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LOS REACTORES NUCLEARES Y SU MERCADO

COMO FUENTES DE CALOR

Trabajo de investigación realizado por el tng. Gerardo de Lizarri-

turri Olague para su presentación en la...

ACADEMIA MEXICANA DE INGENIERIA.

México, D.F., Marzo de 1983.

LOS REACTORES NUCLEARES Y SU MERCADO

COMO FUENTES DE CALOR.

INDICE.

1. Características Económicas de la Oferta de Calor Nuclear.

1.1 Comparación de Centrales Nucleares Respecto a Centales -

Térmicas Convencionales.

2 Demanda Potencial de Calor Nuclear.

2.1 Desalación.

2.2 Utilización del Calor Nuclear de Baja Temperatura

Sector Residencial y Comercial.

Industrial.

2.3 Demanda de Calor Nuclear a Baja Temperatura.

2.4 Utilización a alta temperatura.

Gasificación del Carbón.

Transformación del Gas Natural.

Pre-reducción del Mineral de Fierro.

2.5 Economía del Hidrógeno.

Producción.

Almacenaje.

Transporte.

Mercado.

Sistemas.

3. Conclusiones

3.1 A Corto Plazo

3.2 A Mediano Plazo

3.3 A Largo Plazo

LOS REACTORES NUCLEARES Y SU MERCADO

COMO FUENTES DE CALOR.

Es bien sabido que los reactores nucleares se prestan a-

muy variadas aplicaciones; claro es que cada una de éstas re --

quiere un diseño específico adecuado al uso que se va a dar al-

reactor. Los parámetros de diseño serán muy distintos si el --

reactor va a usarse como un reactor de investigación y de pro -

ducción de radioisótopos, que si se concibe como el elemento --

energético de la planta propulsora de una nave marina o de una-

espacial, o si para una p:Lnta productora de electricidad. Cier

to es que a pesar de la diversidad de usos -de los que se han -

citado sólo los ms notorios- de los reactores nucleares, cuan-

do alguien hace mención de ellos la imagen que evoca, en la ma-

yoría de las personas, es la de una planta productora de elec -

tricidad -una planta "nucleoeléctrica" .-

Esto es natural ya que de esas plantas es de las que con

mayor frecuencia hablamos al referirnos a reactores nucleares;-

si echamos un vistazo a las estadísticas de la O.I.E.A. veremos

que, de los reactores existentes o en proyecto -en aplicaciones

pacíficas de la energía nuclear- el mayor porcentaje correspon-

de a los de plantas nucleoeléctricas.

Esta casi exclusividad de uso de los reactores nucleares

en la producción de electricidad no debe, sin embargo, hacernos

olvidar que el reactor nuclear es primaria -e indefectiblemente-

un generador de calor o, en otras palabras, un horno que utili-

za combustible nuclear.

La diferencia básica entre una planta termoeléctrica que

utiliza combustible fósil -carbón, petróleo, gas- y una ndcleo-

eléctrica reside en el generador de vapor, fogón y caldera en -

el primer caso y reactor nuclear en el segundo.

Hechas estas consideraciones preliminares se ocurre pen-

sar que, desde un punto de vista económico, cabría la posibili-

dad de considerar la conveniencia de utilizar el calor nuclear,

no sólo para mover los turbogeneradores de plantas núcleo eléc-

tricas, sino empleándolo, p. e., en la desalación de aguas salo

-2-

bres para obtener agua potable o para usos agrícolas o su utili

zación para la calefacción de zonas residenciales, o industrial

mente, como detallaremos oportunamente.

1.- CARACTERISTICAS ECONOMICAS DE LA OFERTA DE

CALOR NUCLEAR.

En lo que sigue vamos a examinar la oferta posible de ca

br por los reactores destinados, esencialmente, a la produc --

ción de electricidad. De pasada haremos mención que sólo nos -

referiremos a reactores rápidos o reactores de cría y a los de-

neutrones lentos (o térmicos) y de estos últimos, a los PWR

-según la sigla inglesa- o sea los reactores de agua a presión,

que son los únicos a los que se refiere la bibliografía consul-

tada para esta investigación. Quedan excluídos los del tipo -

BWR (reactores de agua hirviente) y los CANDU (uranio natural y

agua pesada)

Los reactores PWR usan agua ordinaria como moderador por

lo que el combustible tiene que estar enriquecido ya que el hi-

drógeno del agua ordinaria tiene cierta avidez por los neutro -

nes producidos en la fisión, y el neutrón que es capturado, pa-

ra formar deuterio, queda descartado como posible productor de-

una fisión posterior o, dicho brevemente, no se logra encadenar

las fisiones.

Nos quedan pues como únicos "personales" oferentes de --

calor: reactores de cría o de alta temperatura, y reactores tér

micos. Los reactores de cría producen vapor a alta temperatura,

alrededor de 550 0C, mientras que los térmicos lo proporcionan a

unos 300 0 C.

Parece así procedente el preguntar si, en el mercado del

calor, tiene alguna ventaja el vapor producido por los reactores

de agua ordinaria en relación al que producen los de cría (o de

alta temperatura).

Bien, consideremos dos centrales núcleo-eléctricas, la -

primera de agua ordinaria y la segunda de cría (plutonio) -o de

-3-

alta temperatura- ambas de la misma potencia eléctrica, el mis-

mo costo total actualizado, funcionando con factores idénticos-

de utilización anual y, por ende, produciendo el kilovatio-hora

al mismo costo unitario; desde el punto de vista de producción-

de electricidad estas plantas son económicamente equivalentes.-

Supongamos ahora que en estas centrales prescindimos de las ms talaciones destinaras a producir o generar electricidad; resul-

tarían entonces, para ambas, costos de inversión y de operación

muy parecidos y, sin embargo, el rendimiento de las dos centra-

les sería bastante diferente. Si designamos por:

Pe: la potencia eléctrica dada por una núcleo-eléctrica-

Pt: la potencia térmica dada por la misma planta

entonces tendremos:

En una central de agua ordinaria: Pe/Pt=0.33

En una núcleo-eléctrica de neutrones rápidos: Pe/Pt=0.40

El tamaño de los reactores considerados como puramente producto

res de calor se definirá por su potencia térmica, o bien por su

"potencia eléctrica equivalente". Para que un reactor de agua-

ordinaria pueda producir la misma potencia eléctrica que un

reactor rápido, necesitaría ser de ma or "tamaño térmico", ya -

que su eficiencia es menor. Digamos para producir un kw eléc -

trico (kwe) un reactor de agua ordinaria tiene que producir 3 -

kw térmicos (kwt), mientras que uno de cría sólo necesitaría --

producir 2 1/2 kwt.

