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Energia nuclear y calentamiento global una perspectiva basada en riesgos
 

Energia nuclear y calentamiento global una perspectiva basada en riesgos

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    Energia nuclear y calentamiento global una perspectiva basada en riesgos Energia nuclear y calentamiento global una perspectiva basada en riesgos Document Transcript

    • M E X I C O EENNEERRGGÍÍAA NNUUCCLLEEAARR YY CCAALLEENNTTAAMMIIEENNTTOO GGLLOOBBAALL:: UUNNAA PPEERRSSPPEECCTTIIVVAA BBAASSAADDAA EENN RRIIEESSGGOOSS ESPECIALIDAD: Ingeniería Nuclear M.C. Juan Arellano Gómez Fecha de ingreso: 24 de mayo de 2007
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 2 CONTENIDO Página Resumen ejecutivo 3 1 Introducción 4 2 Efecto invernadero y calentamiento global 5 3 Emisiones mundiales de CO2 por el uso de combustibles fósiles 8 4 Emisiones de CO2 que se evitan por el uso de la energía nuclear 13 5 Riesgo de centrales nucleoeléctricas y otras fuentes de energía 17 6 Consecuencias del calentamiento global 27 7 Conclusiones 32 Referencias 34
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 3 RESUMEN EJECUTIVO La actividad humana ha incrementado los gases de invernadero en la atmósfera. Conforme las concentraciones de estos gases se elevan, también aumenta la temperatura de la superficie del planeta, provocando su calentamiento global. Los efectos de este calentamiento son muy diversos y aún no se conocen totalmente, pero ciertamente éstos incluyen: calentamiento de los océanos e incremento de su nivel, mayor número de incendios devastadores, sequías más prolongadas, inundaciones, colapso de las plataformas de hielo, afectación de la flora y fauna, etc. Obviamente, estos efectos representan riesgos mayores para muchos sectores del planeta. En este trabajo se ponen en perspectiva los riesgos del calentamiento global y se muestra cómo el uso de la energía nuclear, la que prácticamente no emite gases de invernadero, puede contribuir a reducir este calentamiento sin incrementar, de otras formas, el riesgo al público. Se muestran estadísticas mundiales de emisión de gases de invernadero por el uso de combustibles fósiles y se presentan las predicciones al 2100 de dichas emisiones para diferentes escenarios económicos, sociales y energéticos. También, se muestran las emisiones que actualmente se evitan por el uso de la energía nuclear y los potenciales ahorros por su uso futuro (bajo diversos escenarios). Finalmente, se compara el riesgo de la energía nuclear con el de otras fuentes de energía. Palabras clave: Energía Nuclear, Calentamiento Global, Riesgo, Gases de Invernadero
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 4 1. INTRODUCCIÓN. El calentamiento global, seguramente resultante del incremento en la concentración de gases de invernadero (GI) en la atmósfera, es un asunto que actualmente preocupa a nivel mundial. La principal fuente de GI, especialmente de dióxido de carbono (CO2), son los combustibles fósiles que se queman en el sector energético para generar electricidad, operar fábricas, transporte y climatizar hogares. A partir de la Revolución Industrial, la actividad humana ha ocasionado que las concentraciones de CO2 se incrementen y, hacia finales del presente siglo, éstas podrían duplicarse. Los expertos en clima coinciden en que el incremento en la concentración de los GI podría en los próximos cien años resultar catastrófica; temperaturas extremas, aumento del nivel de los océanos, violentas tormentas, sequías devastadoras y la propagación de enfermedades, son algunos de los efectos del calentamiento global que ya se hacen presentes. Durante este siglo se incrementará fuertemente la demanda de energía especialmente en los países en desarrollo. Así, la humanidad enfrenta un futuro de cambio radical ya sea en la forma de producir y utilizar la energía o bien en la salud de nuestro planeta. En este contexto, al prácticamente no emitir GI, la energía nuclear contribuye hoy en día a evitar la descarga a la atmósfera de importantes cantidades de estos gases y seguramente jugará un papel clave en las futuras estrategias para reducir las emisiones; actualmente provee un sexto de la electricidad mundial y es, junto con la hidroelectricidad, la mayor fuente de energía “libre de carbón” en uso. Aunque su imagen fue seriamente dañada por el accidente de Chernobyl, factores como su enorme potencial energético, sus ventajas ambientales, su excelente record de seguridad, su cada día mejor desempeño operativo y su costo competitivo, hacen de la energía nuclear una opción energética que puede ayudar no solo a cubrir las importantes necesidades futuras de energía, sino también a estabilizar las emisiones de GI y de otros contaminantes a la atmósfera, disminuyendo de esta forma los riesgos asociados al calentamiento global. El objetivo de este trabajo es poner en perspectiva los riesgos del calentamiento global y mostrar como la energía nuclear puede, al evitar emisiones de GI, contribuir a reducir estos riesgos; obviamente, sin incrementar de otras formas el riesgo al público. Para lograr esto, en la sección 2 se presentan algunos conceptos acerca del efecto invernadero y el calentamiento global. En la sección 3 se muestran estadísticas de las emisiones pasadas y presentes de uno de los principales GI, el dióxido de carbono. La sección 4 presenta a la energía nuclear como una fuente de energía que no emite GI y las emisiones que se han evitado y las que podrían evitarse con su uso. La sección 5 analiza y pone en perspectiva los diversos riesgos e impactos ambientales de las diferentes fuentes de energía. Finalmente, la sección 6 presenta algunas consecuencias del calentamiento global.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 5 2. EFECTO INVERNADERO Y CALENTAMIENTO GLOBAL. El “efecto invernadero” es el proceso natural mediante el cual “la atmósfera calienta el planeta”. De la radiación solar (onda corta) que alcanza la atmósfera, una parte es reflejada al espacio, pero otra buena cantidad penetra la atmósfera y alcanza la superficie de la Tierra; ahí, la mayoría de esta radiación es absorbida y calienta la superficie. A su vez, la superficie terrestre emite calor (onda larga rango infrarrojo), del cual una gran parte se absorbe en la atmósfera calentándola; parte de esta energía eventualmente regresa a la superficie. La atmósfera es capaz de absorber esta energía porque varios de sus componentes tales como el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, etc. tienen frecuencias moleculares vibratorias en el rango espectral de la radiación terrestre emitida. Estos gases, llamados de invernadero, absorben y reemiten la radiación de onda larga, devolviéndola a la superficie terrestre y causando un aumento de temperatura; a este fenómeno que se le denomina efecto invernadero. Se ha determinado que, en ausencia de atmósfera (sin efecto invernadero), la temperatura promedio de la superficie terrestre sería alrededor de -18 O C, en tanto que la existencia de la atmósfera y el efecto invernadero hacen que la temperatura promedio de la superficie sea de 15 O C. Obviamente esta diferencia de aproximadamente 32 O C tienen gran valor para la vida en nuestro planeta. Los principales GI son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano y el ozono. Otros GI incluyen al óxido nitroso, clorofluorocarbonos (CFC), etc. La intensidad del efecto invernadero depende principalmente de la concentración de los GI en la atmósfera. A partir de la Revolución Industrial, la actividad humana ha incrementado la concentración de estos gases en la atmósfera, observándose también un aumento en la temperatura global del planeta. ¿Está esto relacionado? En 1988 la United Nations Environment Program (UNEP) y la World Meteorological Organization (WMO) establecieron un panel conformado por reconocidos científicos para analizar la evidencia; este panel, conocido como el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), concluyó en su tercer reporte que, tan sólo en el siglo pasado, la temperatura global de la superficie se ha incrementado en 0.6 O C [IPCC, 2001]. También, el IPCC coincide en que el calentamiento ha sido causado principalmente por aquellas actividades humanas que emiten GI a la atmósfera. En su más reciente informe, el IPCC reafirma que el incremento total de temperatura desde el período 1850-1899 hasta el 2001- 2005 es 0.76 O C [IPCC, 2007]. Reportes de la NASA Goddard Institute for Space Studies [HANSEN, 2005] indican que el calentamiento global es actualmente de 0.6 O C en las últimas tres décadas y 0.8 O C en los últimos cien años. La Figura 1 muestra la temperatura global del planeta a partir de 1880 [HANSEN, 2005], en tanto que la Figura 2 muestra la concentración en el último milenio de tres de los principales GI [IPCC, 2001]; claramente, la tendencia de la concentración de estos gases es a incrementarse a partir de la Revolución Industrial; la Tabla 1, la cual se construyó con datos de la referencia [IPCC, 2007], detalla este hecho.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 6 Figura 1. Variación anual promedio de la temperatura global de la superficie (°C) con respecto al promedio registrado en el período 1951-1980 [HANSEN, 2005]. Figura 2. Concentraciones atmosféricas globales de tres gases de invernadero [IPCC, 2001]. Promedio de 5 años Promedio Anual Nota: Las barras indican el error estimado
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 7 Tabla 1. Incremento de los gases de invernadero desde 1750 al 2005 CONCENTRACIÓN EN LA ATMÓSFERA GAS Año 1750 2005 % DE INCREMENTO COMENTARIOS CO2 ~280 ppm ~379 ppm ~35% (99 ppm) La fuente principal del incremento de las emisiones antropogénicas de CO2 a la atmósfera a partir la época pre-industrial es el quemado de combustibles fósiles. El resto se debe principalmente a cambios en el uso del suelo. CH4 ~715 ppb ~1774 ppb ~148% (1059 ppb) Es muy probable que el incremento observado se deba a actividades antropogénicas, principalmente el uso de combustibles fósiles y la agricultura. N2O ~270 ppb ~319 ppb ~18% (49 ppb) Una tercera parte de estas emisiones son antropogénicas (principalmente debidas a la agricultura). Nota: Construida con datos de la referencia [IPCC, 2007]
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 8 3. EMISIONES MUNDIALES DE CO2 POR EL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES. 3.1 Emisiones actuales. Una de las grandes fuentes antropogénicas de GI, principalmente de dióxido de carbono, son los combustibles fósiles que se utilizan en el sector energético [IAEA, 2000]. Actualmente en Estados Unidos de América (EUA), más de dos tercios de estas emisiones se asocian a actividades relacionadas con la producción de electricidad y el transporte [EIA, 2004]. Al ser el CO2 uno de los GI más abundantes en la atmósfera, el sector energía se encuentra en el centro del debate del cambio climático. Las Figura 3 muestra las emisiones mundiales totales anuales (período 1980-2004) de CO2 por el uso de combustibles fósiles [EIA, 2004]; de ella puede observarse que las emisiones globales se han incrementado de 18,333.26 millones de toneladas métricas emitidas en el año 1980, hasta 27,043.57 millones de toneladas métricas emitidas en el año 2004; esto significa que en el 2004 la emisión mundial fue de aproximadamente 857 toneladas métricas (Tm) por segundo. México emitió 231.43 millones de toneladas métricas en 1980 y 385.46 millones de toneladas métricas en 2004. EMISION MUNDIAL DE CO2 POR EL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES 0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000 17,500 20,000 22,500 25,000 27,500 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 AÑO MillonesdeToneladasMétricasdeCO2 TOTAL MUNDIAL NORTEAMERICA EUROPA ASIA Y OCEANÍA EUROASIA CENTRO Y SUDAMÉRICA ORIENTE MEDIO ÁFRICA Figura 3 La Figura 4 muestra las emisiones mundiales per capita de CO2 (totales y agrupadas por región) desde 1980 hasta el 2004 [EIA, 2004]. En este periodo, las emisiones per capita mundiales de CO2 se han mantenido alrededor de 4 Tm por año. Claramente, Norteamérica es la región que mayor emisión per capita tiene (alrededor de 16 Tm por año); México se ha mantenido alrededor de las 3.5 Tm per capita por año. De acuerdo con la Tabla 2, actualmente los países de la Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) reportan mayores emisiones que los países no miembros de dicha organización; sin embargo se proyecta que esta tendencia cambiará alrededor del año 2010 [EIA, 2006].
