Residuos radiactivos para nuestros herederos

1999/11/01 Plazaola, Fernando Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
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En la actualidad gran parte de la energía eléctrica se obtiene a través de la energía nuclear. En algunos estados occidentales, Francia, Finlandia, Suecia, Suiza... más del 50% de la electricidad procede de centrales nucleares. Además, algunos de los estados mencionados no tienen ninguna tradición militar.

Al igual que la mayoría de las cosas, la energía nuclear tiene sus ventajas e inconvenientes, pero en este trabajo no se discutirá la necesidad de utilizar o desechar la energía nuclear, se hablará de los residuos radiactivos que se generan en las reacciones nucleares de fisión, especialmente en las actuales centrales nucleares. Está claro, sin duda, que, tanto desde el punto de vista de las centrales nucleares como de las centrales nucleares, el problema de los residuos nucleares es grave. No sólo por los residuos nucleares que se pueden generar, sino porque los generados hasta ahora ya se han convertido en un problema. Aquí se analizará el problema de los residuos nucleares.

El residuo radiactivo, o nuclear, es una materia constituida por átomos inestables que se convierten en átomos estables emitiendo radiación ionizante (radiación alfa, beta o gamma) sin uso práctico. Los residuos nucleares se subdividen, pero la clasificación estatal cambia. La siguiente figura es la utilizada en Estados Unidos:

1. Residuos de alta actividad (HLW, High Level Waste). Entre estos residuos se encuentran los productos de fisión procedentes de reacciones nucleares de fisión. Estos se encuentran en elementos químicos situados entre 1-65 y 81-96 y en algunos casos en los isótopos de cada elemento químico. Los productos de estas reacciones de fisión son más de 200. Una vez agotado el alimento se lleva a reprocesar desde varias centrales, como la francesa de La Hague, para obtener plutonio y uranio enriquecido, de forma que pueda ser reutilizado en centrales nucleares y/o explosivos nucleares. En el reprocesamiento los residuos de fisión aparecen mezclados con residuos de alta toxicidad química, que también son residuos de este tipo. Fuera de las centrales nucleares comerciales, sin olvidar Francia y el Reino Unido, especialmente en EEUU y la antigua Unión Soviética, durante años la industria de armas nucleares ha generado numerosos residuos de gran actividad.
2. Residuos Transuránicos (TRU, TRansUranic waste). Esta sección de residuos se utiliza únicamente en EEUU. En el Reino Unido, por su parte, se define una categoría de media actividad para considerar estos residuos, aunque este nombre no es muy apropiado en algunos Estados que definen cosas diferentes mediante este nombre. El número atómico de los residuos de esta categoría debe ser superior a 92 y además la actividad por gramo de residuo debe superar los 100 nanocuries. Estos residuos suelen ser alfa-emisores y pueden tener una vida muy larga, en algunos casos millones de años. Muchos de estos residuos se generan en el procesamiento y reprocesamiento del plutonio para armas nucleares y del uranio enriquecido.
3. Residuos de baja actividad (LLW, Low Level Waste). Este tipo de residuos está constituido por los residuos de radioisótopos utilizados en medicina nuclear, laboratorios de investigación, industrias diversas (papeleras, siderúrgicas...). También se incluyen algunos productos utilizados en centrales nucleares (filtros, equipos contaminados, ropa, etc.). La mayoría de los residuos son de baja actividad y, en general, están constituidos por isótopos radiactivos de corta vida. En otras palabras, los residuos que no se pueden clasificar en los apartados anteriores son residuos de baja actividad. Estos residuos son los más abundantes y sólo en EEUU se prevé que para el año 2030 este tipo de residuos alcancen los 5 millones de m3. Estos residuos se ubican en depósitos superficiales, o cercanos a la superficie, aunque en algunos lugares se concentran en antiguas minas. En España, Francia y Japón existen moderadamente nuevos depósitos superficiales de este tipo, cuya construcción y protecciones son más sofisticadas que los que se han enterrado hace años en Francia, Reino Unido, Unión Soviética y Estados Unidos. Mientras que en Chequia y Alemania este tipo de residuos se localizan en antiguas minas, en Suecia y Finlandia se han realizado construcciones especiales para la ubicación de estos residuos.

Una vez llenos los almacenes, se cierran y se mantienen bajo control hasta que se destruya la radiactividad, es decir, entre 200 y 300 años. Aunque el debate sobre estos residuos no es mínimo, el problema es mucho menor que el de otros residuos. De hecho, lo que se realiza con estos residuos tiene un amplio consenso en la comunidad científica. Además, el riesgo de estos residuos es mucho menor que el de los otros dos.