En el mercado del calor esto representa una ventaja in -

herente al reactor de menor eficiencia o sea el de agua ordina-

ria cuando el calor necesario no sobrepasa una temperatura de -

300 0C. Desde un punto de vista económico se entiende esto f -

cilmente. En efecto toda planta que alimente una red de consu-

mo debe diseñarse de acuerdo con su factor de carga (relación -

de la potencia consumida en promedio al pico máximo de la deman

da) que permita ha''er frente a la demanda en los momentos en --

que ésta adquiera su mayor valor. Así pues si los ingresos to-

tales provienen de la venta de electricidad, y las tarifas se

-4 ,-'

r.n las mismas para electricidad de cualquier tipo de planta, -

la capacidad calorífica necesaria en exceso supone una mayor --

cantidad de calor como subproducto, al margen de la producción-

eléctrica, con ventaja para la planta de agua ordinaria.

1.1 COMPARACION DE CENTRALES NUCLEARES RESPECTO A

CENTRALES TERMICAS CONVENCIONALES.

Las centrales nucleares de agua ordinaria y las térmicas

convencionales, o clásicas, no son sensibles en igual forma a -

las economías de escala residiendo la diferencia esencial en la

estructura del costo, es decir, en la proporción de costos fi -

jos anuales y de costos proporcionales.

GENERACION DE VAPOR.

Estudios realizados en 1976 mostraron la influencia de

las economías de escala sobre el costo de producción de vapor -

obtenido a partir tanto de combustible nuclear como de Combusti

ble Convencional o fósil.

Se supuso que el coeficiente anual de utilización del e-

quipo quedaba limitado tnicainente por las exigencias técnicas -

del funcionamiento efectivo del reactor nuclear. Se encontró -

que el costo del combustible fósil (proveniente del petróleo) -

para producir una megacaloría era equivalente al costo del com-

bustible nuclear cuando la potencia de los reactores llega a --

los 200 Mwt -o los 50 Mwe equivalentes- pero que, a partir de -

ese umbral, las economías de escala favorecen netamente al com-

bustible nuclear.

El costo del vapor producido por las centrales térmicas-

convencionales de potencia comprendida entre los 400 y 1100 Mwt

(130 y 360 Mwe equivalentes) es sensiblemente mayor que el del-

vapor producido en una central nuclear de igual potencia. Tec-

nicatome desarrolla en Francia tales reactores en el intervalo-

de 400 a 1100 Mwt.

GENERACION DE VAPOR Y ELECTRICIDAD.

Si se trata de comparar las centrales de combustibles-

fósiles con las nucleares para el caso de producción simultnea

-5-

-con vistas a su mercado- de vapor y electricidad, tomando en --

cuenta la proporción de energía obtenida en forma de vapor res -

pecto a la obtenida en electricidad, y las economías de escala -

dentro de la competitividad comparada de centrales térmicas y nu

cleares, necesitamos incluír una hipótesis suplementaria:

Como el gasto total debe repartirse entre la producción -

de electricidad y de vapor, resulta -como en todo problema de --

productos asociados- que la resolución no puede ser ms que arbi

traria. Si se admite que la valorización de la electricidad re-

sulta de un precio representativo de un largo período de utiliza

ción, la valorización del vapor se obtiene entonces como diferen

cia entre el costo total actualizado y el valor actualizado de -

la producción de electricidad. Para una misma potencia eléctrica

equivalente de la central se puede determinar la proporción de -

energía obtenida bajo forma de vapor que permita alcanzar la equi

valencia económica entre centrales nucleares y térmicas tradicio-

nales.

Ms allá de un cierto tamaño, que depende de las hipótesis

aceptadas para el factor de carga y, desde luego, de las tarifas

eléctricas, la competitividad se alcanza sólo en el caso de pro-

ducción de electricidad. Según lashipótesis aceptadas, este ta-

maño es del orden de 400 Mwe. A partir de este umbral de poten-

cia, mientras ms se eleve el porcentaje de vapor producido mas-

tomará éste un aspecto marginal que permita obtener costos muy -

bajos. La producción de vapor, a partir de centrales eléctricas

de gran capacidad, puede ser sumamente atractiva para los produc

tores de electricidad,si los usuarios se hallan a una distancia-

relativamente próxima y están dispuestos a pagar un precio com -

pensatorio de la pérdida resultante en los ingresos por electri-

cidad debida a la disminución de producción.

Por arriba de ese tamaño, la producción de vapor es tan -

atractiva que, económicamente, sería preferible producir sólo va

por en vez de tener una producción mixta.

Es necesario observar que estos resultados son sólo indi-

cativos y deben ser tomados con prudencia ya que no tienen en --

cuenta la adaptación técnica y económica de una central mixta y-

-6-

las necesidades impuestas en cada caso tales como las de eiec --

ción entre turbinas a contrapresión y turbinas de condensaci6n,-

las limitaciones de modulación de carga y de f iabilidad, y los-

problemas en la seguridad de producción de calor y electricidad,

etc.

De todas maneras parece seguro afirmar que, en el mercado

de vapor de baja temperatura, el reactor de agua ordinario pare-

ce mejor situado, en las condiciones económicas actuales, que --

los otros tipos de reactores. No obstante, cuando se haya desarro

liado el ciclo directo, utilizando la turbina de gas, a partir de - los reactores TR (High Temperature Reactors) de unos 850 o C, sera

posible recuperar de la turbina de enfriamiento calor de muy bajo

costo con temperaturas entre 1500 a 1800C.

Los reactores de alta temperatura pueden proporcionar ca -

br a temperaturas muy elevadas, calor que resulta adecuado para-

su empleo en muchos casos en que el calor de baja temperatura que

da fuera de competencia.

2. DEMANDA POTENCIAL DE CALOR NUCLEAR.

Se puede pensar en los mercados potenciales correspondien-

tes a los tipos siguientes de demanda;

La desalación.

Los sectores residencial y comercial y los usos industria

les a baja temperatura.

Las necesidades específicas de alta temperatura.

2.1. DESALACION.

Desde los años 1966 a 1967, se han lanzado diferentes pro-

yectos de instalaciones mixtas de producción de agua y de electri-

cidad. Finalmente todos se han abandonado o bien se han hecho ob-

soletos. Las explicaciones han sido siempre ms o menos las mis -

mas (necesidad de profundizar en mayor grado la evaluación de las-

necesidades, falta de personal calificado, re-optimización del pro

yecto en función de nuevos requerimientos, etc.). Parece que, de -

acuerdo a un primer análisis, el volumen de las inversiones inicia

les y las dificultades resultantes de financiamiento han sido la -

causa principal de estos abandonos.