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 9 Figura 4. 3.2 Emisiones futuras. La demanda energética se incrementará dramáticamente durante el presente siglo, especialmente en los países en desarrollo, en los cuales típicamente el crecimiento demográfico es más rápido, y en los que actualmente unos 1.6 billones (millardos) de habitantes no tienen acceso a los servicios modernos relacionados al uso de la energía [IAEA, 2000]. Las predicciones de la Energy Information Administration (EIA) vertidas en el International Energy Outlook 2006 [EIA, 2006] indican que el consumo mundial de energía se incrementará en 71% en el periodo 2003-2030, siendo los combustibles fósiles los principales proveedores de esta energía, con el petróleo como la fuente de energía dominante. De acuerdo con este documento, la participación de la energía nuclear se mantiene en alrededor del 5-6% hasta el 2030. Con respecto a la electricidad, se espera que la demanda se duplique para el 2030; la mayor parte de esta demanda ocurrirá en países no miembros de la OECD, donde el uso de la electricidad se incrementa en un 3.9 % por año del 2003 al 2030 (en la naciones de la OECD el incremento es 1.5% por año). Se proyecta que todas las fuentes de generación eléctrica crecerán. El carbón y el gas natural permanecerán como los combustibles más importantes para generar electricidad en el período [EIA, 2006]. El consumo de electricidad generada mediante la energía nuclear se incrementa a nivel mundial de 2,523 billones (millardos) de kW-hr en 2003 a 3,299 billones de kW-hr en 2030. Precios más altos de los combustibles fósiles y la preocupación acerca de la continuidad de su suministro harán que se mejoren las posibilidades para la energía nuclear; se espera que varios países construyan nuevas centrales nucleares, incrementándose la capacidad nuclear instalada de 361 GW (gigawatts) en 2003 a 438 GW en 2030 [EIA, 2006]. EMISION MUNDIAL DE CO2 PER CAPITA POR EL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 AÑO ToneladasMétricasdeCO2 TOTAL NORTEAMÉRICA EURASIA EUROPA ORIENTE MEDIO CENTRO Y SUDAMÉRICA ASIA Y OCEANÍA ÁFRICA
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 10 Tabla 2. Emisiones Mundiales de Dióxido de Carbono por Región (1990-2030) (Millones de Toneladas Métricas) Histórico Proyecciones Cambio Anual Porcentual Promedio Región 1990 2003 2010 2015 2020 2025 2030 1990- 2003 2003- 2030 OECD 11,378 13,150 14,249 15,020 15,709 16,545 17,496 1.1 1.1 Norteamérica 5,753 6,797 7,505 7,997 8,513 9,096 9,735 1.3 1.3 Europa 4,089 4,264 4,474 4,632 4,741 4,909 5,123 0.3 0.7 Asia 1,536 2,090 2,269 2,390 2,455 2,540 2,638 2.4 0.9 No-OECD 9,846 11,878 16,113 18,643 21,039 23,500 26,180 1.5 3.0 Europa y Eurasia 4,193 2,725 3,113 3,444 3,758 4,047 4,352 -3.3 1.7 Asia 3,626 6,072 9,079 10,753 12,407 14,113 15,984 4.0 3.6 Oriente Medio 704 1,182 1,463 1,647 1,811 1,987 2,177 4.1 2.3 África 649 893 1,188 1,363 1,477 1,593 1,733 2.5 2.5 Centro y Sudamérica 673 1,006 1,270 1,436 1,586 1,758 1,933 3.1 2.4 Total Mundial 21,223 25,028 30,362 33,663 36,748 40,045 43,676 1.3 2.1 Fuente: 1990 y 2003: Energy Information Adminstration (EIA), Internacional Energy Annual 2003 (Mayo- Julio 2005), sitio web www.eia.doe.gov/iea/. 2010-2030: EIA System for the Analysis of Global Energy Markets (2006). En el Capítulo 7 de la referencia [EIA, 2006], se presentan los registros desde el año 1980 hasta el 2003 de las emisiones mundiales de CO2 por tipo de combustible relacionadas con el sector energía. También, se hacen predicciones de las emisiones hasta el año 2030. La Figura 5 muestra esta información; cabe aclarar que en esta figura un billón equivale a un millardo (109 ). En el escenario considerado para la proyección, las emisiones mundiales de CO2 debidas al consumo de combustibles fósiles crecen a una tasa promedio de 2.1% por año del 2003 al 2030. Las emisiones esperadas en el año 2030 son de aproximadamente 43,676 millones de toneladas métricas. A partir del 2003 y hasta el 2030 el incremento en las emisiones por la combustión de los productos del petróleo es de 5,028 millones de toneladas métricas, por la del carbón 8,801 millones de toneladas métricas, y por la de gas natural 4,804 millones de toneladas métricas. En ausencia de restricciones para su utilización, se proyecta que el uso del carbón crecerá casi a la misma tasa que la del gas natural, a partir de los niveles de consumo del año 2003 (en Btu) que son prácticamente idénticos; sin embargo, el incremento en las emisiones de CO2 por el uso del carbón es mayor que por el uso del gas natural [EIA, 2006]. Debido a los altos precios del petróleo pronosticados para el 2025, su consumo decrecerá y las emisiones relacionadas crecerán a una tasa de 1.5% por año; este valor se encuentra por debajo de las tasa de crecimiento de emisiones esperadas para el gas natural y el carbón; como resultado, la combustión del carbón sobrepasará a la del petróleo como la mayor fuente de emisiones de CO2 a partir de aproximadamente el año 2015 (ver Figura 5). La Tabla 2 presenta las emisiones mundiales de CO2 por región para el periodo 1990-2030 [EIA, 2006]. Como puede observarse, se espera que la tasa anual promedio de incremento de las
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 11 emisiones entre los años 2003 y 2030 sea 2.1%. También, de acuerdo con las predicciones, los países de la OECD tendrían menores tasas de incremento en las emisiones debido a que sus economías tienden a crecer más lentamente que las de los países en desarrollo. Figura 5 [EIA, 2006] Un panorama a más largo plazo de las futuras necesidades de energía lo proporciona el IPCC Special Report on Emission Scenarios (SRES)1 [IPCC, 2000]. Este reporte presenta un conjunto de cuarenta escenarios desarrollados para predicción de emisiones de GI. Los escenarios reflejan una amplia gama de posibilidades futuras sobre: crecimiento de la población y desarrollo económico, prioridades ambientales, avances tecnológicos y cooperación internacional sobre el uso global de la energía. La Tabla 3 presenta un resumen de los mencionados escenarios. Las predicciones para los diferentes escenarios señalan que la demanda global de energía se incrementará entre 1.7 y 3.7 veces entre 2000 y 2050, debido principalmente al incremento de la población y al deseo de los países en desarrollo por mejorar sus niveles de vida. En cuanto a electricidad se refiere, la demanda crece casi 8 veces en los escenarios de alto crecimiento económico y más del doble en los escenarios más conservadores al final de dicho período [IPCC, 2000] y [IAEA, 2000]. La referencia [IPCC, 2001] muestra los resultados de algunos modelos que han sido desarrollados para realizar proyecciones de las concentraciones de GI y del clima hasta el año 2100. Estos modelos se basan en los ya mencionados escenarios de emisiones SRES/IPCC [IPCC, 2000]. Las predicciones indican que el factor determinante de la concentración de CO2 en la atmósfera durante el presente siglo será el uso de combustibles fósiles. Para el año 2100 los modelos proyectan concentraciones atmosféricas de CO2 que van desde 540 hasta 970 ppm para los diferentes escenarios SRES (aproximadamente 90 a 250% por encima de la concentración de 1 Los escenarios IPCC/SRES se agrupan en cuatro grandes familias (A1, A2, B1 y B2) cada una representando un conjunto coherente y diferente de condiciones demográficas, sociales, económicas, tecnológicas y ambientales. Los objetivos económicos predominan en los escenarios tipo “A”, mientras que los ambientales predominan en los escenarios tipo “B”. La variante “1” hace énfasis en políticas globales, mientras que la variante “2” implica políticas de tipo regional. La Tabla 3 presenta un resumen de los mencionados escenarios. De estas cuatro grandes familias se derivan la totalidad de los escenarios. EMISIONES GLOBALES DE CO2 POR TIPO DE COMBUSTIBLE (1980-2030) PETRÓLEO GAS NATURAL CARBÓN TOTAL 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 AÑO BILLONESDETONELADASMÉTRICAS
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 12 280 ppm que existía en el año 1750). Con esto, la temperatura global promedio de la superficie se incrementa en todos los escenarios IPCC/SRES; hacia finales del presente siglo este incremento podría ser desde 1.4 hasta 5.9 O C (dependiendo del escenario). Tabla 3. Escenarios Básicos IPCC SRES [IPCC, 2001] ESCENARIO SRES DESCRIPCIÓN A1 Rápido crecimiento económico; la población global tiene un pico de crecimiento a mitad del siglo y después declina; rápida introducción de nuevas y más eficientes tecnologías. Convergencia entre regiones en los temas de mayor importancia; mayor interacción cultural y social entre regiones; reducción substancial en la diferencia del ingreso per-capita entre regiones. A1FI: Uso intensivo de los combustibles fósiles A1T: Énfasis en tecnologías no-fósiles A1B: Balance entre todas fuentes de energía A2 Mundo muy heterogéneo. Domina la auto-confianza y preservación de identidades locales. Aumento continuo de la población. El crecimiento económico es esencialmente regional; el crecimiento económico per-capita y el cambio tecnológico más fragmentados y lentos que en otros escenarios. B1 Mundo convergente; la población global tiene un pico de crecimiento a mitad del siglo y después declina, pero con rápido cambio en las estructuras económicas hacia una economía de información y servicio, con reducciones en la intensidad de lo material y la introducción de tecnologías limpias y eficientes en el uso de recursos. El énfasis es hacia soluciones globales en lo económico, social y sustentabilidad ambiental, incluyendo mayor equidad, pero sin iniciativas climáticas adicionales. B2 Describe un mundo en el cual el énfasis es buscar soluciones locales en cuanto a lo económico, social y sustentabilidad ambiental. Un mundo con continuo incremento en la población mundial (pero a menor ritmo que A2); niveles intermedios de desarrollo económico; cambio tecnológico menos rápido pero más diverso que B1 y A1. En cuanto al nivel de los océanos, se proyecta que éste podría elevarse desde 0.09 hasta 0.88 metros entre 1990 y 2100. El IPCC previene que, aún cuando las emisiones de GI cesen de incrementarse hacia fines del siglo, el calentamiento global continuaría por un cierto tiempo como resultado de las emisiones ya realizadas. Esto porque el dióxido de carbono permanece en la atmósfera por un siglo o más antes de que la naturaleza disponga de él. Si las emisiones de GI continúan creciendo, los expertos predicen que la concentración de CO2 en la atmósfera podría incrementarse, para principios del siguiente siglo, a más de tres veces la que existía antes de la Revolución Industrial, resultando esto en dramáticos cambios de clima, mismos que la humanidad tendrá que afrontar con una gran cantidad de población en riesgo. Por tanto, resulta necesario realizar enormes esfuerzos para reducir y limitar las emisiones futuras de GI ocasionadas por el sector energético, de lo contrario, el esperado incremento global en la producción y uso de energía bien podría desestabilizar el clima global [IAEA, 2000]. En un esfuerzo por reducir la posibilidad de que ocurra un cambio climático global severo, varios países industrializados han adoptado el compromiso de reducir sus emisiones de GI bajo el protocolo negociado y acordado en Kyoto (Japón) en 1997. Este protocolo es una extensión de la United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) acordada en 1992 en Río de Janeiro, Brasil. Mediante el protocolo de Kyoto, varios países industrializados se han comprometido a reducir sus emisiones colectivas durante 2008-2012 a, al menos, 5.2% por debajo de los niveles que había en 1990 [IAEA, 2000]. En este contexto, al prácticamente no emitir GI, la energía nuclear podría jugar un papel muy importante en las futuras estrategias para reducirlos, como se demuestra a continuación.