El problema de otros tipos de residuos mencionados, especialmente los residuos de alta actividad, es más grave. La pregunta es ¿Qué hacer con los residuos radiactivos de alta actividad? En la actualidad la mayor parte de este tipo de residuos se encuentran depositados en cubas en los tanques situados junto a cada central nuclear. Estos residuos, al desintegrarse y/o fisionarse, liberan mucha energía y en gran parte se convierten en calor. De esta forma, la ubicación de los tanques produce un enfriamiento de las cubas y, además, el agua de los tanques actúa como protección biológica respecto a la radiación que atraviesa la cuba, especialmente la radiación gamma. Estas cubas son de diseño especial y los residuos que se ubican en ellas deben estar bien clasificados y medidos para que los residuos acumulados se encuentren lejos de la masa crítica. Sin embargo, en algunos estados, como EEUU y Bélgica, las cubas también se ubican en lugares secos, sin entrar en tanques (la temperatura superficial de las cubas situadas en tierra puede rondar los 160ºC). En general, estos residuos de alta actividad deben estar aislados durante un tiempo muy largo, hasta que el número de núcleos no estables sea despreciable, es decir, hasta que la mayor parte de los residuos se estabilicen. De lo contrario, llegar a los seres humanos puede causar grandes daños. Este periodo de aislamiento puede ser de cientos de miles de años, debido a la larga vida media de muchos productos de fisión que se producen en reacciones de fisión.

El término aislamiento se entiende muy bien, pero el aislamiento milenario se hace en cierta medida incomprensible, ya que para ello hay que hablar en parámetros temporales a medida de la existencia humana. Además, es conocido que los tesoros de las pirámides egipcias, a pesar de estar tan bien guardados, no permanecieron demasiado tiempo en esta situación. Además, quién sabe qué pasarán las civilizaciones actuales en plazos mucho más cortos... ¿No es posible acortar este periodo tan largo de aislamiento? ¿No es posible que estos núcleos inestables de media-larga vida que emiten radiactividad se conviertan en núcleos estables o de corta vida?

La reacción o sucesión de reacciones que se describen en las preguntas anteriores se conoce como transmutación y en las últimas décadas se ha trabajado intensamente en la búsqueda de métodos de alto rendimiento para la distribución y transmutación de núcleos de larga vida. Las bases científicas son muy conocidas, por ejemplo 99Tc, un producto de fisión de larga vida con un neutro que se depredará hasta convertirse en un isótopo 100Tc y que, de hecho, mediante la desintegración beta, se convierte en un elemento Ru de mayor masa, mediante la depredación de dos neutrones más a 102 Ru estable. Sin embargo, en las transmutaciones de los núcleos de larga vida en general intervienen varios procesos y llegar a un núcleo estable no tiene por qué ser tarea fácil.

Los problemas de la transmutación son tanto técnicos como económicos. Desde el punto de vista técnico, en la actualidad es posible transmutar con alto rendimiento los núcleos de larga vida. Sin embargo, muchos de los radionucleidos aparecen mezclados en concentraciones bajas y con otros elementos químicos e isótopos radiactivos. Son necesarios procesos de distribución muy complejos para distribuir los radioisótopos o grupos individuales y reducir su concentración por transmutación a niveles aceptables. Esto resulta muy difícil para materiales reprocesados. Desde el punto de vista económico, las transmutaciones a nivel comercial requerirían grandes infraestructuras de distribución y reactores. Los reactores pueden ser tanto críticos como subcríticos, guiados por aceleradores. Suponiendo que los productos de fisión y los transuránicos podrían separarse fácilmente, sólo un pequeño porcentaje anual podría ser transmutado eficazmente.

Por lo tanto, el proceso de transmutación de residuos de larga vida tardaría varias décadas y se necesitarían varias generaciones de reactores. Si la distribución fuera sencilla, las cosas serían así, y se sabe que uno de los mayores obstáculos de todo este proceso está en el reparto. El director de Gestión de Residuos Radiactivos de EE.UU., Crowley, asegura que "todavía se necesitan décadas para saber si los volúmenes de residuos existentes, y los que se producirán en el futuro, pueden ser objeto de una transmutación práctica a costes aceptables. Hoy en día esto es imposible y lo técnicamente avanzado para la gestión de los residuos y el único método económicamente combatible es aislar los residuos en capas geológicas profundas definitivas."

