Hauríem de dir que «el segle nuclear» té prou més de cent anys: en realitat és un segle de 14.000 milions d’anys. Són els anys que han passat des del big bang… Tanmateix, el segle xx ha estat el període en què la denominada civilització humana ha pogut governar, i per tant utilitzar, el fenomen de la radioactivitat, un fenomen congènit a la construcció del nostre planeta com a lloc habitable. Vagi també per endavant que tant el ressorgiment com la decadència de l’energia nuclear a Europa han tingut com a principal impuls el fanatisme germànic en els seus vessants nacional-socialista i eco-socialista. Però anem a pams…
L’origen de tot plegat
El planeta Terra en aquests moments és un sistema aïllat des del punt de vista termodinàmic, és a dir, que bescanvia sobretot energia amb el gran reactor termonuclear que anomenem Sol i no bescanvia matèria amb la resta de l’Univers (tret de la pols còsmica o algun meteorit). Això no sempre ha estat així. Els orígens del nostre planeta han estat convulsos i fascinants des del punt de vista de la generació còsmica dels elements que componen la taula periòdica. Entre tots aquests elements, i sobretot entre els més pesants, apareixen isòtops inestables que són l’origen del fenomen de la radioactivitat.
L’observació d’aquest fenomen es documenta en la transició del segle xix al segle xx. L’any 1895, Wilhem Rontgen descobreix la radiació ionitzant i produeix els anomenats raigs X, en realitat partícules o radiació alfa. L’any 1896, Henri Becquerel observà que la pechblenda (diòxid d’urani) enfosquia les plaques fotogràfiques i va poder demostrar que la causa era una altra forma de radiació ionitzant, la radiació beta. El matrimoni Curie –Pierre i Marie– anomenà aquests fenòmens «radioactivitat», l’any 1896, com a resultat del seu treball sistemàtic i pioner en la determinació d’elements radioactius a partir de la pechblenda que desembocà en el descobriment del poloni. Ja l’any 1898 Samuel Prescott va mostrar que la radiació ionitzant destruïa els bacteris dels aliments. Paul Ulrich Villard va observar una tercera forma de radiació ionitzant en els seus experiments amb sals de radi a l’École Normale Supérieure de París l’any 1900. Tres anys després Ernest Rutherford la va anomenar raigs gamma.
«El futur de l’energia nuclear tindrà a veure amb l’acceptació social d’una tecnologia altament estigmatitzada per la manera com va néixer i pel risc que implica»
Totes aquestes observacions requerien una certa sistematització i va ser Ernest Rutherford, considerat el pare de l’energia nuclear, qui va començar a intentar-ho. Ell va ser el primer a demostrar que l’emissió de partícules alfa o beta d’un element inestable generava un element diferent de l’original. En els seus experiments amb nitrogen i partícules alfa va observar la producció d’oxigen. Així mateix, en l’any 1911, Rutherford va proposar que la càrrega positiva de l’àtom es concentrava en una esfera de radi molt petit (10–14 m), a la qual anomenà nucli. Per contra, la càrrega negativa es localitzava en un espai més gran (10–10 m) en forma d’electrons.
L’accident de Fukushima, l’11 de març de 2011, ha motivat un canvi d’actitud generalitzada davant l’energia termonuclear de fissió. En la imatge, central nuclear de Cofrents, a València. © Valentín Rodríguez
Entren els teòrics
Tot aquest brogit d’observacions experimentals va coincidir i va retroalimentar els fascinants desenvolupaments en el camp de la física teòrica que s’estaven coent en un moment molt especial del desenvolupament científic. Si bé el segle xix havia estat el segle dels grans avenços en la química, és clar que la primera meitat del segle xx ha estat el període que ha marcat el desenvolupament de la física teòrica i en especial el de la física relativa a la constitució de l’àtom. En aquest sentit el treball del físic danès Niels Bohr va ser cabdal per a la interconnexió entre les observacions ja esmentades i el desenvolupament de la teoria quàntica de l’àtom. Tot això passava a l’inici del 1930, una dècada en què es varen desencadenar tot un seguit d’esdeveniments socials, econòmics i científics que crec que són la clau per entendre el naixement i potser també la mort de l’energia nuclear.