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 13 4. EMISIONES DE CO2 QUE SE EVITAN POR EL USO DE LA ENERGÍA NUCLEAR. 4.1 La energía nuclear no emite GI. La energía nuclear contribuye actualmente de manera muy importante a cubrir las necesidades mundiales de electricidad [IAEA, 2000]. Existen alrededor de 435 reactores nucleares comerciales operando en treinta países, con una capacidad instalada de casi 370,000 MWe. Estos proporcionan el 16% de la electricidad mundial (como carga base) y su eficiencia se incrementa cada día más. La nucleoelectricidad ha acumulado más de 12,400 años-reactor de experiencia. Adicionalmente, 56 países operan un total de 284 reactores de investigación y 220 reactores propulsan barcos y submarinos alrededor del mundo. Otros treinta reactores para generar electricidad están siendo construidos, equivalentes al 6% de la capacidad existente y sesenta más están planeados, con capacidad equivalente al 18% de la actual [WNA, 2007]. La nucleoelectricidad es considerada actualmente como una importante fuente de energía libre de carbón [DEUTCH, 2006]. Este hecho se refleja en la Figura 6, la cual muestra las emisiones totales de GI para las cadenas completas de generación eléctrica utilizando lignito, carbón, petróleo, gas natural, solar fotovoltaico, hidroelectricidad, biomasa, viento y energía nuclear [SPADARO, 2000]. El cálculo de emisiones incluye los seis GI incluidos en el Protocolo de Kyoto convertidos a “gramos de carbón equivalente por kilowatt-hora” (gCeq/kWh) utilizando los valores de “potencial de calentamiento global” calculados por el IPCC [IPCC, 2001], [EPA, 2002]. Las estimaciones de la Figura 6 fueron desarrolladas en seis reuniones de expertos (Advisory Groups Meetings) realizadas por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) entre 1994 y 1998. En la misma figura, las emisiones de GI en el punto donde se genera la electricidad (stack) se muestran en la porción azul de la barra, en tanto que la porción gris representa las emisiones de todas las otras etapas de la cadena de generación eléctrica (ej. minería, preparación y transporte del combustible, construcción y desmantelamiento de la planta, manufactura de equipos, etc.). Claramente se observa que la energía nuclear, el viento, la biomasa y la hidroelectricidad tienen las más bajas emisiones en el total de la cadena. Los resultados del OIEA de la Figura 6, se refuerzan con los obtenidos en la investigación de la European Commission on External Costs of Electric Generation [EC, 2003] que concluyen que la energía nuclear, la eólica y la biomasa tienen bajo impacto en cuanto a emisión de GI [ROGNER, 2003]. 4.2 Emisiones de GI que actualmente evita la energía nuclear. Como se ha mencionado, la energía nuclear genera aproximadamente el 16% de la electricidad mundial, pero ¿Qué cantidad de GI se deja de emitir actualmente a la atmósfera por el uso de la nucleoelectricidad? En este sentido, en el año 2003 se publicó un trabajo en el que se cuantifica el impacto actual y futuro de la energía nuclear sobre las emisiones de GI [ROGNER, 2003]. Para cuantificar el impacto actual se utiliza el año 2000 como referencia y la información reportada en el World Energy Outlook 2002. El enfoque de cálculo consiste en suponer que en ese año no existen centrales nucleoeléctricas, pero su contribución real se sustituye proporcionalmente con
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 14 carbón, petróleo, gas y otras energías renovables (excepto hidroelectricidad2 ). La Tabla 4 muestra los resultados de ese trabajo. El primer renglón desglosa la generación eléctrica total y la contribución de cada una de las fuentes. El segundo renglón muestra el carbón emitido por esa electricidad generada. El tercer renglón (intensidad en carbón) se calcula simplemente dividiendo el segundo entre el primer renglón. El cuarto renglón muestra la mezcla postulada si no existiera la nucleoelectricidad. El quinto renglón calcula, usando la intensidad en carbón del tercer renglón, las nuevas emisiones. Finalmente el sexto renglón es la diferencia entre el quinto y segundo renglones. El total de emisiones de carbón que evitó en el 2002 el uso de la energía nuclear es aproximadamente 622 millones de toneladas métricas de carbón equivalente (lo que equivale a aproximadamente 2280 millones de toneladas métricas de CO2). En el año 2006 el uso a nivel mundial de la nucleoelectricidad evitó la emisión de aproximadamente 2600 millones de toneladas métricas de CO2 a la atmósfera. Esto representa aproximadamente un tercio del CO2 que se emite por la generación eléctrica. Dado que la generación eléctrica representa alrededor del 30% de las emisiones antropogénicas de CO2, las emisiones globales hubieran sido 10% mayores sin la energía nuclear. En México las dos unidades de la Central Laguna Verde evitaron ese mismo año la emisión de alrededor de 10 millones de toneladas métricas de CO2 [WNA1, 2007]. Figura 6. Emisiones totales de gases de invernadero para varias cadenas de generación eléctrica De acuerdo a lo reportado por el OIEA en la referencia [IAEA, 2000], anualmente la energía nuclear evita emisiones de GI equivalentes al 8% de las emisiones totales globales ocasionadas por los combustibles fósiles; esto equivale a 0.6 Billones (millardos) de Toneladas de Carbón que, de no existir la energía nuclear hubieran sido emitidas. El Nuclear Energy Institute (NEI) reporta que las 435 centrales nucleares que actualmente operan en el mundo evitaron en 2005 la emisión de más de 2 billones (millardos) de toneladas métricas de CO2 [NEI, 2007]. 2 El uso de la hidroelectricidad es más restringido que otras fuentes de generación eléctrica, especialmente en los países desarrollados que son los principales usuarios de la energía nuclear, por lo que el cálculo asume que la hidroelectricidad no podría expandirse tanto. 0 50 100 150 200 250 300 350 LIGNITE 1990s Technology (high) 1990s Technology (low ) 2005-20 Technology COAL 1990s Technology (high) 1990s Technology (low ) 2005-20 Technology OIL 1990s Technology (high) 1990s Technology (low ) 2005-20 Technology NATURAL GAS 1990s Technology (high) 1990s Technology (low ) 2005-20 Technology SOLAR PV 1990s Technology (high) 1990s Technology (low ) 2010-20 Technology HYDROELECTRIC Reservoir (theoretical Brazil) Reservoir (high value, Germany) Reservoir (Canada) Run-of-River Reservoir (Sw iss) BIOMASS high low WIND 25% Capacity;heavy Inland; <10% capacity; Sw iss Inland; 10% capacity; Belgium Coast; 35% capacity; Belgium Coast; 30% capacity; UK NUCLEAR high low 335599 77 224477 1144 221177 1111 227788 7799 221166 4488 118811 2255 221155 3311 119955 2244 112211 2288 115577 3311 9999 2211 9900 1166 7766..44 2277..33 88..22 6644..66 66..33 44..44 1166..66 88..44 1133..11 99..88 77..66 22..55 22..55 22..55 55..77 ggCCeeqq//kkWW SSttaacckk eemmiissssiioonnss OOtthheerr cchhaaiinn sstteeppss RReeffeerreenncciiaa:: SSppaaddaarroo,, eett.. aall.. IIAAEEAA [[SSPPAADDAARROO,, 22000000]] 11..11
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 15 Tabla 4. Emisiones mundiales de carbón por la generación eléctrica con base en el WEO 2002 y de una mezcla hipotética con la contribución de la energía nuclear distribuida proporcionalmente entre el carbón, petróleo, gas y otras energías renovables (excepto hidroeléctricas). Ref. [ROGNER, 2003] Carbón Petróleo Gas Nuclear Hidro Otros Renovables TOTAL Generación Eléctrica IEA (TWh) 5,989 1,241 2,676 2,586 2,650 249 15,391 Emisiones de Carbón por la Generación Eléctrica IEA (MtC) 1,712 271 461 0 0 0 2,444 Intensidad en Carbón (MtC/TWh) 0.286 0.218 0.172 0 0 0 0.159 Mezcla eléctrica postulada sin Nuclear (TWh) 7,514 1,557 3,357 0 2,650 312 15,391 Emisiones de Carbón por la mezcla postulada (MtC) 2,148 339 578 0 0 0 3,065 Emisiones de carbón que se evitaron por el uso de la Energía Nuclear (MtC) 436 69 117 0 0 622 MtC: Millones de toneladas métricas de carbón equivalente Sustituir una planta carboeléctrica con una nucleoeléctrica, ambas con capacidad de 1000 MWe y 80% de factor de planta, evitaría emisiones en el stack en un rango aproximado de 1.3-2.2 millones de toneladas métricas de carbón equivalente anualmente (dependiendo de la calidad del carbón que se use como combustible y de la tecnología de la carboeléctrica que se reemplace). Si se considera un tiempo de vida de la planta de 40 años, las emisiones totales que evitaría esta sustitución serían del orden de 50-90 millones de toneladas métricas de carbón equivalente. Sustituir una central de gas natural con una nucleoeléctrica (también de 1000 MWe) evitaría emisiones de GI entre 0.6 y 1.0 millones de toneladas métricas de carbón equivalente por año y de 24-40 millones de toneladas métricas de carbón equivalente en sus cuarenta años de vida [IAEA, 2000]. En el 2006 las centrales nucleares de los EUA evitaron la emisión a la atmósfera de 681.2 millones de toneladas métricas de CO2; el total acumulado de emisiones evitadas de CO2 en el período 1995-2005 es de 7.3 billones (millardos) de toneladas [NEI, 2007]. 4.3 Futuras emisiones que evitaría la energía nuclear. Para poder estimar las futuras emisiones de carbón que evitaría el uso de la energía nuclear se requiere contar con escenarios que reflejen cuál sería la participación futura de cada una de las fuentes de generación eléctrica y también, cuáles serían los avances tecnológicos en materia de reducciones de emisiones de cada una de esas opciones de generación. En ese sentido, los escenarios IPCC/SRES podrían considerarse como el estado del arte en escenarios energéticos de largo plazo [IPCC, 2000]. La mayoría de los escenarios SRES modelados indican un incremento importante en el uso futuro de la energía nuclear. Treinta y cinco de los cuarenta escenarios reportan en sus resultados la necesidad explícita de la energía nuclear (no únicamente de tecnologías libres de carbón); dependiendo del escenario, para el año 2050 podrían requerirse desde 350 GWe (los actuales) hasta más de 5000 GWe (la mediana es más de 1500 GWe) generados por centrales nucleoeléctricas. Los incrementos proyectados requerirían adicionar 50-150 GWe por año de
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 16 capacidad nuclear del 2020 al 2050 [IAEA, 2000]. Es importante aclarar que, aunque los escenarios SRES no fueron explícitamente diseñados para explorar ninguna opción energética en particular, su objetivo de minimizar los costos totales en el largo plazo conduce a requerir expansiones futuras de la energía nuclear [ROGNER, 2003]. La referencia [ROGNER, 2003] calcula el ahorro en emisiones de carbón por el uso de la energía nuclear para los cuatro escenarios SRES de referencia. Los resultados (ver Figura 7) indican que en todos los escenarios se esperan ahorros en razón del incremento correspondiente en el uso de la energía nuclear. Los escenarios SRES buscan minimizar los costos del sistema total de energía mirando a los próximos 100 años, por lo que le dan mucha importancia al agotamiento futuro de los combustibles fósiles de bajo costo y dan mayor peso que el que les dan los actuales mercados desregulados de energía a inversiones con tasas de retorno a largo plazo; esto hace posible que la energía nuclear aparezca como opción en muchos de los escenarios. La figura 7 muestra también los ahorros acumulados de emisiones. Es conveniente hacer notar que, desde el punto del cambio climático, es necesario analizar los valores acumulados (Figura 7b), ya que el tiempo de vida de algunos GI es grande (ej. el tiempo de vida promedio del CO2 en la atmósfera es de más de cien años). En este sentido el Massachusetts Institute of Technology realizó en 2003 el estudio The Future of Nuclear Power, el cual analiza lo que se requeriría para continuar con la opción nuclear. El estudio describe un escenario en el que la generación por medios nucleares podría triplicarse a un millón de MWe en el año 2050, evitando de esta forma emisiones globales entre 0.8 y 1.8 Billones (millardos) de toneladas de carbón por año, dependiendo de si las plantas que se sustituyen con nucleoeléctricas son de gas o de carbón. A esta escala, la energía nuclear podría contribuir significativamente a la estabilización de emisiones de GI, lo cual requiere que aproximadamente 7 billones (millardos) de toneladas de carbón sean evitadas anualmente hacia el año 2050 [DEUTCH, 2006]. MtC por año GtC 7 (a) 7 (b) Figura 7. Emisiones de carbón que se evitarían con el uso de la energía nuclear para los cuatro escenarios IPCC/SRES de referencia; (a) anualmente, (b) acumuladas. Ref. [ROGNER, 2003]
