Energia. Nuevas Fuentes de Energia. TECNOL.

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Tecnología

La desigual distribución de las reservas mundiales de combustibles clásicos (carbón, petróleo, gas natural, etc.) y la sospecha de que en un plazo no demasiado largo lleguen a ser insuficientes para cubrir la creciente demanda han obligado a estudiar nuevos procedimientos de obtención de energía. Una aspiración de todos los tiempos ha sido la de la transformacióp utilizable de los tipos naturales de e.; sin embargo, su desarrollo en gran escala, excepto para el caso de la e. hidráulica, no ha pasado todavía del plano experimental. Por ej., la e. de las mareas está siendo estudiada con creciente interés; la e. cinética de los vientos, que durante siglos ha sido utilizada como motriz para pequeños ingenios, está sufriendo también una cuidadosa investigación, así como la e. geotérmica de los volcanes que en la actualidad ya suministra calor a alguna pequeña ciudad. De cualquier forma, estas ideas representan soluciones de tipo local con una gran dependencia de agentes exteriores incontrolables y no pueden ser consideradas como de aplicación universal; de ahí que la mayor parte de la investigación se oriente en otras direcciones.

La energía nuclear. Desde el descubrimiento de la radiactividad (v.) al final del siglo pasado, los físicos han hecho conjeturas acerca de la e. almacenada en el átomo. La medida de las masas atómicas demostró la existencia de dos reacciones nucleares exoenergéticas aprovechables como fuentes de e. útil: la fisión y la fusión nuclear (v.). La reacción de fisión, producida sólo en determinados elementos pesados, fue la primera realidad en este aspecto. Los reactores nucleares (v.), cuyo objetivo es proporcionar un medio en el cual la fisión pueda ser iniciada, sostenida y controlada, están suministrando ya una parte sustancial de la electricidad consumida en el mundo. El uranio (v.), "combustible" básico para estas instalaciones, es un elemento relativamente abundante (0,004°% de la corteza terrestre), pero sus minerales lo contienen en muy pequeña cantidad, lo que encarece considerablemente su explotación. Además, sólo uno de los tres isótopos (v.) que contiene el uranio natural es fisionable en alta proporción, el U235, lo que supone la necesidad de consumir grandes masas de combustible. Ello ha llevado a la utilización del uranio enriquecido (con alta proporción de U235) que reduce el tamaño del reactor y aumenta la vida útil del combustible. El enorme coste del enriquecimiento del uranio hace que su obtención esté todavía limitada a países de avanzado desarrollo industrial, lo que obliga a los restantes a depender de ellos para sus necesidades de combustible; países con grandes reservas de mineral de uranio tienden a mantener su autonomía utilizando el uranio natural, a pesar de que ello suponga la construcción de reactores de tecnología ya superada. Por otra parte, un estudio de las reservas mundiales de uranio no conduce a conclusiones optimistas. Países en los que la proporción de electricidad de origen nuclear va en aumento temen agotar pronto sus reservas y dirigen su atención hacia otro material fisionable: el plutonio.

El plutonio se obtiene como subproducto del uranio ya "quemado" en el reactor; la comparación de las propiedades de estos dos elementos como combustibles nucleares, demuestra que el plutonio no presenta ventajas decisivas para los reactores de tecnología actual (reactores térmicos) y no parece que vaya a ser utilizado en ellos en gran escala y con carácter general, pero aparece como combustible ideal para los reactores rápidos, que son en la actualidad el paso más avanzado de la tecnología nuclear. Éstos se fundan en el empleo de los neutrones desprendidos en la reacción de fisión con toda su e. inicial, lo que supone la necesidad de un agente de extracción de calor de excelentes características, p. ej., el sodio líquido. Estos reactores constituyen el medio más eficaz para utilizar el plutonio procedente de los sistemas térmicos; su capacidad para regenerar más plutonio hace que el aprovechamiento de la e. disponible en el uranio alcance el 75%, frente a un porcentaje del 1 ó 2% en el caso de los reactores térmicos. Inglaterra, país avanzado en este aspecto, tiene en construcción el prototipo PFR que estará en servicio antes de 1980. Alemania, la URSS y los Estados Unidos tienen otros prototipos en construcción.