L’any 1932, James Chadwick descobreix el neutró com a partícula atòmica sense càrrega del nucli. El 1932, Cockcroft i Walton produeixen transformacions nuclears bombardejant àtoms amb protons accelerats. Va ser el 1934 quan la filla dels Curie, Irène, i el seu marit, Frédéric Joliot, trobaren que algunes d’aquestes transformacions generaven radionúclids artificials (elements radioactius que no són estables). L’any 1935 Enrico Fermi, un físic italià clau en el desenvolupament de la fissió nuclear, estableix que si s’utilitzen neutrons en el bombardeig d’àtoms, la quantitat i varietat de radionúclids que es generen creix.
A finals de 1938, Otto Hahn i Fritz Strassman varen demostrar en els seus experiments berlinesos que elements més lleugers, com el bari, es formaven indicant l’existència de la fissió atòmica. Com veurem més endavant, aquest descobriment, fet al Berlín de 1938, va ser fonamental per explicar la metamorfosi dels programes de recerca nuclear cap a programes militars. Al mateix temps, Lisa Meitner, que ja havia hagut d’emigrar a Dinamarca, treballant amb Niels Bohr, va demostrar, conjuntament amb el seu nebot, Otto Frisch, que el neutró era capturat pel nucli i que això propiciava la fissió del nucli en dos; l’energia que aquest procés deixava anar es calculava en uns 200 milions d’electrovolts. El mateix Otto Frisch ho va confirmar experimentalment el 1939.
«El programa “Atoms for Peace” d’Eisenhower pretenia reorientar de manera significativa els esforços de recerca cap a la utilització no militar de l’energia nuclear»
En paral·lel, Werner Heisenberg, pare del principi d’incertesa, presidia el programa nuclear alemany sota el Ministeri Alemany de l’Exèrcit, que immediatament el va enforcar cap a les aplicacions militars. La creació d’aquest programa amb el nom de German Uranverein va ser el motiu principal per al desenvolupament dels programes militars a la Gran Bretanya i posteriorment als Estats Units.
Aquest desenvolupament científic era de caire universal, però se centrava principalment en els laboratoris de Cambridge, Copenhaguen, Berlín i Roma. Al mateix temps, i en el context de la revolució soviètica, Rússia es va interessar per tots aquests avenços i primer va destacar els seus científics als laboratoris internacionals, principalment a Cambridge i a Berlín, però a començament dels anys trenta va començar a establir els seus propis laboratoris, liderats pels científics que havien estat a l’exterior, principalment Kirill Sinelnikov, Piotr Kapitsa i Vladimir Verdnadski. La invasió de Rússia per les tropes alemanyes va propiciar la creació del programa nuclear militar de l’URSS, que és cabdal per entendre la noció de la Guerra Freda i les seves ramificacions en el marc de la catàstrofe nuclear civil més gran documentada fins el moment.
La necessitat de preservar la civilització i la bomba atòmica
En el seu magistral The Making of the Atomic Bomb Richard Rhodes documenta que, darrere dels desenvolupaments de molts dels científics considerats com a pares (putatius) de la bomba atòmica, hi havia una voluntat ferma d’aturar la barbàrie nacional-socialista que molts d’ells havien patit personalment, i la necessitat que el pensament racional i científic doblegués el fanatisme nazi. En aquest sentit, ja des del començament de la Segona Guerra Mundial, els científics britànics varen pressionar el seu govern i el resultat d’això va ser el «memoràndum Frisch-Peierls», que posava les bases per a la construcció de la bomba atòmica a partir de 5 kg d’urani 235.
A partir d’aquí es va crear el comitè interuniversitari conegut com a MAUD, que, conjuntament amb l’empresa ICI (Imperial Chemical Industries), va produir els primers kilograms d’hexafluorur d’urani, va establir els mecanismes per a la generació de neutrons lents i la secció creuada de l’urani 235. El producte final del comitè MAUD varen ser dos informes: Use of Uranium for a Bomb i Use of Uranium as a Source of Power al juliol de 1941.
Curiosament, els científics dels Estats Units, i particularment l’Acadèmia Nacional de Ciències, només varen centrar l’atenció en el desenvolupament energètic, i no pas en el militar, fins que el 7 de desembre de 1941 els japonesos varen atacar Pearl Harbor. A partir de l’entrada en el conflicte bèl·lic, les bases del Projecte Manhattan es varen posar en marxa, i durant uns mesos, científics britànics i americans, conjuntament amb destacats exiliats centreeuropeus, varen col·laborar intensament. El fruit d’aquesta col·laboració va ser el mes d’agost del 1943, quan el president Roosevelt i en Winston Churchill varen signar un acord pel qual els britànics bescanviaven els informes de la comissió MAUD amb els americans, qui, al seu torn els feien arribar còpies dels informes de progrés del Projecte Manhattan.