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 17 5. RIESGO DE CENTRALES NUCLEOELÉCTRICAS Y OTRAS FUENTES DE ENERGÍA. No obstante que la energía nuclear proporciona una sexta parte de la electricidad mundial y de que es una fuente prácticamente libre de emisiones de carbón, ha estado frecuentemente en el centro de debates, principalmente propiciados por los accidentes de Three Mile Island (TMI, 1979) y Chernobyl (1986). La explosión de Chernobyl ocurrió debido a errores humanos al operar un reactor fundamentalmente mal diseñado que no hubiera podido ser licenciado en el mundo occidental. El accidente causó daños a personas y medio ambiente (31 muertes inmediatas por exposición a la radiación y porciones del medio ambiente contaminado en Rusia, Bielorrusia y Ucrania). La Organización Mundial de la Salud (WHO, por sus siglas en inglés), utilizando un grupo de reconocidos expertos mundiales, ha realizado estudios exhaustivos de los efectos a la salud ocasionados por el accidente de Chernobyl; estos estudios van más allá de las 31 muertes inmediatas que se han reportado [WHO, 2005]. El estudio indica que, de los aproximadamente 4,000 a 5,000 casos de cáncer de tiroides en niños y jóvenes en Bielorrusia, la Federación Rusa y Ucrania que se atribuyen al accidente, prácticamente todos fueron exitosamente tratados. Muchos de estos casos podrían inclusive haber sido evitados con la pronta ingestión de iodo estable (ioduro de potasio). En cuanto al número de muertes que podrán atribuirse al accidente se estima será 4,000; este número incluye a unos 50 trabajadores que murieron de síndrome de radiación aguda y nueve niños que han muerto de cáncer de tiroides. Se esperan alrededor de 3,940 muertes por cáncer inducido por la radiación y leucemia entre los 200,000 trabajadores que atendieron la emergencia (1986-1987), los 116,000 evacuados y los 270,000 residentes de las áreas más contaminadas. Las muertes estimadas podrían ocurrir durante el tiempo de vida de las aproximadamente 600,000 personas consideradas [WHO, 2005], [WHO, 2006]. Desafortunadamente, ha habido mucha confusión sobre el impacto real del accidente debido a que, desde que éste ocurrió, miles de personas en las áreas afectadas han muerto de causas naturales; las excesivas expectativas de problemas de salud y una tendencia a atribuir todos los problemas a la exposición a la radiación han conducido a los residentes locales a pensar que las fatalidades relacionadas con Chernobyl son mucho más altas de lo que realmente han sido. Es importante recalcar que el reactor de Chernobyl no tenía estructura de contención, un sistema fundamental de seguridad requerido en los reactores del mundo occidental. Cálculos post-accidente señalan que si hubiese existido esa estructura de contención, la explosión habría sido confinada y por lo tanto también los materiales radiactivos, en cuyo caso no se hubieran producido los daños que hoy conocemos [RHODES, 2000]. En contraste, en el caso del accidente de TMI, el cual no lastimó a nadie, aunque el núcleo del reactor se fundió en gran parte, las potenciales liberaciones fueron confinadas dentro de la misma instalación, gracias a los sistemas de seguridad con que cuentan los diseños occidentales de reactores y que son ahora estándares mundiales. Reactores con las deficiencias del de Chernobyl han sido cerrados o bien mejorados y no serán vueltos a construir jamás. Una de las principales acciones resultantes del accidente de Chernobyl fue un enfoque todavía más fuerte hacia la seguridad que el que ya se tenía en la industria nuclear. Aunque Chernobyl representa una situación excepcional, la industria aprendió muchas lecciones, particularmente orientadas hacia el papel del factor humano en la operación de las centrales. Así, desde el
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 18 accidente, la respuesta de la industria ha fructificado en una continua mejora de la seguridad y funcionamiento de las centrales. Los hallazgos del estudio de la WHO [WHO, 2005] ayudan a entender las verdaderas consecuencias del accidente de Chernobyl y contribuyen a nuestro objetivo de poner este singular evento en perspectiva con respecto a los que ocurren con otras fuentes de energía. Por ejemplo, los accidentes en las minas de carbón ocasionan cientos de muertes cada año y generalmente no tienen gran difusión. Otro ejemplo; el mayor impacto a la salud por el uso de los combustibles fósiles proviene de la contaminación del aire. Estudios del WHO estiman que la contaminación (bajo techo y externa) relacionada con la energía causa casi tres millones de muertes cada año [IAEA, 1997], [WNA2, 2007]. Estos fuertes efectos sobrepasan aún a los mitos más desfavorables sobre la energía nuclear. A continuación se compara a la energía nuclear con otras fuentes de generación de electricidad en lo que a seguridad y efectos ambientales se refiere. 5.1 Riesgo de accidentes severos. Ninguna tecnología de producción de energía es inmune a los accidentes. Por ejemplo, en 1963 el derrame de la presa Vajont en Italia cobró la vida de alrededor de 2,000 personas; en 1975 la presa Banqiao en China falló catastróficamente matando a 86,000 personas por inundación y otras 145,000 por subsecuentes epidemias y hambruna, además, millones de personas quedaron sin hogar [WIKI, 2007]. Los accidentes en las minas de carbón son muy frecuentes y típicamente mueren decenas de trabajadores en cada evento; anualmente en la minería del carbón mueren varios cientos de personas. Una importante cuota de daños se debe también a las explosiones e incendios que ocurren en instalaciones de petróleo y gas, así como por fugas y derrames en las redes de tuberías que los transportan. En comparación, los accidentes en centrales nucleoeléctricas han sido pocos y se han comentado previamente en este documento; las consecuencias de estos últimos han sido menores que los ocurridos con algunas otras fuentes de energía. La Tabla 5 muestra los accidentes severos potenciales que podrían ocurrir en las diferentes fuentes de energía; al ver su descripción puede percibirse que algunos de estos accidentes no son poco frecuentes. Dado el número mínimo de eventos que han ocurrido en plantas nucleares, para evaluar el riesgo potencial de éstas se ha recurrido a las técnicas de Análisis Probabilístico de Seguridad (APS). A continuación se describe la fuente del riesgo de las plantas nucleares y como se ha utilizado el APS para determinar y minimizar el riesgo potencial que representan. El reactor de una central nuclear genera materiales radiactivos durante su operación a potencia. La mayoría de éstos son productos de fisión, los cuales se producen dentro del combustible del reactor. El combustible es dióxido de uranio, un material cerámico que se funde aproximadamente a 5000 °F (2760 °C). El propio combustible es capaz de retener los productos radiactivos de fisión a menos que se le caliente hasta fundirlo; en este rango de temperatura, prácticamente todas los gases radiactivos se liberarán del combustible. También, algunas de las formas más volátiles de los productos sólidos de fisión podrían liberarse como aerosoles finos. Si estos productos de fisión se liberan a la atmósfera, se diseminarían por diversos mecanismos que dependen de las condiciones climatológicas (vientos dominantes, condiciones de inversión, etc.). Los requerimientos actuales obligan a las plantas nucleares a tener sistemas que contengan los materiales radiactivos que pudieran liberarse accidentalmente del combustible; el principal sistema para lograr esto es el edificio de contención (contenedor), una estructura hermética que rodea al reactor. Además, las plantas nucleares cuentan con sistemas para remover aerosoles de la atmósfera del contenedor. En muchos tipos de reactor estos sistemas consisten en rociadores de agua que crean el equivalente de una fuerte lluvia dentro del contenedor; otros diseños realizan esta función pasando cualquier gas liberado a través de una alberca de agua. El principal objetivo de la filosofía de seguridad de los reactores es prevenir la liberación accidental
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 19 de materiales radiactivos; por este motivo, las plantas nucleares se diseñan de forma tal que la posibilidad de sobrecalentar accidentalmente el combustible sea muy baja. Como respaldo, se le adicionan sistemas que evitan la liberación de materiales radiactivos al medio ambiente aún cuando éstos se liberen del combustible. No obstante, y a pesar de estos esfuerzos, siempre es posible postular formas en que estos sistemas pudieran fallar y no evitar la liberación accidental de materiales radiactivos; este es precisamente el trabajo del APS, identificar cómo esto podría ocurrir, determinar su probabilidad de ocurrencia y finalmente determinar los efectos en la salud e impactos económicos de las liberaciones radiactivas sobre el público. Un beneficio fundamental de los estudios de APS es identificar áreas potenciales de mejora de las centrales. Tabla 5. Accidentes potenciales para diferentes fuentes de energía Fuente de Energía Descripción del accidente Carbón Explosiones, incendios y colapsamiento de techos en minas subterráneas; colapsamiento de paredes en minas a cielo abierto; accidentes de canastas/vehículos. Petróleo/Gas Accidentes en plataformas marinas, incendios y/o explosiones por fugas o fallas en plantas de proceso; descontrol de pozos; accidentes en el transporte que ocasionan incendios y/o explosiones; pérdida de confinamiento que resulta en incendios y/o explosiones. Nuclear Pérdida de enfriamiento y fundición del núcleo del reactor con falla de la contención; accidentes durante el transporte de desechos radiactivos de alto nivel. Hidro Ruptura o derrame de presas. Geotermia Descontrol de pozos con liberación de gases tóxicos. Solar Liberación de fluidos tóxicos de trabajo. Todos los estudios de APS comienzan (nivel 1) por investigar las causas (y su probabilidad) por las que el combustible podría calentarse hasta su punto de fundición. Estas causas podrían ser externas (sismo, inundación, etc.) o bien internas. El análisis de nivel 1 requiere que los analistas investiguen la relación lógica entre las fallas de los componentes de la planta y las acciones humanas con la falla de la función de los sistemas de seguridad. El resultado del APS nivel 1 es una estimación de la probabilidad de fundir el núcleo accidentalmente. Los resultados del APS nivel 1 de la gran cantidad de centrales analizadas hasta ahora, indican que la probabilidad de fundir el núcleo está aproximadamente entre 1 en 10,000 y 1 en 100,000 por reactor por año. En la segunda etapa del APS (nivel 2), se determina el tipo y cantidad de materiales radiactivos que podrían liberarse en los diferentes escenarios de accidente que funden el combustible y que se consideran importantes. Las fracciones de los diferentes elementos radiactivos liberados se conocen como “término fuente” del accidente. La etapa final del APS (nivel 3) consiste en determinar los efectos a la salud del público y el impacto económico. Para este propósito se han desarrollado modelos computarizados muy sofisticados. Estos modelos requieren como entrada los términos fuente, la densidad de población alrededor del sitio donde se ubica la planta nuclear y datos climatológicos del área. Los
