www.centrusenergy.com/who-we-are/history/megatons-to...

    • Si vamos más atrás, están los accidentes de Chernóbil y Three Mile Island. La percepción de que, cuando la energía nuclear sale mal, sale realmente muy mal quedó profundamente instalada en la psicología colectiva
      Eso marcó el clima sobre hasta dónde Estados Unidos impulsaría la energía nuclear y, aunque en conjunto pudiera ser una solución mejor, la gente no quería apoyarla mientras fuera políticamente demasiado fácil liquidarla. En el libro de Jack Welch, "Straight from the Gut", también se cuenta que GE vio el cambio de tendencia y pasó de desarrollar centrales nucleares a enfocarse en servicios para centrales, y que esa decisión resultó acertada
      Esta ola que nos llevó a aceptar que hay que aprender a domar a la bestia de la fisión nuclear es realmente prometedora. Porque sus ventajas superan sus desventajas
      https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident
    • La razón por la que Estados Unidos depende de Rusia para el combustible nuclear es que el gobierno estadounidense aprobó la venta de una parte considerable de sus minas de uranio a una organización respaldada por el Estado ruso, a través de empresas fantasma
      https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_One

  • No es que Estados Unidos haya estado fuera del “juego del combustible nuclear”. Hay instalaciones comerciales de enriquecimiento, incluida URENCO en Nevada, que abastecen de combustible a las plantas nucleares existentes y a nuevos diseños convencionales como el AP-1000
    Este comunicado de prensa trata sobre uranio de bajo enriquecimiento y alto ensayo (HALEU), que todavía no usan muchos reactores
    NuScale iba a usar este combustible, pero ese proyecto fue cancelado hace unas semanas por problemas de costos. Se están discutiendo varios reactores avanzados, pero no sé si hoy exista realmente algún reactor que necesite este combustible. Podría haber alguno fuera de Estados Unidos
    Según los criterios de la NRC, el uranio natural tiene alrededor de 0.7% de U-235, y el combustible tradicional para reactores se enriquece a 3–5%. El HALEU tiene 5–20% de U-235, y el grado armamentístico ronda el 90%

    • El reactor de NuScale no iba a usar HALEU, sino uranio enriquecido al 4.95%
      https://www.nuscalepower.com/-/media/nuscale/pdf/fact-sheets...
    • Los reactores de agua ligera comunes también pueden usar HALEU, y eso podría mejorar su economía al reducir los periodos de parada para recarga de combustible
      TerraPower, de la que Bill Gates es uno de los cofundadores, también quiere usar HALEU como combustible para su reactor Natrium dentro de esta década
    • Es extraño que se gasten billones de dólares en defensa, pero ni siquiera 100,000 millones de dólares en un proyecto estilo Manhattan para encontrar mejores diseños de fisión nuclear que resuelvan todos los problemas energéticos y el calentamiento global
      Hasta que la densidad energética de las baterías sea 10 a 20 veces la actual, la solar y la eólica siempre serán fuentes de segunda línea frente a la generación tradicional y la nuclear

  • Si los números del artículo son correctos, ¿en 2024 el Departamento de Energía comprará 0.9 toneladas al único productor estadounidense, y las 24.1 toneladas restantes a Rusia?

    • ¿El artículo insinuó que comprarán algo a Rusia?
      Los reactores existentes no usan este combustible. Es un combustible cuya producción se está ampliando para nuevos reactores que todavía no se han construido
    • ¿Hay que entender que la estructura vuelve a crecer en 2025?

  • ¿Estados Unidos tiene 93 reactores? Estoy con Greta. Vamos con nuclear

    • Sí. Producen aproximadamente 20% de la electricidad de Estados Unidos y cerca de 50% de la electricidad baja en carbono
      https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_St...
    • Yo estoy del lado de las centrales nucleares de cuarta generación. Creo que esa distinción es importante
      Ej.: https://www.energy.gov/ne/articles/3-advanced-reactor-system...
    • Greta no está a favor de la energía nuclear. La mayoría de los ambientalistas tampoco
    • El mayor problema de las centrales nucleares es que tardan demasiado en construirse. Estados Unidos estuvo prácticamente detenido durante más de 30 años, quedó rezagado, y es difícil que entren en operación lo suficientemente rápido como para cumplir los objetivos climáticos
      Por eso también se necesitan otros medios más rápidos y, al mismo tiempo, construir centrales nucleares que respalden la carga base
    • ¿De dónde van a sacar el mineral de uranio para operar este proyecto? ¿Dónde hay mineral de uranio de alta ley con el que se puedan fabricar de forma económica las aproximadamente 200 toneladas de barras de combustible que necesita cada año una central nuclear de 1 GW?
      Si el mineral contiene 0.1% de uranio, se necesitan 1,000 toneladas de mineral para obtener 1 tonelada de uranio. El costo energético de obtener esa tonelada también es alto, y los residuos son enormes. Un reactor de 1 GW necesita 200 toneladas por año, así que en mineral son 200,000 toneladas anuales
      En comparación, una central eléctrica de carbón de 1 GW tiene que alimentarse con 3 a 4 millones de toneladas de carbón cada año. El contenido energético del carbón varía un poco según la combustión con oxígeno
      ¿Y cuántas toneladas por año necesita un sistema solar/eólico/con almacenamiento que entregue 1 GW de forma estable las 24 horas? Está el problema del reemplazo de baterías, pero pueden hacer el cálculo directamente

  • Otra dependencia no deseada de Rusia es el combustible terminado para reactores de diseño ruso. Por suerte, varios países han empezado a encargarle a Westinghouse la producción de combustible alternativo, aunque me parece que por ahora solo aplica a un diseño, el VVER-440

  • Al leer la frase “los reactores avanzados que entrarán en operación en los próximos años no tienen suficiente combustible de uranio convencional”, quizá pensaste, como yo: “¿no habían cancelado eso la semana pasada?”
    https://news.ycombinator.com/item?id=38199061
    Pero lo que se canceló fue el reactor de NuScale, y TerraPower parece seguir adelante. Tal vez tenga que ver con la riqueza excepcional de su fundador
    https://abcnews.go.com/Technology/bill-gates-future-nuclear-...
    También parece haber encontrado una forma de atraer más financiamiento de multimillonarios
    https://www.theguardian.com/us-news/2021/jun/03/bill-gates-w...
    Siento que en alguna parte se esconde el meme de “el héroe que merecemos”

  • Tomando las cifras de que la empresa producirá 20 kg de HALEU para fin de año y 900 kg en 2024, junto con la afirmación de que 3 cucharadas de HALEU pueden abastecer de electricidad de por vida a un consumidor estadounidense promedio, el cálculo da que 20 kg equivalen a un año de consumo de 1,867 consumidores estadounidenses, y 900 kg a unas 84,000 personas. Parece un buen comienzo
    https://www.wolframalpha.com/input?i=20+kg+%2F+%28%283+table...

    • Si es para toda la vida de 85,000 personas, no está mal. Ese cálculo incluye 79 años
      En términos de un año, son 6.7 millones de personas. Solo 16 estados tienen más población que eso
      Se ve bien. Si queríamos una situación mejor, deberíamos haber empezado hace 50 años, pero empezar ahora también está bien

  • Depender de países enemigos para armas es tan tonto como que ellos dependan de países enemigos para alimentos

    • La dependencia casi nunca es un asunto que termine solo con la decisión final
      El costo y el plazo previo necesarios para la independencia son importantes en las consideraciones estratégicas

  • Artículo relacionado: https://www.eurasiantimes.com/nuclear-champions-us-lags-behi...