La URSS, puso en servicio en julio de 1973 el conjunto de -

-7-

Sherchenko, (BL350, reactor rápido de cría de 1000 Mwt, proporcio

nando 150 Mwe y 120 mil m 3 /d de agua desalada), comenzando así la

fase de explotación industrial de una instalación mixta de agua y

electricidad.

Recientemente varios países han anunciado su intención de -

interesarse en proyectos de centrales nucleares con doble fin. --

Sin embargo, hasta la fecha los estudios no han sido confirmados.

El número de investigaciones por efectuarse ciertamente es eleva-

do, pero un dato de base explica la dificultad del desarrollo de-

tales realizaciones: las instalaciones desaladoras de tamaño co -

mercial actualmente en servicio, tienen a menudo una capacidad --

comprendida entre 10000 y 30000 m 3 /d, lo que corresponde a una --

fuente de energía de pequeño tamaío. Más aún, una planta del ti-

po Hong Kong (180000 m 3 por día), que constituye actualmente la -

mayor instalación en construcción en el mundo, no requeriría más-

de 500 Mwt, o sea, uns 150 Mwe.

Si se admite que las centrales nucleares de bala capacidad

son competitivas a partir de 200 a 400 Mwt (50 a 120 Mwe) cuando-

en el 100% son productoras de calor, y considerando que es necesa

rio alcanzar de 1100 a 1600 Mwt (360 a 550 Mwe) para obtener una-

tasa de rentabilidad del 20% en una central mixta, se puede pensar

que la utilización de la energía nuclear para la desalación se --

desarrollará con centrales mixtas de gran tamaño que produzcan --

también electricidad.

La tendencia de evolución de la demanda de agua desalada,-

que se sitúa siempre en un promedio de 15% de crecimiento por año,

conduciría a instalar plantas con capacidades del orden de 7 mi - 3 - llones de m por dia hasta 1985.

Hoy en día, debido a las inversiones, que son considera --

bles, y al costo relativamente elevado del agua, la demanda de --

agua desalada se ha situado principalmente en los países producto

res de petróleo del Medio Oriente y de Africa del Norte, que re -

presentan el 35% de la capacidad total acumulada. Esto no exclu-

ye a los países desarrollados, donde se alcanza globalmente, en -

términos de capacidad instalada, un 40% del mercado mundial.

En los últimos años, se ha marcado una confirmación de es-

-8-

tas 2. tendencias:

El empobrecimiento de los recursos de agua en los pal

ses con alto índice de industrialización, debido al efecto conju-

gado de la contaminación creciente en las aguas superficiales y -

al desplazamiento de los centros industriales y urbanos hacia zo-

nas menos favorecidas desde el punto de vista de los recursos a -

cuíferos.

La urbanización e industrialización creciente de los --

países de la OPEP en el Medio Oriente.

A título indicativo se hace notar que en 1975, los países-

productores de petróleo aseguraron el 87% de las órdenes para nue

vas plantas mientras que la tasa de crecimiento mundial en insta-

laciones desaladoras alcanzaba el 21%. La tasa de crecimiento --

anual en la demanda de agua desalada en el mercado de países en -

la OPEP en el Medio Oriente se elevó en 30% a últimas fechas. Si

se supone que el conjunto de los países de esta zona tiende a ah

nearse según el modelo de Kuwait, donde la demanda de agua desala

da crece a una tasa de 20.25% por año, y por tanto se duplica ca-

da tres o cuatro años, el número de instalaciones desaladoras que

por su tamaño justificarn el recurso de la energía nuclear podría

ser notable, aunque difícil de evaluar en este momento.

La instalación de posibles complejos agroindustriales, po-

dría ser, por otra parte, un factor favorable para la implanta --

ción de centrales nucleares.

2.2. UTILIZACION DEL CALOR NUCLEAR DE BAJA TEMPERATURA.

a) SECTOR RESIDENCIAL Y COMERCIAL.

Las instalaciones actualmente en servicio, en construcción

o en proyecto, son esencialmente mixtas: electricidad y vapor pa-

ra la calefacción.

Durante los últimos 20 años, la única instalación mixta en

servicio fue la pequeña central sueca de Agesta, equipada con un-

reactor moderado y enfriado con agua pesada bajo presión la que -

aprovisionaba de calor doméstico, y también en parte de calor in-

dustrial, a la población de Forsta (30,000 hab.) asegurando en to

tal una producción de 10 Mwe correspondiendo a una potencia total

de 65 Mwt, producción que se incrementó a 12 Mwe (80 Mwt). Los -

suecos pararon definitivamente esta instalación en junio de 1974.

En Suecia, 45 poblaciones se beneficiaron en un 70% en

1980, con calefacción urbana.

También esta en curso un primer estudio para asegurar, a -

partir de la Central 3 de Barsebaech, cuya puesta en servicio es-

tá prevista para 1983, la calefacción de las poblaciones de Lund,

Manlio, Lanskrona y varias otras pequeñas localidades, que en con

junto tienen unos 500 mii hab. Se han elaborado otros proyectos,-

uno de ellos esta destinado a la calefacción de las zonas urbanas

de Goteborg y Estocolmo, y otro pretende la construcción de 35 --

unidades de 50 Mwe con el solo fin de asegurar la calefacción ur-

bana. La realización de estos proyectos esta ligada al programa-

nuclear sueco.

En Dinamarca, la calefacci6n urbana sirve a un 50% de las-

habitaciones con unas doscientas centrales. Actualmente se consi

dera la opción de reemplazar las pequeñas centrales de caiefac --

ción por grandes centrales mixtas, de las cuales algunas serían -

nucleares. El lugar de la central nuclear prevista en el marco -

del proyecto de la compañía Elsam, podría elegirse teniendo en --

cuenta las posibilidades de calefacción doméstica. Pero esta uní

dad, supuesta inicialmente para 1980, podría muy probablemente en

trar en servicio después de 1985. En los países de la Europa del

Este, la producción combinada de electricidad y de calor para la-

calefacción urbana existe desde hace varios años. En enero de --

1975, la URSS ha puesto en servicio la segunda de las cuatro uni-

dades previstas en Bilibino, Siberia del Norte (4 X 12 Mwe + ca -

br). La primera unidad entró en operación a fines de 1973. Los

soviéticos dan una gran importancia, segrin parece, a estas unida-

des de pequeño tamaño destinadas principalmente a asegurar la ca-

lefacción doméstica, pero también en parte, al calor industrial y

los cultivos en invernadero, asegurando siempre una cierta produc

ción de electricidad.