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 20 modelos calculan miles de casos para generar curvas que dan la magnitud de ciertos riesgos versus sus probabilidades. En octubre de 1975 la Nuclear Regulatory Commission de los EUA (NRC) publicó un estudio, realizado con técnicas de APS, de los riesgos de accidentes postulados durante la operación de reactores del tipo de los que existen en EUA (Light Water Reactors, LWR). Este estudio, el cual se conoce como el Reactor Safety Study (RSS o bien WASH-1400 o bien estudio Rasmussen), fue el primero que cuantificó los riesgos a la salud y económicos asociados con los accidentes potenciales de las plantas nucleares. Desde entonces, la inmensa mayoría de las centrales que operan en el mundo han realizado su APS específico; estos estudios utilizan la misma metodología genérica que el RSS, pero usan datos que cada vez reflejan más la experiencia ganada y aplican modelos y herramientas computacionales cada día más avanzados. Uno de los estudios de APS más detallados que se han realizado fue auspiciado por la NRC; en este estudio, que se conoce comúnmente como el NUREG-1150 [USNRC, 1990], se analizaron cinco diferentes centrales usando la tecnología más avanzada e información disponible de la experiencia. Es interesante hacer notar que este estudio incluye a los dos reactores analizados en el RSS. La Figura 8 compara el riesgo de muerte calculado por el WASH-1400 por la operación de 100 reactores nucleares (los que existían en EUA en la época en que se realizó ese estudio) con el riesgo de algunos fenómenos naturales y otros generados por el hombre. Note que las curvas de esta figura indican la frecuencia, en eventos por año, de eventos que causan X o más muertes. Por ejemplo, si usamos la curva de riesgo de las 100 centrales nucleares, podríamos decir que se esperan 1x10-6 eventos por año cuya consecuencia sean 1,000 o más muertes. Como puede verse la energía nuclear representa, por mucho, menos riesgo que otras actividades generadas por el hombre y que la mayoría de los fenómenos naturales. Si pensamos en términos de que las actividades de alto riesgo tienen una tasa de mortalidad similar a la causada por las enfermedades, y que las actividades de bajo riesgo tienen una tasa de mortalidad comparable a la de los fenómenos naturales, resulta obvio que el riesgo de las centrales nucleares es aceptable y muy bajo. En la Figura 9 se presenta el riesgo individual de muerte inmediata y el de morir posteriormente (largo plazo) de cáncer para cada una de las cinco centrales nucleares incluidas en el estudio NUREG-1150. Como puede observarse, en ninguno de los casos el riesgo excede la meta de seguridad propuesta por la NRC. El OIEA en la referencia [IAEA, 1992] presenta las probabilidades de muerte inmediata, por GW- año de producción de electricidad, debido a accidentes en centrales nucleares (curvas Rasmussen y DRS), hidroeléctricas y la cadena de producción de combustibles fósiles; la Figura 10 muestra estas probabilidades; en ella se observa que los accidentes severos con un cierto número de muertes son 10,000 veces más probables en las minas de carbón que los que ocurrirían en centrales nucleares produciendo la misma cantidad de energía. El lector interesado podría realizar este mismo ejercicio de comparar las plantas nucleares contra la hidroelectricidad, petróleo, etc. En todos los casos la energía nuclear resulta menos riesgosa. Una forma más simple de entender el porqué del bajo riesgo de las centrales nucleares es la siguiente aproximación. Para que ocurra un accidente nuclear severo tendrían que combinarse varios factores que afectan la magnitud de las consecuencias, todos ellos en su peor caso. Así, el núcleo tendría que fundirse (~1/10,000 por reactor-año), después fallar el contenedor en un lugar que permita que buena parte del término fuente se libere (~1/100), el viento debería estar soplando hacia un área con densidad de población relativamente alta (~1/10), deberán prevalecer condiciones climáticas de inversión (~1/10) y finalmente los esfuerzos de protección civil deberán fallar (~1/10). Si multiplicamos las probabilidades aproximadas que se han puesto para cada evento entre paréntesis, el resultado es que la frecuencia de un accidente nuclear con consecuencias graves es del orden de 1x10-9 por reactor-año.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 21 Figura 8. Comparación del riesgo de las centrales nucleares con el de eventos naturales y el de otras industrias generadas por el hombre [USNRC, 1975]. En general podemos afirmar que el riesgo de accidentes severos es pequeño o bien despreciable para algunos tipos de energía renovable en los que es difícil pensar en este tipo de accidentes. Sin embargo, la hidroelectricidad y los combustibles fósiles tienen probabilidades de accidentes severos relativamente altas (al compararse con las centrales nucleares, cuyo riesgo es muy bajo). 5.2 Desechos generados y efectos ambientales. Todas las cadenas de producción de energía generan desechos y en algunos casos, éstos son muy tóxicos. En las centrales nucleares la principal preocupación son los desechos radiactivos (que incluyen al combustible gastado); no obstante, las cantidades que se producen de estos desechos radiactivos son relativamente pequeñas, lo cual hace posible su manejo mediante estrategias de confinamiento. En contraste, la gran cantidad de desechos que se generan por quemar combustibles fósiles (GI, gases tóxicos, partículas, metales pesados, etc.) hacen que la estrategia de dispersión (diluir y posteriormente liberar) sea el enfoque más económico. A continuación se hace une breve análisis de los desechos que generan las principales fuentes de generación de electricidad y sus efectos ambientales [RHODES, 2000], [IAEA, 1997]. Carbón: Entre las fuentes de generación eléctrica, el carbón es el que más daña al medio ambiente (el petróleo, la fuente de energía dominante hoy en día, sostiene al transporte, lo cual lo pone en una categoría aparte). Estudios del Harvard School of Public Health indican que los contaminantes que provienen de la combustión del carbón causan, tan solo en EUA, alrededor de 15,000 muertes prematuras cada año. Usado para generar casi un cuarto de la energía mundial, el carbón al quemarse libera cantidades muy grandes de desechos tóxicos como para ser confinados de manera segura. Estos desechos se envían directamente al aire (donde se dispersan), o bien se solidifican y almacenan. Incluso, en algunas partes estos desechos se Frecuencia (Eventos por año ≥ X)Frecuencia (Eventos por año ≥ X) Muertes, XMuertes, X
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 22 mezclan con materiales para la construcción [RHODES, 2000]. Algunas emisiones de la combustión del carbón (tales como cadmio, plomo o mercurio), se dispersan o bien se disponen en instalaciones cerca de la superficie permaneciendo tóxicas indefinidamente [IAEA, 1997]. Figura 9. Comparación del riesgo individual de muerte inmediata y retardada para las cinco centrales nucleares analizadas en el estudio NUREG-1150 [USNRC, 1990] Además de emitir productos químicos nocivos en forma de gases o partículas tóxicas (óxidos de azufre y de nitrógeno, arsénico, mercurio, cadmio, selenio, plomo, boro, cromo, cobre, flúor, molibdeno, níquel, vanadio, zinc, dióxido y monóxido de carbono, y GI), las centrales eléctricas que utilizan carbón son también una fuente de liberaciones radiactivas al medio ambiente. Al quemar carbón se liberan Uranio y Torio, elementos poco radiactivos presentes en la corteza terrestre. También, el gas radiactivo Radón, que se produce al decaer el Uranio presente en la corteza terrestre y normalmente confinado bajo tierra, se libera en la minería del carbón. Así, una central carboeléctrica de 1,000 MWe libera alrededor de 100 veces más radiactividad al medio ambiente que una central nuclear equivalente. Las liberaciones mundiales de Uranio y Torio por el quemado de carbón ascienden a 37,300 toneladas métricas anualmente; de éstas unas 7,300 toneladas se generan en EUA. El desecho radiactivo que se genera por quemar carbón normalmente no se toma en cuenta al evaluar la limpieza de esta fuente de energía [RHODES, 2000]. Las centrales nucleares invierten en sistemas para restringir las potenciales liberaciones de material radiactivo, cosa que no sucede con las centrales de carbón; si las emisiones radiactivas de las centrales carboeléctricas fueran estrictamente controladas (como en las centrales nucleares) y se regulara más estrictamente sus emisiones contaminantes, la electricidad proveniente del carbón difícilmente sería más barata que la nuclear.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 23 Figura 10. Probabilidad de x muertes inmediatas por GW.a de producción de electricidad debido a accidentes severos para diferentes industrias [IAEA, 1992]. Energías Renovables: Las energías renovables (hidroeléctrica, solar, eólica, geotérmica y biomasa) tienen también consecuencias ambientales, muchas veces no reconocidas o bien poco comunicadas. Obviamente, estas consecuencias son modestas comparadas con las de los combustibles fósiles. La mayoría de las fuentes renovables colectan energía muy diluida y requieren grandes extensiones de terreno y equipos colectores masivos para concentrarla. Las celdas fotovoltaicas que se utilizan como colectores solares son semiconductores, cuya manufactura genera desechos metálicos tóxicos y solventes que requieren de tecnología especial para su disposición final. Un sistema global de energía solar sin el respaldo de plantas fósiles o nucleares sería potencialmente vulnerable a eventos que hagan caer los niveles de radiación solar (ej. erupciones volcánicas con grandes emanaciones de ceniza). Las centrales eólicas requieren mucho concreto y acero para su construcción y tienen bajo factor de capacidad debido a la intermitencia del viento. Desde el punto de vista estético, la energía eólica produce un impacto visual inevitable, ya que por sus características precisa de sitios que normalmente resultan ser los que más evidencian la presencia de los aerogeneradores (cerros, colinas, costas). En este sentido, la implantación de la energía eólica a gran escala, puede producir una alteración del paisaje, que deberá ser evaluada en función de la situación previa existente en cada localidad. También, al seleccionar el sitio de un parque eólico, es importante considerar si en las inmediaciones habitan aves, esto debido al riesgo de mortandad por impacto con las aspas.