Com ja és ben sabut, el primer giny atòmic es va fer explotar a Alamogordo, Nou Mèxic, el 16 de juliol de 1945. La primera bomba atòmica va ser llençada sobre Hiroshima el 6 d’agost del mateix any i la barbàrie va ser completada a Nagasaki amb la segona bomba, que es va llençar el 9 d’agost. Aquest mateix dia l’URSS declarava la guerra al Japó i l’endemà es produïa la rendició de l’exèrcit nipó.
Contràriament al que s’havien proposat els iniciadors, la bomba atòmica no va ser utilitzada per aturar l’horror nazi, els alemanys havien desestimat la construcció de la seva bomba el 1942, i només va ser l’inici d’una escalada militar sense precedents. El programa nuclear soviètic es va posar ràpidament en marxa i la primera bomba atòmica soviètica va ser detonada a Semipalatinsk (Kazakhstan) l’agost de 1947. La «calenta» guerra freda estava servida i l’energia nuclear mai es podria treure de sobre l’estigma del seu naixement.
Els descobriments sobre la radioactivitat efectuats a les acaballes del segle xix per Pierre i Marie Curie obriren la porta a les transcendentals aplicacions tecnològiques de l’energia nuclear dutes a terme al llarg del segle xx. © Vitold Muratov
«Àtoms per a la pau»: la generació elèctrica nuclear
Només van ser necessaris cinc anys per dur a terme una part del que es va dissenyar en el memoràndum Frisch-Peierls. Un cop s’havia acabat la guerra es podia començar a pensar en la segona part del memoràndum, «la caldera nuclear». La conseqüència directa del desenvolupament de les bombes atòmiques va ser un increment notable de la tecnologia nuclear tant per la part angloamericana com per la part soviètica. Aquest desenvolupament tecnològic va donar pas a la creació dels primers reactors nuclears de caire experimental. El primer reactor capaç de donar energia va ser l’anomenat Experimental Breeder Reactor (EBR-1), que es va posar en marxa el desembre de 1951 a Idaho. L’any 1953 el president Eisenhower va proposar el programa «Atoms for Peace», que pretenia reorientar de manera significativa els esforços de recerca cap a la utilització no militar de l’energia nuclear.
Al mateix temps, a l’URSS es treballava en el desenvolupament de diversos tipus de reactors i el primer reactor capaç de generar electricitat a escala comercial, l’AM-1, es va engegar a Obnisk. Aquest reactor moderat per grafit va ser el predecessor del tristament famós de Txernòbil, de tipus RBMK (acrònim de Reactor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy [Реактор Большой Мощности Канальный]), és a dir reactor de gran potència tipus canal). Ambdós tenien com a factor de disseny comú la semblança quant a disseny als emprats per a produir plutoni per a armament nuclear.
Per la banda nord-americana, el desenvolupament més important en aquell moment va ser el dels reactors d’aigua pressuritzada o PWR (acrònim de Pressurized Water Reactor), que utilitzaven diòxid d’urani enriquit i que es moderaven i refrigeraven amb aigua (i no amb aigua pesant). El primer reactor d’aquest tipus (Mark-1) el desenvolupà la marina americana per als seus submarins i va ser instal·lat per primer cop a l’USS Nautilus. A partir d’aquí es va desenvolupar el reactor de PWR de demostració a Shippingport, Pennsilvània, amb 60 megawatts (MW) i que va estar en funcionament des del 1957 fins al 1982.
Com que els britànics no tenien accés a urani enriquit, a la Gran Bretanya es va optar per desenvolupar reactors que utilitzaven urani metàl·lic, moderats per grafit i refrigerats amb gas. Aquest tipus de reactors es coneixen per Magnox i el primer es va posar en funcionament a Calder Hall l’any 1957 i va estar en servei fins l’any 2003. Es varen posar en marxa fins a 26 unitats d’aquest tipus de reactors a la Gran Bretanya.
El desenvolupament comercial de l’energia nuclear: 1960-1985
Westinghouse va començar a desenvolupar i millorar el disseny dels primers PWR i el primer reactor de 250 MW es va posar en marxa a Yankee Rowe el 1960. Va ser operatiu fins al 1995. Mentrestant Argonne National Laboratory va desenvolupar els reactors d’aigua bullent o BWR (acrònim de Boiling Water Reactor) i la General Electric va posar en marxa el primer BWR de 250 MW, conegut com Dresden-1. Cap a final dels seixanta els reactors que es dissenyaven, tant PWR com BWR, eren de 1.000 MW.