En Finlandia la calefacción urbana cubre actualmente de un

20 a un 60 % de las necesidades domésticas, según la importancia-

de las poblaciones. Un proyecto considera la implantación de dos

10 -

centrales nucleares produciendo a la vez electricidad y vapor pa-

ra la calefacción urbana. La primera, situada el Este de Helsinsky,

con dos unidades de 1150 Mwe cada una, para entrar en operación -.

en 1984, la segunda al Oeste de Helsinsky, también con 1100 Mwe -

(otras dos unidades), que entrará en servicio a principios de los

años 1990. En Bélgica y en los Países Bajos existen actualmente-

un cierto nmero de instalaciones importantes de calefacción urba

na, conectadas a centrales de producción mixta de calor y electri

cidad.

En Suiza los problemas de contaminación en las ciudades --

son crecientes y se estudian proyectos para equipar la mayor par-

te de las zonas urbanas con calefacción alimentada por centrales-

nucleares. Los principales centros de población serían alimenta-

dos con agua caliente, mientras que la calefacción de otros cen -

tros sería eléctrica. Un estudio realizado por Sulzer, a solici-

tud del gobierno suizo, considera la utilización para este fin de

centrales nucleares. Por otra parte, la construcción de la cen -

tral de Verbois podría ser autorizada solamente si la compañía se

encarga de proporcionar, gratuitamente, bajo forma de calor o de-

agua sobrecalentada, una potencia superior a 500 millones de mega

calorías por hora destinada a una red de calefacción.

En la RFA, el Programa Energético del Gobierno Federal, pu

blicado en noviembre de 1974, considera muy importante la exten--

sión de una calefacción urbana alimentada por centrales de produc

ción combinada de calor y de electricidad, sistema que permitiría

economizar energía y contribuir a la protección del medio ambien-

te. La extensión de la red de calefacción urbana haría posible,-

a ms largo plazo, la utilización de la energía nuclear con fines

de calefacción.

b) USOS INDUSTRIALES A BAJA TEMPERATURA.

El número de proyectos es limitado por las reticencias li-

gadas a la implantación de centrales nucleares en zonas densamen-

te pobladas.

El uso que se hace del vapor implica que la central sea --

- 11 -

instalada en la vecindad de centros industriales importantes, y--

por tanto, densamente poblados. La desconfianza de las autorida -

des locales conduce a retardos importantes en la fecha de puesta-

en operación.

Actualmente hay en servicio tres instalaciones, la pequeña

central de Halden en Noruega, las cuatro unidades de Calder Hall-

en G.B., y la central de Douglas Point en Canada.

La central de Halden de 20 Mwe funciona desde 1959. Esta-

equipada con un reactor moderado y enfriado por agua pesada hir -

viente y puede proporcionar 30 ton. por hora de vapor a 1850C a -

una fabrica de papel vecina.

Los cuatro reactores de Calder Hall de 60 Mwe cada uno del

tipo Maqnox proporcionan desde 1962 cerca de 60 ton. de vapor por

hora a una instalación industrial: la Wind scale Works.

La central de Douglas Point, equipada con un reactor de --

220 Mwe, moderado y enfriado con agua pesada bajo presión, produ-

ce electricidad y proporciona vapor a la fábrica de agua pesada -

de Bruce desde el 30 de diciembre de 1972.

Dos proyectos han llegado a la fase de construcción: el de

Midland, de la Consumers Power Company, de los FIJA, pra el cual -

el permiso de construcción se otorgó en diciembre de 1972, y el -

de G6sgen, Daniken en Suiza, realizado por un grupo de compañías-

que obtuvo el primer permiso parcial de construcción en diciembre

de 1973.

En los EUA, la central de Midland se equiparS con reacto -

res de agua ordinaria a presión (PWR), Babcock & Wilcox, de 2450-

Mwt, pero sólo la primera unidad tendrá un funcionamiento mixto.-

La misma proporcionará 490 Mw netos de electricidad y 1800 ton. -

por hora de vapor al vecino complejo industrial de la Dow Chemi -

cal Company.. Fsta unidad, cuya puesta en operación comercial es-

taba inicialmente prevista para 1974, entrará en pleno funciona -

miento en 1983. El acuerdo firmado entre la Consumers Power y La

Dow Chemical prevé el aprionamiento de vapor durante 20 años.

En Suiza, la unidad de G6sgen, Daniken, fue programada pa-

ra 1977 y se equipó con un reactor de agua ordinaria tipo PWR de-

2800 Mwt; proporciona 920 Mw netos de electricidad y 50 Mwt de va

- 12

por a una fabrica de cartón situada aproximadamente a un kilóme-

tro del lugar.

A ms largo plazo se consideran otros proyectos sin estar-

aún en curso de realización. En la RFA, a pesar de una opinión -

favorable de la Comisión de Seguridad de Reactores dada en enero-

de 1974, el proyecto de la Badische Anilin Und Soda Fabrik (BASF)

no dispone de permiso de construcción aun cuando la solicitud de-

permiso data de mayo de 1969. La carta de intención de BASF al -

constructor, la Kraft-Werke Union (KWU), está fechada en diciembre

de 1969, y preveía dos instalaciones equipadas con reactores de -

tipo PWR de 2200 Mwt, 369 Mwe y 1650 ton. por hora de vapor. Has-

ta la fecha se puede considerar que el proyecto de la BASF cuenta

con pocas probabilidades de llevarse a cabo. En la India, la Ceri

tral nuclear de Rapastn, de la cual una unidad esta ya en servi-

cio desde fines de 1972, podría asegurar el aprovisionamiento de-

vapor a la fabrica de agua pesada de Kota, que se encuentra en --

etapa de construcción. En Canada, se proyecta la construcción de

una unidad CANDU de doble propósito (eltricidad y vapor) para --

proporcionar el equivalente de 330 Mwe de vapor a una nueva fábri

ca de agua pesada.

c) DEMANDA DE CALOR NUCLEAR A BAJA TEMPERATURA.

Por ejemplo, en Francia, el sector residencial y comercial

podría consumir para 1985 del orden de 85 X 10 13 kilocalorias, o-

sea, cerca de un tercio del consumo de la energía primaria. El -

consumo de este sector creció alrededor de un 7% por año durante-

los últimos 15 años. Ello constituye cerca de un 80% de las nece

sidades de calefacción. Para 1985 dichas necesidades podrían ser

de unos 65 X 10 13 kilocalorías, de las que unas 15 X 10

13 kiloca- 13

lorías se satisfarían por electricidad y 3 X 10 kilocalorias --

por nuevas energías (solar y geotérmica) . Los combustibles fósi-

les deberán proporcionar del orden de los 47 X 1013 kilocalorías.