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 24 La hidroelectricidad requiere construir presas que sumergen grandes extensiones de terreno, desplazan a poblaciones rurales, cambian el curso y la ecología de los ríos y representan, como ya se ha comentado, cierto riesgo con respecto a la posibilidad de falla catastrófica (ruptura del dique o derrame). Adicionalmente, la generación hidroeléctrica emite también GI a la atmósfera; la vegetación sumergida bajo las aguas se descompone de forma anaeróbica, lo cual libera metano, un gas de invernadero veinte veces más efectivo que el dióxido de carbono [RHODES, 2000]. La geotermia, la cual explota el calor interno de la tierra que emerge en ciertas regiones del planeta, está inherentemente limitada y algunas veces coincide con sitios escénicos (ej. parques nacionales, reservas ecológicas, etc.) que obviamente es importante conservar. En cuanto al uso futuro de las energías renovables, organizaciones como el DOE/Energy Information Administration predicen que tendrán una participación en el consumo mundial de energía primaria no mayor al 9% en el 2030 [EIA, 2006]. Gas Natural: El gas natural tiene muchas virtudes como combustible si se compara con el carbón o el petróleo; su contribución a la energía total mundial seguramente crecerá en la primera mitad del siglo XXI. Desafortunadamente, las reservas mundiales son limitadas y no equitativamente distribuidas; es caro como fuente de energía comparado con el carbón y el uranio; además contamina el aire. Una planta de 1,000 MWe de gas natural libera 5.5 toneladas de óxidos de azufre por día, 21 toneladas de óxidos de nitrógeno, 1.6 toneladas de monóxido de carbono y 0.9 toneladas de partículas [RHODES, 2000]. También, el gas natural presenta riesgo de incendio y explosión. Energía nuclear: Una de las grandes ventajas de la energía nuclear es su capacidad de proporcionar enormes cantidades de energía a partir de un pequeño volumen de combustible. La fisión nuclear es varios millones de veces más energética que la combustión. Una tonelada de combustible nuclear produce energía equivalente a 2 ó 3 millones de toneladas de combustibles fósiles. Quemar un kilogramo de madera puede generar 1 kilowatt-hora de electricidad; 1 kg de carbón, 3 kWh; 1kg de petróleo, 4kWh [IAEA, 1997]. Un kilogramo de uranio natural en un reactor moderno del tipo Ligth Water Reactor genera 60,000kWh de electricidad [INSC, 2000]. Estas espectaculares diferencias en volumen ayudan también a entender la gran diferencia de los impactos ambientales de la energía nuclear comparada con los combustibles fósiles. Operar una central eléctrica de 1,000 MWe durante un año, dependiendo del combustible que usemos, requeriría 2,000 carros de tren de carbón, o 10 barcos supertanques de petróleo, pero únicamente 12 metros cúbicos de uranio natural [IAEA, 1997], [RHODES, 2000]. Por otro lado, las plantas fósiles (aún aquellas con sistemas de control de emisiones), generan miles de toneladas de gases tóxicos, partículas y ceniza que contiene metales pesados más desechos sólidos peligrosos. Una planta de 1,000 MWe de carbón sin tecnología para reducir emisiones produce en promedio anualmente 44,000 toneladas de óxidos de azufre y 22,000 toneladas de óxidos de nitrógeno que se dispersan en la atmósfera. Además, se generan 320,000 toneladas de ceniza, la cual contiene 400 toneladas de metales pesados (arsénico, cadmio, cobalto, plomo, mercurio, níquel y vanadio). Estas cantidades ignoran otras partes de la cadena de producción de energía tales como la minería y el transporte [IAEA, 1997]. Obviamente, las cantidades exactas de emisiones dependen de la calidad y contenido de azufre del carbón. Las centrales fósiles que utilizan métodos modernos para abatir emisiones pueden reducir las liberaciones de gases nocivos por un factor de diez; desafortunadamente, cantidades importantes de desechos sólidos pueden generarse en el proceso de abatimiento. Dependiendo del contenido de azufre, las cantidades de desechos sólidos que se generan durante el procedimiento de reducción de azufre para una planta de 1,000 MWe son anualmente 500,000
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 25 toneladas para el carbón, más de 300,000 toneladas para el petróleo y unas 200,000 toneladas para el gas natural (proceso de endulzamiento) [IAEA, 1997]. En contraste una central nuclear de 1,000 MWe no emite gases tóxicos u otros contaminantes y emite menos radiactividad per capita que la que se recibe por viajar en avión, de un detector de humo casero o de la televisión. Produce alrededor de 30 toneladas de desechos de alto nivel (combustible gastado) y 800 toneladas de desechos de nivel bajo e intermedio. Mediante compactación se pueden obtener importantes reducciones en el volumen de los desechos de bajo nivel; en EUA, estos desechos se han reducido en un factor de 10 en los últimos años a aproximadamente 30 metros cúbicos anuales de desecho compactado por planta (un total aproximado de 3,000 metros cúbicos de desechos para todas las plantas operando). En comparación, la industria en EUA genera anualmente más de 50,000,000 de metros cúbicos de desechos tóxicos sólidos [IAEA, 1997]. La mayor parte de los desechos de una planta nuclear tienen niveles de radiación bajos o intermedios. Mucho de este desecho es fácil de manejar y, por su baja intensidad, requiere de blindajes muy sencillos para su correcto manejo y transporte. Puede almacenarse a poca profundidad y los niveles de radiación decaen en un factor de 100 (a niveles encontrados en la naturaleza) en aproximadamente 200 años [IAEA, 2000]. Los desechos de bajo nivel podrían incluso ser menos radiactivos que la ceniza del carbón, la cual muchas veces se utiliza para hacer concreto y yeso, que se incorporan como materiales para construcción [RHODES, 2000], [IAEA, 1997]. Los desechos radiactivos de alto nivel consisten de los desechos líquidos resultantes del reprocesamiento de combustible gastado para recuperar plutonio y uranio, o únicamente el combustible gastado si éste no es reprocesado. Los desechos de alto nivel son intensamente radiactivos, pero gracias a su pequeño volumen, y a que no se liberan al medio ambiente, pueden ser meticulosamente secuestrados dentro de barreras múltiples. Algunos países, el más notable Francia, utilizan un ciclo de combustible cerrado (incluye reprocesamiento) en el cual el plutonio se separa del combustible gastado y una mezcla de plutonio y óxidos de uranio son nuevamente usados como combustible. Este reprocesamiento quita del combustible gastado la mayoría de los elementos tóxicos de larga vida como el plutonio. El volumen de desechos líquidos de alto nivel que resultan de reprocesar las 30 toneladas anuales de combustible gastado en una planta de 1,000 MWe, y que contienen el 99% de la radiactividad, es alrededor de 10 metros cúbicos; este desecho decae a niveles radiactivos menores a los del mineral de uranio natural en menos de mil años. En contraste, el combustible gastado sin reprocesar (ciclo abierto) tendrá que ser almacenado y permanecer bajo custodia por más de diez mil años [IAEA, 1997]. Obviamente el reprocesamiento cambia las bases del debate sobre la disposición de desechos. La comunidad científica y tecnológica está generalmente de acuerdo en que los desechos de alto nivel y el combustible gastado pueden ser almacenados de manera segura en formaciones geológicas estables, el problema es que, en la mayoría de los países, la selección de los sitios de almacenamiento es mayormente un asunto político y ningún país ha implantado todavía un sistema para depósito permanente del combustible gastado y otros desechos radiactivos producidos por las centrales nucleares. En algunos países hay ciertos avances: Bélgica, Canadá, EUA, Finlandia, Francia, Japón, Suecia y Suiza están realizando estudios avanzados de almacenamiento de desechos. Actualmente el único sitio de almacenamiento de desechos de alto nivel operando abrió en 1999 y es una planta piloto de aislamiento de desechos en Nuevo México, EUA. El método más viable para disposición de desechos de alto nivel es el geológico, en el cual los desechos son almacenados en cámaras a cientos de metros bajo tierra. El objetivo es prevenir la fuga de material radiactivo durante varios milenios mediante una combinación de barreras tecnológicas (ej. contenedores de alta resistencia) y geológicas (la estructura natural de la roca en que se excava el depósito y las características hidrológicas favorables del lugar). Décadas de estudios avalan la opción de disposición geológica como una forma extremadamente segura de almacenar a muy largo plazo los desechos de alto nivel. Los científicos tienen un considerable entendimiento de los procesos y eventos que podrían transportar a los radionúclidos del depósito
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 26 a la biosfera. No obstante lo dicho, el proceso de aprobación de los sitios sigue afrontando dificultades. En conclusión, técnicamente se cuenta con una solución segura para el almacenamiento a largo plazo de los desechos radiactivos; incluso, algunos sitios de almacenamiento se encuentran en etapas avanzadas de implantación; tal es el caso de Yucca Mountain, en EUA que se espera entre en operación para el año 2015 [DEUTCH, 2006]. Otro de los primeros países en construir un sitio permanente de almacenamiento para los desechos de alto nivel será Finlandia. En Olkiluoto, donde se localizan dos reactores nucleares, se ha iniciado la excavación en una instalación de investigación subterránea llamada Onkalo. Este proyecto involucrará el análisis de la estructura de la roca y de los acuíferos; también probará la tecnología de almacenamiento en condiciones subterráneas profundas. Si todo marcha de acuerdo a lo planeado y se obtienen las licencias necesarias del gobierno, los primeros contenedores podrían ser almacenados en el 2020 [DEUTCH, 2006]. 5.3 Proliferación. Los reactores nucleares generan plutonio fisionable que podría ser usado para el desarrollo de armas nucleares, por lo que la nucleoelectricidad ha originado ciertas preocupaciones acerca de la proliferación de armamento. En este sentido, en los últimos 35 años el sistema de salvaguardias del OIEA, que opera bajo el Tratado de No Proliferación Nuclear (NPT por sus siglas en inglés), ha sido exitoso internacionalmente al evitar el desvío del uranio de aplicación civil para usos militares. El sistema ha involucrado cooperación en materia de desarrollo de la energía nuclear a la vez que asegura que el uranio, plutonio y plantas nucleares de aplicación civil son utilizados únicamente para propósitos pacíficos y que no contribuyen de ninguna forma a programas de proliferación de armas nucleares. En 1995 el NPT fue extendido indefinidamente. Es interesante hacer notar que la nucleoelectricidad no es el motivador de la proliferación de armamento y en este contexto el propio OIEA ha establecido que, “el riesgo de proliferación no es cero, ni lo será aún cuando la nucleoelectricidad dejara de existir. Es un régimen de no proliferación continuamente reforzado lo que seguirá siendo la piedra angular de los esfuerzos para prevenir la proliferación de armamento nuclear” [RHODES, 2000]. Obviamente, si el uso de la energía nuclear se incrementa, como parece será el caso, tendrán que explorarse nuevos esquemas que refuercen los objetivos de no proliferación establecidos en el NPT. Por ejemplo, podría analizarse la posibilidad de tener un sistema internacional para reciclar y administrar el combustible gastado; el sistema combinaría almacenamiento (con posibilidad de recuperación) internacionalmente monitoreado con el uso de todo el plutonio separado para fabricar combustibles MOX para reactores nucleares comerciales; este enfoque reduciría también las cantidades de desechos y reduciría el tiempo requerido de disposición final.