Ya en 1957 los científicos se dieron cuenta de que en estructuras geológicas estables de fondo era conveniente conservar los residuos de larga vida aislados para siempre. Y este es el procedimiento que se propone actualmente como solución. Los contrarios a este procedimiento afirman que esta solución es barata y que se ha tenido en cuenta para mantener los residuos lejos del lugar y del pensamiento. Los partidarios, por su parte, consideran que esta solución es una consecuencia lógica de la disminución en el tiempo de la radiactividad, ya que con el tiempo se va reduciendo la toxicidad radiactiva de los residuos.

Por tanto, los partidarios de esta solución han investigado profundas estructuras geológicas con una estabilidad de cientos de miles de años. Sin embargo, todavía no existe un almacén de este tipo en funcionamiento y los Estados con programas más avanzados, Suecia y EE.UU. no prevén que en los próximos diez años los residuos de alta actividad comiencen a ubicarse en este tipo de emplazamientos. La mayoría de los Estados no prevé esta solución hasta mediados del siglo próximo.

Esto significa que todos los residuos de alta actividad se encuentran en ubicaciones provisionales. La ubicación provisional es un concepto importante, ya que, antes de aislar los residuos en estructuras geológicas de fondo, son necesarios almacenes provisionales para que los residuos se enfríen durante décadas, reduciendo en gran medida la actividad de los núcleos de corta vida. Algunos podrían decir que los almacenes definitivos no están preparados, ya que en la mayoría de los Estados todavía no existen residuos suficientes de este tipo para su ubicación definitiva (salvo en EEUU, donde se encuentran la cuarta parte de todas las centrales nucleares del mundo). Sin embargo, este no es el único motivo por el que los residuos permanecen en los lugares provisionales, otros son de gran importancia: a) el desarrollo y la benevolencia de la tecnología para su ubicación definitiva se ha producido más lentamente de lo que se pensaba —incluso en la comunidad científico-técnica—, b) la selección y caracterización del emplazamiento se ha hecho más compleja de lo que se esperaba (la ley estadounidense exige que el riesgo después de 10.000 años sea despreciable) y la respuesta a estos proyectos poco calibre frente a otros muy importantes) y no muy bien calibrados. En los últimos años se ha trabajado a nivel internacional para hacer frente a la respuesta del público y tras varias reuniones de expertos se ha consensuado un informe para la gestión de los residuos radiactivos, con el fin de que los Estados lo firmen.

A pesar de que la ubicación en profundidad de los residuos ha sido propuesta hace más de 40 años, y por ejemplo los "National Academy of Sciences" de EE.UU. consideran que ésta es la mejor solución para los residuos radiactivos, en la comunidad científico-técnica siempre ha existido una alternativa contraria a esta solución, argumentando que no es posible encontrar un depósito seguro de fondo definitivo o, por lo menos, dudosos. Sin embargo, los que se oponen entre científicos y técnicos son minoritarios, ya que la ubicación en profundidad de los residuos es la solución más aceptada.

Esta solución consiste en cerrar definitivamente el almacén una vez lleno y evitar la posibilidad de recuperación de sus restos mediante enterramiento. Según los partidarios de esta solución, si existe una solución clara para los residuos de alta actividad, lo que se debe hacer es localizar los lugares adecuados y realizar estudios y caracterizaciones para aislar los residuos correctamente durante miles de años sin riesgos potenciales.

En los últimos años, otra de las ideas que se ha extendido es la de mantener la superficie de la tierra bajo control en lugar de enterrar los residuos para siempre en profundidad. Para muchos esta propuesta es muy atractiva porque: a) los problemas políticos y sociológicos que genera la ubicación del emplazamiento se retrasan, es decir, se dejan en manos de las generaciones futuras, b) la construcción y mantenimiento de los almacenes correspondientes a los productores de residuos, de muy alto coste, se dejan para el futuro c) no hay problemas de seguridad a corto plazo, ya que hay tecnología para controlar este tipo de residuos y está demostrada sin duda. Según esta propuesta, la respuesta al problema se retrasa hasta conseguir una "solución perfecta", que es si existe. Además, los investigadores dispondrán de más tiempo y dinero para investigar. Está claro que si seguimos este camino, el contrario de la tecnología nuclear, sin duda alguna, puede afirmar que el problema de los residuos de alta actividad sigue sin resolverse. Este debate, el de soterrar los residuos o mantenerlos bajo control en superficie, fue el que se puso de manifiesto cuando el pasado año se estudió la gestión de los residuos radiactivos en el parlamento francés.