He aquí en donde se puede pensar el porcentaje que podría asegu -

rarse por vía nuclear.

Asimismo, el sector industrial francés, descartando los --

- 13

sectores siderúrgico y energético, consumirá en 1985 (fig.2) unos -

66 X 10 13

kilocalorias, 25 bajo la forma de electricidad y 41 en-

lo concerniente a combustibles fósiles, de los que unos 20 serán-

destinados a la producción de vapor de baja y media temperatura,-

es decir, inferior a las 300°C. La energía nuclear po dría reem-

plazar en parte a los combustibles fósiles en la producción de --

67 X 10 13 kilocalorías que se consumirían en 1985 por parte de --

los sectores industrial y residencial franceses.

Cerca de la mitad de la población francesa hahia en ciuda-

des de más de 100 mil habitantes, y la urbanización no cesa de --

crecer. Esto podría significar, por lo menos para la energía nu-

clear el sustituir aproximadamente en un 50% el consumo de los --

combustibles fósiles en los sectores residencial, comercial e in-

dustrial.

Se piensa que el mercado de calor a baja temperatura prove

niente de reactores nucleares alcanzará una tasa de rentabilidad-

de un 20% con centrales calorígenas que sobrepasen los 1300 Mwt.-

La Comunidad Económica Europea llevó a cabo un estudio del merca-

do de calor nuclear en sus países miembros, usando centrales nu -

cleares productoras de vapor y electricidad de por lo menos 1000-

Mwt para resolver sus necesidades industriales y residenciales, -

encontrando que dichas centrales podrían representar para 1990, -

de un 4 a un 8% de la potencia total instalada en la comunidad, -

es decir, de 16 mil a 35 mil Mwe.

La energía nuclear cubriría de un 35 a un 55% de los reque

rimientos de vapor de la industria química, de un 8 a un 14% de -

los sectores agrícola, alimentario y textil. La siguiente tabla-

muestra el hecho anterior.

NUMERO DE UNIDADES MIXTAS PAPA 1990.

CENTRPLES DE 1000 Mwt CENTRLEg DE 700 PAIS. INDUSTRIA RES ]DENC lA CONJUN1It) flDUSIRIA PES1DE YA (ONJUN'IO.

Ale nia 7-14 4-17 11-31 10-20 6-25 16-45 ancia 6-9 1-1 7-10 8-13 1-4 9-17 Italia 6-9 0-0 6-9 8-13 0-0 8-13 Ilanda 3-5 0-2 3-7 9-7 0-3 9-10 Bélgica 2-3 GranBretafia5-9 QQ

u-U 2-3 5-9 3-4 1r3

0-0 0-Q

3-4 r3 Irlanda 0-1 00 0-1 0i 0u U-L

Dinamarca C-1 1-1 1-2 0-1 1-3 1-4 ry7\ T - r 1 1 1 1 1

- 14 -

2.4 UTILIZACION A ALTA TEMPERATURA.

PRINCIPAL MERCADO DE LOS REACTORES DE ALTAS TEMPERATURAS.

PRODUCTOS GAS NATURAL HIDROGENO. FIERRO

ENCONTRADOS OLEOFINAS SINTETICO. H 2+CO 6 H2 Puro Pre-reducido.

Procedimiento CraCking Hidrogenación Trans- Disocia- Pre-reducciór utilizado Gasolina del carbón. forma- ción tér de minerales-

ción - mica del de Fe pre-re- del me H 2 O ductor gaseo- tano. so.

Temperatura de reacción 900 ° C 800-900°C 900°C 1000 - 550-750 ° C

1220°C

Capacidades 750 Mwt 3000 Mwt 240Mwt 100 Mwth 2000 Mwt para

450,000 para

400,000 M /h para 6

para 3 x 3 10 1x10 6

para 3x10 6 t/año

t/afío. de gas o N m /díaNM ¡día acero lamina- 9500 K cal/m H 2 (fbriH 2 do ó 5 x 10

ca de t/año de ace- NH 3 ) ro fundido. 80 11wt/d dea H2

fabrica de meta- nol 600 t /d

El cracking del vapor de gasolina tiene por objeto producir

principalmente etileno, producto intermediario de la petroquímica

que se obtiene a partir de las gasolinas. El suministro de gaso-

lina no deja de presentar ciertos problemas. Por otro lado esta-

lejos de probarse que un portador de calor nuclear conviene a un-

cierto método por razones tecnológicas: este mercado no parece --

promisorio. Por tanto, una cuestión actual, ante la escasez de -

gasolina, es la de producir etileno a partir de otras fracciones-

- 15 -

del petróleo. Estos procedimientos se están desarrollando y no -

se han estudiado asocindoios a una fuente de calor nuclear. Es-

de hacerse notar que las temperaturas requeridas exigen el situar

se en la región de los reactores avanzados de alta temperatura o-

de sales fundidas; y será conveniente supervisar los desarrollos-

eventuales que en este campo puedan surgir.

a) CASIFICACION DEL CARBON.

El calor suministrado por un reactor de alta temperatura -

puede utilizarse en la obtención de gas, que contenga cargono e -

hidrógeno, si se parte de combustible mineral sólido. La gasifi-

cación del carbón puede efectuarse con vapor de agua o con ayuda-

del hidrógeno por reacciones endotérmicas. A falta de un reactor

de alta temperatura, es indispensable llevar a cabo una óombus --

tión parcial del carbón para liberar la cantidad de calor que se-

necesite. Después de la purificación se dispondrá de una mezcla-

gaseosa del óxido de carbono e hidrógeno que tiene las propieda -

des de un gas reductor. Este gas puede ser utilizado directamen-

te o transformado en gas natural sintético en una etapa de metani

zación ulterior, reacción muy exotérmica que se efectúa a muy al-

ta temperatura y que es susceptible de producir vapor para usos -

industriales o electricidad. Los métodos de gasificación del car

bón son estudiados y desarrollados ampliamente en todo el mundo -

sin la intervención de reactores de alta temperatura. El uso de-

tales reactores originará un cambio en las técnicas c1sicas y en

los cambiadores de calor desarrollados a la fecha, pareciendo f-

cii mejorar la eficiencia de producción y el uso de los gases.