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 27 6. CONSECUENCIAS DEL CALENTAMIENTO GLOBAL. Como ya se ha comentado, la actividad humana ha incrementado los GI en la atmósfera. Conforme las concentraciones de estos gases se elevan, también aumenta la temperatura de la superficie del planeta, provocando su calentamiento global. Los efectos de este calentamiento son muy diversos y aún no se conocen totalmente, pero ciertamente éstos ya incluyen: calentamiento de los océanos, desaparición de glaciares, aumento del nivel del océano, adelgazamiento del hielo marino, deshielo del permafrost, mayor número de incendios devastadores, que los lagos se sequen, colapso de grandes plataformas de hielo, sequías prolongadas, inundaciones, que se sequen los arroyos de montaña, erosión de las costas, aumento repentino de las temperaturas en latitudes altas, afectación a la flora y fauna, etc. Obviamente, estos efectos representan riesgos mayores para ciertos sectores del planeta. El IPCC en su cuarto informe [IPCC, 2007] reporta algunas consecuencias del cambio climático y establece que el calentamiento global es un hecho inequívoco, lo que resulta evidente al observar los incrementos en las temperaturas globales promedio de los océanos y el aire; del derretimiento extendido de hielo y nieve; y del aumento global promedio del nivel del océano. También, el reporte del IPCC indica que a escala continental, regional y de cuencas oceánicas, se han observado numerosos cambios de largo plazo en el clima. Estos incluyen cambios en las temperaturas árticas y del hielo, en las cantidades de precipitación, en la salinidad del océano, en los patrones de viento y en aspectos de clima extremo que incluyen sequías, lluvias torrenciales, ondas de calor e intensidad de ciclones tropicales. La Tabla 6 resume algunas de las consecuencias más importantes del cambio climático e incluye algunas señales de advertencia que ya están ocurriendo en nuestro planeta. Es importante darse cuenta que algunas de estas consecuencias han incrementado el riesgo para personas, flora, fauna, etc. A continuación se presentan algunos ejemplos. Las olas de calor se han intensificado; por citar algunas, el año 2006 (15 de julio al 27 de agosto) Norteamérica sufrió una ola de calor que se extendió por la mayor parte de EUA y Canadá con un saldo de, al menos, 225 muertes. En agosto del 2003, Europa resintió una ola de calor muy severa que dejó como saldo al menos 35,000 muertes. En 1995 el área de Chicago sufrió una ola de calor que dejó alrededor de 600 muertes. En EUA las olas de calor fueron responsables (en promedio entre 1995 y 2004) de más muertes que cualquier otro fenómeno natural severo [NOAA, 2007]. Las predicciones del IPCC (ver tabla 7) indican que es muy probable que la frecuencia de las olas de calor, del calor extremo, y eventos de fuerte precipitación se incremente durante el presente siglo [IPCC, 2007]. Con respecto a las tormentas tropicales (ciclones, huracanes, etc.), el IPCC establece que existe evidencia de un incremento en la intensidad ciclónica tropical en el Atlántico Norte aproximadamente desde 1970, la cual se correlaciona con el incremento en la temperatura superficial de los mares tropicales, esto último ocasionado por el calentamiento global. Un estudio publicado en el 2005 examina la duración y velocidades máximas de los vientos de cada ciclón tropical que se formó en los últimos 30 años, encontrando que su poder destructivo se ha incrementado en un 70% tanto en el Océano Atlántico como en el Pacífico [KERRY, 2005]. Otro estudio, también del 2005 [WEBSTER, 2005], revela que el porcentaje de huracanes clasificados como categorías 4 y 5 se ha incrementado en el mismo período. Estas tendencias incrementan, para una gran cantidad de población, el riesgo de fatalidades y daño a la propiedad. De acuerdo a cifras del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en promedio entre 1995 y 2006, el costo anual de los daños por huracán ha sido $12,867.4 millones de dólares; simplemente en el 2005 (año de Katrina) el NOAA reporta 1016 muertes y daños por $95,139.6 millones de dólares por huracanes. Basado en los modelos, el IPCC proyecta que es muy
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 28 probable que los futuros ciclones tropicales sean más intensos con picos de velocidad de viento muy grandes y fuertes lluvias asociadas [IPCC, 2007]. Los glaciares y nieves de montaña se han reducido en ambos hemisferios. Un ejemplo palpable de esto es lo que ha ocurrido en el Glacier National Park en Montana EUA; en 1910 este lugar contaba con más de 150 glaciares; hoy quedan menos de 30 y el área de los que aún quedan se ha disminuido en dos tercios. Se pronostica que en 30 años podría ya no quedar ninguno. Parte de la plataforma de hielo Larsen B (localizado en la península antártica) se rompió a principios del año 2002. Los científicos han atribuido este hecho al fuerte calentamiento que ha sufrido la región (2.5 °C desde finales de los años 1940s). Desde 1974 la extensión de la cubierta de hielo en la Península Antártica se reducido en 13,500 kilómetros cuadrados. Si bien el hielo flotante no cambia el nivel del océano al derretirse, este colapso podría presagiar el rompimiento de otras plataformas de hielo en la antártida (por ejemplo las plataformas Ross y Larsen C) y permitir el aumento en la descarga glacial al mar desde capas de hielo en el continente, lo cual podría causar un importante aumento en el nivel del océano. Por ahora las plataformas más peligrosas en este sentido parecen estar estables. Los impactos del calentamiento global sobre los ecosistemas son muchos y variados. Una de las observaciones más recientemente difundidas se refiere al oso polar, el cual depende del hielo marino como plataforma para cazar focas (sus presas principales). Conforme más hielo se derrite, obtener alimento se vuelve una tarea más difícil para estos enormes mamíferos. Como muchas otras especies, los osos polares se están moviendo hacia el norte conforme la temperatura se incrementa. No es claro si estas especies lograrán sobrevivir al calentamiento global, pero muchos científicos dicen que el calentamiento ocasionará la extinción de muchas especies (incluyendo a los osos polares) en los próximos 50 años. Con respecto al nivel de los océanos, el IPCC establece que en el siglo pasado el incremento observado es de 0.17 (0.12 a 0.22) metros [IPCC, 2007]. Los diferentes escenarios SRES indican un potencial incremento para fines del presente siglo que va desde 10 centímetros hasta casi un metro. Dependiendo del caso, diferentes regiones del mundo se verían amenazadas por este aumento. Por ejemplo, un incremento de 10 centímetros afectaría a muchas islas con tierras bajas en los mares del sur; si el incremento fuera de 50 centímetros 75% de las tierras de Louisiana sufrirían graves daños; si el incremento fuera un metro desalojaría, en Bangladesh, a 70 millones de personas y Florida sufriría también grandes impactos. Obviamente estos son sólo ejemplos de cada uno de los casos. La más reciente proyección del IPCC es que el nivel del océano podría incrementarse entre 0.18 y 0.59 metros para fines de siglo con respecto al nivel de fines del siglo pasado [IPCC, 2007]; sin embargo se establece que los deshielos de grandes masas de hielo (ej. Groelandia) podrían hacer que el nivel se incremente mucho más. La Tabla 7 resume las observaciones y proyecciones más recientes del IPCC; en este contexto, es claro que la ocurrencia de eventos climáticos extremos será más frecuente, poniendo en riesgo a gran cantidad de personas, fauna, flora y medio ambiente. Si nos referimos a las personas, ¿quiénes serán los más vulnerables a estos efectos? Esto depende mayormente de su localización, el estatus económico, la cantidad de población y de su acceso a la tecnología. Sociedades económicamente desarrolladas (Norteamérica, Europa, Japón, etc.) podrían usar tecnología para reducir los impactos; por ejemplo, podrían desarrollar nuevas variedades de cultivos agrícolas, limitar el desarrollo en las costas, construir diques de contención de agua, etc. En contraste, sociedades económicamente menos desarrolladas, como las de África, Asia, y Sudamérica dependen más directamente del clima y podrían ser fuertemente afectadas por cambios climáticos mayores o bien súbitos. Lugares como las costas de Bangladesh e islas poco arriba del nivel del mar podrían ser inundadas por tormentas o el aumento del nivel del océano. En África las sequías podrían resultar más prolongadas (como ya está ocurriendo). Los países en desarrollo tienen mucho menos recursos para adaptarse a los cambios. Ellos podrían no ser capaces de pagar proyectos tales como diques, acueductos, etc. Los campesinos podrían tener dificultades para adoptar nuevas prácticas agrícolas. Inclusive podrían surgir tensiones sociales que conducirían a intranquilidad política y a migraciones a gran escala.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 29 Tabla 6. Ejemplos de consecuencias del calentamiento global y señales de advertencia Consecuencia Señales de Advertencia Temperaturas más cálidas - En muchos lugares se ha observado cambio en las temperaturas extremas en los últimos 50 años. Heladas y días y noches fríos son ahora menos frecuentes, en tanto que las ondas de calor y los días y noches calurosas son más frecuentes [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. - Once de los últimos doce años (1995-2006) están entre los 12 años más calurosos en el registro instrumental de la temperatura global superficial (desde 1850) [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. - Las temperaturas promedio en el Ártico se incrementaron a casi el doble de la tasa global promedio en los últimos 100 años [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. - Las temperaturas de la parte superior de la cubierta de permafrost se han incrementado desde 1980 en el Ártico (hasta en 30 C). El área máxima cubierta por suelo congelado de temporada se ha reducido desde 1990 en aproximadamente 7% en el Hemisferio Norte, con una reducción en la primavera de hasta 15% [IPCC, 2007]. Sequías e incendios más devastadores - Sequías más largas e intensas se han observado en grandes áreas desde 1970, particularmente en los trópicos y subtrópicos [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. - Entre 1900 y 2005 se ha observado menos precipitación (clima más seco) en Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia [IPCC, 2007]. -En 1998 las condiciones secas produjeron en Florida los peores fuegos arrasadores en 50 años. -En el 2002, los estados occidentales de EUA tuvieron su peor temporada de incendios arrasadores de los últimos 50 años; casi 3 millones de hectáreas se quemaron en Colorado, Arizona y Oregon, que tuvieron sus peores temporadas. -El período de abril a junio de 1998 fue el trimestre más seco en 104 años en los estados de Florida, Texas y Louisiana. -De abril a julio de 1999 fue el período (de cuatro meses) más seco registrado en 105 años en Nueva Jersey, Delaware, Maryland y Rhode Island. Lluvias y tormentas más intensas -La frecuencia de eventos de fuerte precipitación se ha incrementado en la mayoría de las áreas; esto es consistente con el calentamiento y los incrementos observados de vapor de agua en la atmósfera [IPCC, 2007]. - Se han observado incrementos significativos en las precipitaciones en las partes orientales de Norte y Sudamérica, el norte de Europa y en el norte y centro de Asia. Menos precipitación (clima más seco) se ha observado en Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia [IPCC, 2007]. Incremento en la intensidad de los ciclones -Existe evidencia por observación de un incremento en la intensidad ciclónica tropical en el Atlántico Norte aproximadamente desde 1970, la cual se correlaciona con el incremento en la temperatura superficial de los mares tropicales. También existen indicaciones de incremento en la actividad ciclónica tropical en algunas otras regiones [IPCC, 2007]. continúa........