Canadà va desenvolupar, per altra banda, el seu primer reactor comercial de CANDU fuel, que utilitzava diòxid d’urani natural i aigua pesant com a moderador i refrigerador. El programa nuclear francès no militar va començar l’any 1956 amb un disseny molt similar al Magnox, però a continuació es va decantar per desenvolupar la seva pròpia tecnologia PWR en tres generacions successives, estratègia que li ha permès tenir un lloc predominant dins el mercat nuclear mundial. Mentrestant, a l’URSS es va optar per continuar desenvolupant el tipus RBMK i el primer de 1.000 MW es va posar en marxa a Sosnovy Boy el 1973.
A Espanya, la primera central nuclear la va construir Westinghouse a Zorita (Càceres), i era del tipus PWR, amb 150 MW de potència. Es va engegar l’any 1968 i va estar funcionant fins al 2006; actualment està en procés de desmantellament. La primera generació de reactors nuclears es va completar amb el de Garoña (Burgos), un reactor BWR (General Electric) de 460 MW, que té permís d’explotació fins al 2013, i finalment la central Vandellòs I (Tarragona), inaugurada el 1972, que va ser l’únic reactor moderat amb grafit i refrigerat amb gas o GCR (acrònim de Gas Cooled Reactor) que es va construir a Espanya. D’una potència instal·lada de 480 MW, va funcionar fins a l’any 1989, quan va patir un incendi a la sala de turbines que va ser qualificat d’important a escala internacional. Les inversions necessàries per a millorar el reactor prescrites pel Consell de Seguretat Nuclear el varen fer econòmicament inviable i es va desmantellar.
«Tot fa indicar que qualsevol desenvolupament de l’energia nuclear serà en els anomenats països emergents, especialment a la Xina i l’Índia»
La segona generació de centrals instal·lades al nostre país varen ser les d’Almaraz I i II a la província de Cáceres (PWR Westinghouse, 2 × 1.040 MW), Ascó I i II a Tarragona (PWR Westinghouse, 2 × 1.035 MW) i Cofrents a València (BWR General Electric, 1.011 MW). La tercera generació de centrals nuclears la constitueixen les centrals de Vandellòs II (PWR Westinghouse, 1.035 MW) i la de Trillo a Guadalajara (PWR Siemens, 1.077 MW). Aquestes últimes es posaren en marxa en els anys 1987-88 i són les darreres centrals establertes a Espanya.
Malauradament, l’any 1984, a conseqüència dels atacs terroristes d’ETA a la central de Lemóniz (Biscaia), moriren quatre obrers i dos enginyers. La central no es va arribar a posar mai en marxa i el govern de Felipe González va establir la moratòria nuclear a Espanya. En conseqüència, dels 7.700 MW de potència nuclear instal·lada a Espanya, el 40% són a Catalunya; Catalunya i el País Valencià junts acaparen el 53% de la potència nuclear espanyola.
L’energia nuclear, avui
El desenvolupament comercial de l’energia nuclear ha estat utilitzant bàsicament les tecnologies PWR i BWR. De la totalitat de reactors nuclears comercials instal·lats actualment, un 57% són del tipus PWR, un 22% de disseny BWR, mentre que els refrigerats per gas (GCR) són un 8%. El 13% restant són de dissenys diversos, inclòs el nefast RBMK soviètic.
Els Estats Units d’Amèrica són el país que domina la implantació comercial d’aquesta tecnologia, amb 807 bilions de kWh de generació en l’any 2010; seguits de França, amb 408 bilions de kWh i Japó, amb 279 bilions de kWh. Rússia, Corea del Sud i Alemanya tenien al voltant de 140 bilions de kWh; Canadà, Ucraïna i Xina, al voltant de 80 bilions de kWh i tanca la llista dels deu primers països Espanya, amb 60 bilions de kWh nuclears generats fins a l’any 2010. És interessant veure que l’opció nuclear ha estat estratègica per a països com França, però també per a Corea del Sud. En ambdós casos el plantejament estratègic de defensa de la independència del país ha estat fonamental en el desenvolupament de l’opció comercial nuclear. Una lliçó que hauríem d’aprendre al nostre país. Com es pot veure en els mapes, la distribució geogràfica de les centrals nuclears es concentra sobretot a la costa est dels Estats Units, l’Europa Central, Japó i Corea del Sud. A la resta de continents el desenvolupament de l’energia nuclear té un caire més aviat anecdòtic, amb alguns reactors a Mèxic, Argentina, Brasil i Sud-àfrica.