Estos estudios parten de la idea de utilizar las reservas-

mundiales de carbón, que parecen ser muy superiores a las reser -

vas petroleras y de gas natural, y que de manera creciente ayuda-

rían a cubrir las demandas futuras de energía.

Los combustibles minerales sólidos presentan dos inconve -

nientes. En primer lugar, se prestan a usos no muy variados, y -

por otro lado, el costo de producción por tonelada extraída es im

portante y no cesará de aumentar. La distribución del gas natural

16 -

a grandes distancias ha sido costosa, y por esto, el estudio de -

la gasificación de combustibles minerales con un costo de extrac-

ción balo es atractivo, principalmente en los lignitos, en cuyo -

caso la distribución del gas obtenido, que sería relativamente --

denso, permitiría su utilización para generar calor y electrici -

dad en las proximidades de los usuarios. El almacenaje interme -

dio de estos gases llevaría a otra etapa relativamente indepen --

diente de la producción y del consumo de la energía, introducien-

dodo así una flexibilidad muy apreciable en el sistema energético

global. Estos estudios de "sublimación del carbón't están siendo-

fuertemente promovidos en los Estados Unidos y, sobre todo, en la

Alemania Federal.

Prácticamente, el mercado de la gasificación del carbón se

restringe a los dos países antes mencionados, en particular a sus

yacimientos no explotables por otros métodos y que no están en --

concurrencia con depósitos de gas natural. A título de ejemplo,-

la gasificación de la totalidad del carbón que se podría explotar

en la RFA, unos 100 millones de ton. por año, implicarían una ca-

pacidad de poco ms de 1600 Mwt, apenas superior a la de una de -

las centrales nucleares ya en operación cuyo total es del orden -

de 3500 Mwe, equivalentes a 10 mil Mwt repartidos en unas seis --

unidades.

El Prof. Schulten de KFA-JULICH, ha propuesto un sistema -

en el que un reactor de alta temperatura disociaría metano en una

mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono por medio de una reac -

ción endotérmica. La mezcla se transportaría a bajo costo hasta-

los lugares de consumo, relativamente distantes, se convertiría -

en metano con liberación de energía, y después retornaría el meta

no al reactor, todo esto de acuerdo a la reacción siguiente:

CH4 + H 20.4 0 3H2 + CO

El costo del circuito de retorno del gas, evitaría todo el

consumo de los combustibles minerales sólidos, así como todo des-

perdicio térmico. Aun cuando parezca prematuro pronunciarse por-

un aspecto económico de dicho sistema, todo lo hace, a un futuro-

•i

- 17 -

muy cercano, muy atractivo.

b) TPANSFORMACION DEL GAS NATURAL.

En lo que concierne al amoniaco, la situación mundial ac-

tual es de déficit, lo que implica numerosas inversiones. En Fu

ropa, solamente Francia, Islandia y Dinamarca son deficitarias -

en amoniaco, aun cuando la CEE parezca tener excedentes. Fran -

cia produjo 3.5 millones de ton. en 1980. La capacidad mundial-

pasó de 56.8 millones de ton. en 1973 a 78.3 millones en 1978, y

la demanda ha continuado desde entonces incrementándose en un 7%

anual hasta los afos de 1981 y 1982.

Las capacidades de los reactores nucleares de alta tempe-

ratura expresados en Mwt son més bien bajas en comparación al in

cremento que en los tiltimos 15 afos han tenido, en el tamaio o -

capacidad, las plantas productoras de amoniaco. Las instalacio-

nes de gran capacidad presentan problemas técnicos con rendimien

tos bajos, 60% contra 87% de las plantas de tamaños intermedios,

y parece dudoso que las capacidades en la actualidad de una plan

ta se incrementen més allá de 1200 a 1500 ton. por día de amonia

co.

Las capacidades aumentaron un 25% entre 1974 y 1975. El-

mercado total, traducido en Mwt equivalentes, fue del orden de -

30 mii Mwt en dichos años en los países de occidente.

En cuanto al metanol, las previsiones mundiales de produc

ción correspondientes a las demandas energéticas son menores: --

11.3 millones de ton. en 1980 y 15.5 millones para 1985, con un-

requerimiento respectivo de 5000 Mwt en 1980 y de 7000 Mwt para-

el año 1985. Estas cifras, sin embargo, no toman en cuenta el -

posible mercado que surgiría al sustituir el metanol en gas natu

ral para transportarlo a grandes distancias. Las perspectivas -

de este sistema parecen estar lejos de convertirse en realidad.-

De acuerdo con los expertos, la distancia para la cual el trans-

porte sería rentable en relación a un sistema de licuefacción --

del metano, sería de unos 10 mil kilómetros, en razón del incre-

mento en costo de gas natural y no obstante la construcción de -

- 18 -

plantas químicas productoras de inetanol en particular. Irán aban

donó en 1974 un proyecto de 2000 ton. por día, Argelia estudia -

igualmente un proyecto de 20 mii a 30 mii ton. por día destinadas

a la exportación principalmente a Japón (2500 a 4000 Mwt)., Se --

puede notar que estas perspectivas cambian el orden de magnitud -

de las capacidades de inetanol en juego y por tanto las capacida -

des unitarias en Mwt de reactores de alta temperatura.

En lo que concierne al consumo de hidrógeno en las refine-

rías,éste parece dependerá del consumo que se requiera en la disul

furación o el hidrocracking del petróleo.

c) PRE-REDUCCION DEL MINERAL DE FIERRO.

La pre-reducción del mineral de Fe consiste en reducir los

óxidos de Fe al estado sólido, es decir, a temperat-uras inferio -

res a las de fusión. El reductor empleado puede ser sólido (car-

bón, lignito, hulla, etc.) o gas (hidrógeno puro o vapor de agua).

La reacción que resulta ser endotérmica se lleva a cabo con cual-

quier combustible, sea sólido, líquido o gaseoso, ya que se trata

de calentar la cuba de reducción, o el gas reductor o ambos.

El producto llamado esponja de fierro, se funde en horno -

de arco eléctrico en donde se compieta la reducción.

Se tiene así una instalación siderrqica de tipo nuevo e -

independiente de las técnicas seguidas en los altos hornos..

Se pueden también combinar las técnicas de la pre-reduc --

ción con las tradicionales usadas en la industria siderúrgica (al

to horno + acero al oxígeno) de varias formas:

Incluyendo en la carga del alto hrrno los productos pre-re

ducidos.

Reemplazando las ferritas que entran en un 20% aproximada-

mente en la carga de acero al oxígeno por productos pre-reducidos.

Operan la pre-reducción en un alto horno inyectando el gas

reductor en la parte inferior de la cuba.