De todas formas, la fisión no es la respuesta completa al problema de la obtención de e. nuclear, pues aunque las fuentes de materiales básicos son muy abundantes, especialmente minerales de uranio y torio, existen muchos países que, o no poseen estos minerales, o no tienen medio para preparar el mejor combustible nuclear, el uranio enriquecido. En cambio, la fusión nuclear (fundamento de la bomba H) promete ser la fuente de e. del futuro. Su material combustible esencial es el deuterio, isótopo pesado del hidrógeno, que se presenta en el agua en la proporción de 1/6.500. La enorme cantidad de agua que existe en la Tierra representaría una reserva prácticamente inagotable. Si el proceso de la fusión fuera operativo, aun a muy bajo rendimiento, el coste del combustible sería insignificante. Pero todavía es necesario resolver problemas tecnológicos extremadamente difíciles antes de que la e. de fusión pueda ser dominada. En numerosos laboratorios se investiga sobre estos temas; el principal interés se centra en el estudio del plasma (v.), especie de cuarto estado de la materia, necesario para que la fusión tenga lugar. Afortunadamente, las reservas de combustibles clásicos y de fisión son suficientes para permitir una adecuada investigación de la fusión durante varias décadas.

Otras fuentes. El desarrollo de fuentes de e. más pequeñas está adquiriendo en los últimos tiempos un gran avance. Son muchos los aspectos de la tecnología actual que necesitan fuentes energéticas propias, bien porque su funcionamiento exija una adecuada autonomía y no permita la conexión a la red general, bien porque su localización esté en sitios donde no es posible la llegada de una instalación grande. El vacío existente entre las baterías químicas primarias o secundarias, que proporcionan potencias de pocos watios, y las grandes centrales eléctricas, se ha cubierto con las llamadas pilas de combustible, dispositivos electroquímicos semejantes a los acumuladores, pero en los que las sustancias reaccionantes son aportadas de forma continua y el producto de la reacción es extraído constantemente. Al igual que motivos militares en las últimas guerras provocaron los estudios minuciosos de la fisión nuclear, el programa espacial está activando en gran medida el desarrollo de estas fuentes energéticas intermedias. La pila de combustible de hidrógeno y oxígeno es la fuente ideal para misiones espaciales de pocos meses de duración: es ligera, limpia, sin vibraciones y fácilmente controlable. Para misiones espaciales de mayor duración se han desarrollado baterías nucleares basadas en la emisión de partículas cargadas desde una superficie recubierta con un radioisótopo.

La mayor ventaja atribuida a las pilas de combustible parece ser el hecho de permitir la combustión de materiales clásicos con un rendimiento de conversión de la e. calorífica en eléctrica superior al de las plantas eléctricas de vapor actualmente en servicio, puesto que no estarían limitadas por el rendimiento del ciclo de Carnot. En general, se está prestando especial atención al problema de aumentar el rendimiento en las conversiones de unos tipos de e. en otros, y en especial las que tienen como final la e. eléctrica.

El descubrimiento de la termoelectricidad (v.), la conversión termoiónica y la magnetohidrodinámica han permitido pensar en una forma de conversión directa que elimine partes móviles de las máquinas transformadoras, aumentando la eficacia de los sistemas. Con estas nuevas ideas ha empezado a tomar importancia el aprovechamiento de la e. solar, que puede ser convertida directamente en eléctrica por generadores fotovoltaicos. El desarrollo de la primera celda solar de silicio fue anunciado por los Bell Telephone Laboratories en 1952; actualmente se construyen celdas que aprovechan hasta el 25% de la e. radiante, pero su precio sigue siendo muy elevado por lo que sólo se utilizan como fuente de alimentación en satélites artificiales.

V. t.: FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR; REACTORES NUCLEARES; NUCLEAR, ENERGÍA; PILAS Y ACUMULADORES.

L. IZQUIERDO ROCHA.

BIBL.: CH. R. RUSSELL, Elements ot energy conversion, Oxford 1967; D. P. GREGORY, Las pilas de combustible, "Endeavour" enero 1969; A. G. FRAME, Los reactores nucleares rápidos, clave del abaratamiento de la electricidad, "Energía Nuclear" 55 (1968); S. GLASSTONE y A. SESONSKE, Nuclear Reactor Engineering, Nueva York 1962.