«L’accident de Fukushima ha estat paradigmàtic, perquè la probabilitat que es desencadenés un terratrèmol seguit d’un tsunami era molt baixa, però les conseqüències han estat molt importants»
La distribució de centrals nuclears segurament serà molt diferent en el futur, perquè, a mesura que les instal·lacions actuals a Europa i possiblement a Amèrica del Nord arribin al final de la seva vida programada, difícilment hi haurà una renovació en aquest entorn. En aquest sentit, les decisions d’Alemanya i les no-decisions d’altres països que mantenen una moratòria nuclear de facto indiquen que qualsevol desenvolupament de l’energia nuclear tindrà lloc en els anomenats països emergents, especialment a la Xina i l’Índia. Encara que, al tancament d’aquest article, ens arriba la notícia de l’aprovació del projecte de construcció de dues noves centrals nuclears als Estats Units d’Amèrica del Nord. Això donaria suport a la hipòtesi d’un cert rellançament de l’energia nuclear en els mercats no estrictament mediatitzats per les conseqüències de Fukushima.
Els científics nord-americans havien centrat les seues recerques en les aplicacions civils de l’energia nuclear fins l’atac de Pearl Harbor el 1941 pels japonesos, moment en el qual s’inicià el Projecte Manhattan i el desenvolupament de la bomba atòmica. En la imatge, el doctor Julius Robert Oppenheimer, director científic del Projecte Manhattan, i el general Leslie Groves quan van regressar al setembre de 1945 a la zona zero de la primera prova de detonació de la bomba atòmica, que havia estat realitzada el 16 de juliol de 1945 a Trinity, prop d’Alamogordo (Nou Mèxic). © Department of Energy (USA)
Escenaris de futur
Com ja va dir irònicament en el seu moment un dels principals actors d’aquest drama, Niels Bohr, les prediccions són difícils, especialment sobre el futur. En aquest sentit, el futur de l’energia nuclear no dependrà solament de les capacitats de desenvolupament tecnològic, ni de les noves generacions de reactors de fissió, ni de realització de la quimera de la fusió. Els factors principals de desenvolupament tindran a veure amb l’acceptació social d’una tecnologia altament estigmatitzada per la forma com va néixer i en la qual l’equació de risc (risc = probabilitat × conseqüències),el factor conseqüències és molt elevat, encara que la probabilitat d’accidents sigui baixa. En aquest sentit, l’accident de Fukushima ha estat paradigmàtic: la probabilitat que es desencadenés un terratrèmol de magnitud 9 a l’escala de Richter capaç de provocar un tsunami d’enormes proporcions era realment molt baixa, però les conseqüències han estat molt importants i crec que de molt impacte per al desenvolupament de l’energia nuclear en els propers deu o vint anys. Així, a Alemanya, on de fet tot va començar, impulsat pel fanatisme d’un règim pervers i la indiferència de la societat en general, es tornen a desencadenar esdeveniments catalitzats per una altra mena de fanatisme, l’antinuclear, propiciat per un govern feble que necessita el vot dels fanàtics per continuar governant.
Segons les estimacions fetes per la mateixa indústria nuclear (Nuclear Century Outlook, WRN, 2012),es preveu que hi acabarà havent uns 2.000 GW de potència nuclear instal·lada en la més restrictiva de les previsions i fins a uns 11.000 GW en les més optimistes. Resulta interessant veure que fins al 2020 les previsions a l’alta i a la baixa són molt coincidents i que el creixement més fort (en l’escenari optimista) no comença fins a l’any 2060, aproximadament. Això només significa que les incerteses sobre el desenvolupament de l’energia nuclear són en aquest moment molt altes i que només podem esperar un creixement orgànic basat en la prolongació dels reactors en operació, l’execució dels projectes que ja són en marxa i el desenvolupament de nous grans projectes a l’Índia i la Xina.
El segle nuclear ha estat científicament apassionant, socialment convuls i acaba econòmicament afeblit. En el camp de la generació energètica nuclear, com en tants altres, l’antiga predominança euroamericana serà substituïda per la dominació asiàtica. Tot ho fa preveure.