Las razones que se se?talan en siderurgia siguiendo estas -

vías de investigación son claras: el costo del coque y de las fe-

rritas, no cesa de aumentar de manera espectacular por razones --

más bien tendenciosas que especulativas.

Por otro lado, dos nuevos hechos independientes de la téc-

- 19 -

nica y de la pre-reducción misma, contribuyen igualmente a su --

desarrollo, el advenimiento de las fébricas pequeñas y el deseo-

de los países productores de materias primas, de revalorizar sus

productos efectuando las transformaciones en sus propios lugares.

Las capacidades anuales que actualmente están en funciona

miento son del orden de los 6 millones de ton. de acero, mien --

tras que 23 millones ms han sido previstas u ordenadas.

Es cierto que la pre-reducción no tendrá que esperar a --

que se tengan los reactores de alta temperatura para alcanzar un

completo desarrollo. Uno de los procedimientos actuales, el

"MIDREX", propone utilizar en forma indiferente cualquier reduc-

tor, sea sólido, líquido o gaseoso.

En 1974 el mercado mundial del acero era de ms de 700 mi

llones de ton. y si suponemos que la producción se pudiese haber

efectuado por pre-reducción, representaría unos 300 mil Mwt. En

el momento actual, el acero producido por dicho procedimiento es

el 1% de la producción total, lo que corresponde a unos 3000 Mwt,

o sea, 1200 Mwe.

2.5 ECONOMIA DEL HIDROGENO NUCLEAR.

Los combustibles fósiles aseguran en la actualidad la sa-

tisfacción de necesidades diversas. La electricidad nuclear de-

berá en parte sustituir a los combustibles fósiles en la medida-

en que dicha energía, en forma relativa y progresiva, resulte ca

da vez ms económica.

Sin embargo, la electricidad no se almacena; es costosa -

en su transmisión y no es fácil de alcanzar una economía desea -

ble a corto plazo.

Es posible que a partir de la energía nuclear se produzca

un combustible sintético secundario, menos costoso de almacenar-

y de distribuir que la electricidad, que permita numerosas apli-

caciones y usos en gran escala. Tal combustible lo constituye -

el hidrógeno gaseoso.

El hidrógeno es 14 veces ms ligero que el aire, su baja-

- 20 -

densidad le imparte una alta velocidad de difusión, superior a la

del metano. Sin embargo, las fugas de hidrógeno no son detecta -

das por los sentidos y su inflamabilidad en presencia de aire --

(4% a 75% por unidad de volumen) es muy alta, con la posibilidad-

de causar explosión; estas características lo hacen peligroso en-

su manejo.

Por otro lado, es un combustible ideal: su combustión da -

como residuo únicamente agua y, por tanto, no contamina. Su ca -

br de reacción lo hace un combustible de lo mejor por unidad de-

peso, con un poder calorífico tres veces mayor que el de los hi -

drocarburos y cuatro o cindo veces ms alto que el del carbón en-

forma gaseosa. Por unidad de volumen, sin embargo, su poder calo-

rífico es bajo (1/3 del del metano).

De acuerdo con lo anterior, la combustión del hidrógeno im

plica el desarrollo de quemadores de tipo novedoso, ademas de que

será necesario adicionarle alguna sustancia que le imparta olor y

visibilidad para detectarlo en caso de fugas. Los riesgos de su-

utilización y manejo, no constituyen realmente un problema en su-

empleo generalizado.

La idea de utilizar el hidrógeno coino combustible sintéti-

co no es reciente ya que, desde los albores de este siglo, se pen

só utilizarlo como sustituto de las gasolinas en los motores de -

combustión interna.

El hidrógeno llegara a ser un combustible ideal de ser em-

pleado, ya que su producción, almacenaje y transporte son técnica

y económicamente factibles de realizar a corto plazo y ademas exis

te un mercado potencial para su utilización masiva. Todo esto im

plica desarrollar las técnicas apropiadas en el menor tiempo posí

ble.

a) PRODUCCION DE HIDROGENO.

El agua se disocia espontáneamente en oxígeno e hidrógeno-

a alta temperatura (2500 1C), pero se necesita alcanzar los 5000°C

para obtener hidrógeno bajo una presión de 1 bar. Por otro lado,

en la descomposición lograda, es necesario separar, en forma se -

21 -

lectiva, el hidrógeno y el oxígeno del vapor de agua.

Hay dos posibilidades para producir hidrógeno en forma in-

dustrial a partir del agua;

La electrolisis, que mediante la energía eléctrica y en

una sola etapa, puede efectuar la disociación del agua en sus

constituyentes.

El gasto de energía es elevado, ya que la polarización y

sobretensión de los electrodos son la causa principal de la pér

dida de energía; el rendimiento global del método es bajo cuando-

se utiliza electricidad proveniente de fuentes térmicas..

La termolisis, que hace intervenir compuestos químicos que

tienen afinidad por los productos de la descomposición del agua,-

siendo portadores del oxígeno y del hidrógeno. Los residuos se -

combinan en una o ms reacciones químicas permitiendo regenerar -

el compuesto inicial y recircularlo en la operación de termolisis.

Gracias a la secuencia de reacciones químicas se llega a un ciclo

equivalente a la reacción de disociación del agua;

H20

Las reacciones químicas que son altamente endotérmicas se-

efecttan a temperaturas del orden de los 600 a 1000°C. Los mejo-

res rendimientos se alcanzan a altas temperaturas.

Desde un punto de vista termodinmico, las dos vías de pro

ducción son comparables teóricamente en sus rendimientos. Sin em-

bargo, desde el punto de vista práctico hay diferencias, ya que --

mientras en la producción por termolisis el calor se transforma --

directamente en energía química, en la electrolisis hay una etapa-

suplementaria que constituye una fuente importante de irreversibi-

lidad.

La energía requerida por el procedimiento químico puede --

ser en la práctica muy inferior a la consumida por la vía electro

lítica.

Con las técnicas de operación actuales, los electrolisado-

res consumen 5 kilovatios-hora por m 3 de hidrógeno producido, y -

el rendimiento es del orden del 70%.

22 -

Si la producción está asociada a centrales nucleares de -

agua ordinaria con un rendimiento de 33%, los electrolisadores -

suministran bajo forma de energía contenida en el hidrógeno, 23%

de la energía total empleada. Este rendimiento se incrementa --

hasta un 27% para centrales operadas con reactores nucleares de-

alta temperatura o de cría.