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 30 Tabla 6. Ejemplos de consecuencias del calentamiento global y señales de advertencia Consecuencia Señales de Advertencia ....continúa de página anterior Olas de calor mortales y propagación de enfermedades -El año 2006 (15 de julio al 27 de agosto) Norteamérica sufrió una ola de calor que se extendió por la mayor parte de EUA y Canadá con un saldo de al menos 225 muertes. - En agosto del 2003, Europa resintió una ola de calor muy severa que dejó como saldo al menos 35,000 muertes. -En 1995 el área de Chicago sufrió una ola de calor que dejo alrededor de 600 muertes. -Mosquitos portadores de enfermedades se están propagando a medida que los cambios en el clima les permiten sobrevivir en áreas que antes les eran inhóspitas. Los mosquitos que pueden portar virus de fiebre del dengue antes estaban limitados a alturas de 1,000 metros, pero recientemente han aparecido a 2,200 metros en las Montañas Andinas de Colombia. Se ha detectado malaria en áreas más altas de Indonesia. Derretimiento de glaciares, deshielo temprano -Los glaciares y nieves de montaña se han reducido en ambos hemisferios. Decrementos muy extendidos en glaciares y cascos de hielo han contribuido al incremento en el nivel del océano (los cascos de hielo no incluyen las contribuciones de Groelandia y las cubiertas de hielo de la Antártida) [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. -Nuevos datos indican que las pérdidas de las cubiertas de hielo de Groelandia y la Antártida han muy probablemente contribuido al incremento del nivel del océano en el período de 1993 al 2003 [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. - Datos de satélite desde 1978 indican que la extensión promedio anual de la cubierta de hielo marino en el Ártico se ha contraído en un 2.7% por década, con más grandes decrementos en el verano (7.4% por década) [IPCC, 2007]. -Al ritmo de repliegue actual, todos los glaciares del Parque Nacional Glacier habrán desaparecido para el año de 2070. -Entre enero y marzo del 2002, después de existir por milenios, se desintegró la sección septentrional de la plataforma de hielo Larsen B en la Antártida, una sección más grande que el estado de Rhode Island, desintegrándose a una velocidad que asombró a los científicos. Desde 1995 el área de la plataforma de hielo se ha disminuido un 40%. Aumenta el nivel del océano -Observaciones desde 1961 muestran que la temperatura promedio global del océano se ha incrementado hasta profundidades de al menos 3,000 metros y que el océano ha estado absorbiendo más del 80% del calor que se le ha adicionado al sistema climático. Tal calentamiento causa que el agua se expanda, contribuyendo al incremento en el nivel del océano [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. -El nivel promedio global del océano se ha incrementado a una tasa promedio de 1.8 (1.3 a 2.3) mm por año en el período 1961 al 2003. La tasa de incremento fue más rápida del año 1993 al 2003 (3.1 mm por año) [WNA1, 2007], [IPCC, 2007]. Cambia el ecosistema y mueren especies -Por lo menos 279 especies de plantas y animales ya están respondiendo al calentamiento global. Las zonas geográficas de distribución de las especies se han movido hacia los polos a un ritmo promedio de 6.5 Km (4 millas) por década y sus brotes se han adelantado en promedio 2 días por cada década.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 31 Tabla 7. Tendencias recientes, valoración de la influencia humana sobre la tendencia y proyecciones de eventos climáticos extremos para los cuales hay una tendencia observada a finales del Siglo XX [IPCC, 2007]. Fenómeno y tendencia Probabilidad de que la tendencia haya ocurrido a finales del Siglo XX (típicamente después de 1960) Probabilidad de contribución humana a la tendencia observada Probabilidad de futuras tendencias basado en proyecciones para el Siglo XXI usando los escenarios SRES Más calor y menor número de días y noches frías Muy probable Probable Virtualmente cierto Más calor y mayor frecuencia de días y noches más cálidos Muy probable Probable(noches) Virtualmente cierto Períodos de calor / Ondas de calor Más frecuentes Probable Más probable que no Muy probable Eventos de fuerte precipitación. Frecuencia (o proporción de la precipitación total originada por fuertes precipitaciones) se incrementa Probable Más probable que no Muy probable Se incrementa el área afectada por sequías Probable en muchas regiones desde los años 1970s Más probable que no Probable Se incrementa la intensidad de la actividad de los ciclones tropicales Probable en muchas regiones desde los años 1970s Más probable que no Probable Mayor incidencia de niveles altos del océano (excluye Tsunamis) Probable Más probable que no Probable Tomada de la Referencia [IPCC, 2007] Tabla SPM-2.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 32 7. CONCLUSIONES. El calentamiento global es un hecho inequívoco y resulta evidente al observar el incremento en la temperatura global del aire y océanos, el aumento del nivel global de mar y los grandes derretimientos de nieve y hielo. Existe muchísima evidencia de que este calentamiento ha sido seguramente ocasionado por la actividad humana, principalmente a partir de 1750. El incremento global en las concentraciones de los principales gases de invernadero se debe mayormente al uso de los combustibles fósiles. Los fuertes efectos y consecuencias del calentamiento global ya se recienten y algunos de ellos representan grandes riesgos para ciertos sectores de la población y medio ambiente. El incremento de la población y el crecimiento económico de los países en desarrollo aumentarán sustancialmente la demanda de energía durante el presente siglo. Para el año 2030, las proyecciones indican un incremento entre el 50 y 70 por ciento en el consumo mundial de energía, siendo los combustibles fósiles la fuente de energía dominante. Aunque crecerá en capacidad instalada, la participación de la energía nuclear se mantendrá en aproximadamente el 6% de la mezcla energética hasta el año 2030. En los escenarios energéticos, la capacidad nuclear de generación crecerá de 368 GW en 2005 a 416-438 GW en el 2030. Las emisiones proyectadas de CO2 para el 2030 son del orden de 40 Billones (millardos) de toneladas por año, lo cual es congruente entre las proyecciones del IEA/WEO 2006, el EIA/IEO 2006 y un escenario IPCC/SRES digamos “promedio” (ni el más alto ni el más bajo). Obviamente, bajo los esquemas actuales de uso de energía las emisiones de gases de invernadero se acelerarán. A la luz de los hechos y expectativas, resulta claro que es más urgente que nunca reducir la dependencia de los combustibles fósiles, incrementar la diversidad de los combustibles y mitigar las emisiones que desestabilizan el clima. En este contexto la energía nuclear tiene grandes posibilidades de contribuir. Factores como su gran potencial energético, sus ventajas ambientales, su excelente record de seguridad, su cada día mejor desempeño operativo y su costo competitivo, hacen de la energía nuclear una opción energética que puede ayudar no sólo a cubrir las importantes necesidades futuras de energía, sino también a estabilizar las emisiones de gases de invernadero y de otros contaminantes a la atmósfera. Obviamente, esto se traduce no sólo en reducir los riesgos asociados al calentamiento global, sino también otros daños a la salud (ej. los ocasionados por los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre que se liberan al quemar combustibles fósiles). Aunque la capacidad instalada de generación eléctrica con energía nuclear se incrementará durante el presente siglo, es la opinión del autor de este trabajo que esta opción está siendo subutilizada. La mejor oportunidad que tenemos de lograr un desarrollo sustentable, satisfaciendo las necesidades de las presentes generaciones sin comprometer la posibilidad de que las futuras generaciones también lo hagan, es no dejando fuera ninguna opción energética; permitamos que todas las opciones compitan en una base más equitativa, que mejoren sus tecnologías, y contribuyan al bienestar con base en su potencial energético, seguridad de suministro, beneficios ambientales, niveles de seguridad y obviamente costo. En este contexto, la energía nuclear seguramente destacaría. Un comentario final, utilizar más intensivamente la energía nuclear no es el único paso que debemos dar para estabilizar y reducir las emisiones de gases de invernadero. En general, se deben implantar políticas que permitan que la producción y uso de la energía sean más eficientes. Dos ejemplos: primero, en el sector transporte el uso de automóviles y camiones más
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 33 eficientes evitaría importantes cantidades de emisiones; segundo, el uso más eficiente de la electricidad en los electrodomésticos, alumbrado, motores industriales, aire acondicionado, etc. también contribuiría en forma importante al mencionado objetivo.
    • Energía Nuclear y Calentamiento Global: Una perspectiva Basada en Riesgos Especialidad: Ingeniería Nuclear 34 8. REFERENCIAS [DEUTCH, 2006] John M. Deutch, Ernest J. Moniz, “The Nuclear Option”, Scientific American, September, 2006. [EC, 2003] European Commission, “External Costs: Research results on socio- environmental damages due to electricity and transport”, European Commission Directorate-General for Research, EUR 20198, Brussels, 2003. http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/externe_en.pdf [EIA, 2004] Energy Information Administration / International Emissions Data, International Energy Annual 2004. http://www.eia.doe.gov/environment.html [EIA, 2006] Energy Information Administration (EIA), “International Energy Outlook 2006”, DOE/EIA-0484, June 2006. http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/highlights.html http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/emissions.html [EPA, 2002] U.S. Environmental Protection Agency, “Greenhouse Gases and Global Warming Potential Values”, Excerpt from the inventory of U.S. Greenhouse emissions and sinks: 1990-2000, April, 2002. http://www.epa.gov/globalwarming/publications/emissions [HANSEN, 2005] J. Hansen, R. Ruedy, M. Sato, and K. Lo, “GISS Surface Temperature Analysis, Global Temperature Trends: 2005 Summation”, NASA Goddard Institute for Space Studies and Columbia University Earth Institute, New York, NY 10025, USA. http://data.giss.nasa.gov/gistemp/2005/ [IAEA, 1992] IAEA, “INSAG-5, The Safety of Nuclear Power”, Report by the International Nuclear Safety Advisory Group, Safety Series No. 75- INSAG-5, Vienna, 1992. [IAEA, 1997] IAEA, “Sustainable Development and Nuclear Power”, Booklet, Vienna Austria,1997. http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Development/devsix.html http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Development/devten.html [IAEA, 2000] International Atomic Energy Agency, “Climate Change and Nuclear Power”, IAEA/PI/A72E, 00-02779, November, 2000. [INSC, 2000] International Nuclear Societies Council, “Nuclear Power and the Environment”, Current Issues in Nuclear Energy, INSC, 2002. [IPCC, 2000] Intergovernmental Panel on Climate Change, “IPCC 2000: Special Report on Emission Scenarios”, A Special Report of Working Group III of the IPCC, Cambridge University Press, Cambridge UK, 2000.
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