Los rivales de mantener los residuos bajo control en superficie, desde un punto de vista ético, afirman que las generaciones actuales son las que utilizan la ventaja de la energía nuclear, por lo que deben ser ellas las responsables de los potenciales daños y no las generaciones venideras. Como he mencionado anteriormente, está claro que si se mantienen los residuos en la superficie, el problema no está resuelto, se retrasa. Pero, en contra de este argumento ético, más que dejar un almacén enterrado y cerrado, es mejor dejar opciones a las generaciones futuras para que ellos decidan, es decir, que todavía no hay que tomar decisiones irreversibles, como en Suecia. Recientemente, Holanda ha descartado la posibilidad de almacenes definitivos en profundidad en su legislación. En el resto de Estados también existen presiones importantes para que se tenga en cuenta la recuperación de los residuos, es decir, para que el almacenamiento en profundidad pueda ser recuperado en lugar de cerrarse cuando esté lleno. Entre ellos se encuentran Francia, Reino Unido, Suecia, Suiza y Canadá. En estos Estados se está estudiando si la recuperación, el control y el mantenimiento a largo plazo se ajustan al objetivo de seguridad que debe cumplirse sin ser desproporcionada, ya que existe la preocupación de que el aislamiento que produce el enterramiento en profundidad del almacén no imposibilite su recuperación.

Sin embargo, a pesar de que la planificación para la ubicación definitiva en profundidad de los residuos de alta actividad es una de las más desarrolladas en EE.UU., esta planificación también está muy avanzada en algunos estados en los que las condiciones legales y políticas son muy exigentes, como es el caso de Suecia. En los años 70 el programa nuclear sueco se limitó hasta asegurar un aislamiento seguro de los residuos. Así surgió el proyecto KBS-3, en el que actualmente Suecia es el líder en la gestión de residuos en diferentes ámbitos. Durante el año 2008 se puede poner en marcha la primera fase del almacén y se llenará una cuba del día. El peso de cada barril será de 25 toneladas, con una cantidad de residuos de alta actividad de 2 toneladas. Eso sí, estos residuos se iban a enfriar durante al menos 25 años antes de su tonelaje en otro lugar provisional. En el caso de los suecos, no está claro si después de llenar este almacén se cerrará para siempre.

Probablemente dos depósitos en profundidad que cerrarán se están construyendo en EE.UU., uno en el monte Yucca1 para aislar residuos de alta actividad y otro en el almacén WIPP2 para aislar residuos transuránicos. El almacén de montaña Yucca está en construcción en el estado de Nevada, a 160 km de Las Vegas. El almacén WIPP está situado en Nuevo México, cerca de la ciudad de Carlsband.

A pesar de que aún no se ha ejecutado en su totalidad, la longitud de los túneles de la celda del Monte Yucca será de 250 km y 80.000 toneladas se ubicarán en cubas de residuos de alta actividad. Una vez cerrado, el calor máximo que producirán los residuos será de 160 ºC (a los 50 años de su cierre) y la roca ambiental estará mucho más seca de lo que está actualmente. Sin embargo, pasados cientos de miles o millones de años, la cuba destruirá las corrosión y los residuos internos se escaparán. El objetivo de la celda de montaña Yucca es mantener los residuos completamente aislados durante 10.000 años, tal y como exige la legislación estadounidense.

Según sus cálculos, desde el punto de vista de la salud, el riesgo que puede existir una vez pasado este periodo sería similar al que tendría una ubicación natural de uranio del mismo tamaño. Los más peligrosos de los más de 200 núcleos que se van a ubicar son aquellos de larga vida, solubles en agua y que no suelen ser absorbidos en rocas y suelo. Entre los más peligrosos del monte Yucca se encuentran C-14, Cloro36, Cesio-135, Neptunio-237, Iodo-129, Kurio-245 y Teknezio-99. El aislamiento y seguridad de estos isótopos es muy importante. Las preocupaciones sobre si estos isótopos van a durar lo suficientemente largo aislado vienen de diferentes lugares: 1) ¿Qué pasaría si dentro de 7.000 años la gente excavara la montaña? 2) ¿En caso de terremotos o acciones volcánicas? 3) Sin embargo, el que más pánico provoca es el hidrológico. El monte Yucca es un desierto (15 cm de precipitación al año), y aunque la mayor parte de la lluvia se evapora rápidamente, el agua, aunque muy poco, puede penetrar en el interior a través de las grietas del suelo. Esto podría avanzar en la corrosión intrínseca de las cubas durante miles de años, y el agua arrastraría los isótopos radiactivos disueltos en ellas unos 300 m por debajo y los eliminaría junto con el agua del mismo. Esta es la posibilidad más estudiada en los dos almacenes arriba mencionados. Sin embargo, analizando las posibilidades, los análisis científicos indican que diez mil años después del cierre del almacén el número de radioisótopos que podrían escapar de este agua puede ser muy pequeño, menor que el que se puede encontrar en las diferentes fuentes que consumimos actualmente.