Los estudios que se conducen en este campo, tienen por ob

jeto mejorar los rendimientos y se examina la posibilidad de in-

crementar la temperatura y la presión para reducir las diferen -

cias de potencial en las terminales de electrolisador, así como-

el empleo de electrolitos sólidos minerales u orgánicos, electro

dos más evolucionados que contienen catalizadores. La compañía-

Allis Chalmers ha llegado a incrementar su rendimiento hasta en-

un 82% mediante estos estudios sin incrementar la inversión en -

una instalación que ha sido optimizada. El consumo de energía -

eléctrica no será mayor a los 4 kilovatios hora por m 3 de hidró-

geno. La compañía General Electric, que lleva a cabo investiga-

ciones con electrolitos sólidos, estima que podrá alcanzar entre

3.2 y 3.5 kilovatios-hora por m 3 de hidrógeno, lo que significa-

llegar a un rendimiento global del orden de 33 a 39%, dependien-

do del tipo de reactor empleado.

Los rendimientos evaluados por procedimientos de termoli-

sis varían entre 35 y 50%, en la inteligencia de que los procedi

mientos aún no han sido agotados. Los costos anuales de construc

ción por el método de electrolisis son conocidos y se puede esti-

mar un abatimiento en los mismos como resultado del perfecciona -

miento de las técnicas de producción en serie de los electrolisa-

dores.

El hidrógeno puede almacenarse como el gas natural, en al-

macenaje diario, semanal o temporal inclusive en cavidades subte-

rráneas. También será posible obtener hidrógeno con la electrici

dad producida por las centrales nucleares durante las horas de ba

ja demanda, mejorando así las utilización de la energía eléctrica

producida vía centrales nucleares. No ha sido aun posible eva --

luar el costo de producción del hidrógeno por termilisis, pero sí

es posible estimar el costo del hidrógeno obtenido a partir de la

- 23 -

reacción autotérmica del metano, o sea, con el calor necesario de

reacción suministrado por el metano mismo, o bien por la vía nu -

clear que es cuando el calor se obtiene por energía nuclear y el-

que resultaría de la producción electrolítica del hidrógeno en ho

ras de bajo consumo.

Un alza en el costo del gas natural que vaya ms allá del-

nivel actual podría quizás, para el ao de 1985, llevar a la pro-

ducción de hidrógeno por vía electrolítica en forma competitiva,-

permitiendo para la electricidad marginal un costo m.s bien bajo.

b) ALMACENAJE DEL HIDROGENO.

Una de las ventajas potenciales del hidrógeno es la posibi

lidad de su almacenamiento.

Es posible su almacenamiento en estado sólido bajo la for-

ma de hidruros, gracias ésto a las propiedades de absorción del -

hidrógeno en los sólidos. Las investigaciones llevadas a cabo so

bre compuestos minerales ternarios, comprendiendo tierras raras,-

níquel, cobalto, cobre y magnesio han sido satisfactorias. La ab

sorción del hidrógeno en relación al costo, asegura su penetra --

ción en el mercado del transporte. El hidrógeno se puede recupe-

rar ya sea por elevación de temperatura o por reducción de pre --

sión.

El almacenaje del hidrógeno líquido se ha llevado a cabo -

en los EUA por la NASA en tanques esféricos de 3400 m 3 . Sin em -

barqo, este tipo de almacenaje resultaría costoso si se quiere ha

cer en forma masiva. La energía mecánica o eléctrica que se pue-

de obtener de la combustión del hidrógeno líquido es del orden de

1 kilovatio hora por litro, es decir, del mismo orden que la ener

gía necesaria para obtener por licuefacción el mismo litro de hi-

drógeno.

El almacenaje del hidrógeno gaseoso se efectúa industrial-

mente en botellas bajo presión, de 200 kg/cm 2 . En cantidades --

considerables puede realizarse en la misma forma que se hace el -

almacenamiento subterráneo de gas natural, en estructuras acuíf e-

ras, yacimientos agotados, yacimientos de sales lixiviadas, etc.-

- 24 -

El almacenamiento en tales casos puede hacerse por medio de capas

impregnadas de agua, debido a la baja solubilidad del hidrógeno -

en el agua. La única solución actual de almacenaje masivo es ba-

jo la forma gaseosa que llevaría, para una misma cantidad almace-

nada a un costo de almacenamiento del hidrógeno de aproximadamen-

te dos veces más alto que el del metano.

c) TRANSPORTE.

El hidrógeno puede transportarse y distribuirse por gaseo-

ducto en forma similar al gas natural; el transporte mediante lí-

neas de conducción es uno de los métodos menos costosos, y si la-

red es subterránea, no es antiestética y ocupa menos lugar que --

las líneas de transmisión aéreas. Las líneas de transmisión de -

alta tensión utilizadas en la electricidad son costosas tanto en-

su instalación como en su mantenimiento. El transporte de canti-

dades masivas de la energía producida por las grandes centrales -

nucleares, requerirá cada vez más espacio, el cual será más difí-

cil de encontrar disponible en las regiones sobrepobladas de los-

países más industrializados. Los cables subterráneos de transmi-

sión de energía cuestan por lo menos 10 veces más que las líneas-

de transmisión aéreas, y no se considera su uso para el transpor-

te a gran distancia. Se hace un esfuerzo en la actualidad para -

lograr la puesta en uso de los cables criogénicos superconducto -

res que permitan transportar bajo tierra y a precios razonables,-

grandes cantidades de energía. Sin embargo, el futuro de esa téc

nica es todavía difícil de alcanzar.

Siendo la densidad del hidrógeno más baja que la del meta-

no, es posible circular 3 veces más cantidad de hidrógeno que de

metano a través de la misma tubería, usando obviamente compreso -

res de alta potencia. Por tanto, el transporte del hidrógeno, al

igual que el del metano, en forma masiva, es de posible utiliza -

ción. Las redes de distribución del hidrógeno gaseoso subterrá -

neas se explotan ya en Alemania (300 km) y en Texas, EUA, sin pro

blemas de seguridad hasta la fecha.

25 -

El hidrógeno gaseoso será más costoso en su transporte que

el gas natural, debido a su bajo poder calorífico por unidad de -

volumen y a su baja compresibilidad. El volumen de hidrógeno a -

transportar es tres veces mayor que el del metano para producir -

la misma cantidad de energía. Sin embargo, si el costo de trans-

portación del hidrógeno es 50 o 60% más elevado que el del gas na

tural, el costo total de su transporte y distribución es por lo -

menos tres veces menor que el de la distribución de la energía

eléctrica por líneas aéreas de alta tensión.

d) MERCADO POTENCIAL.

Tratándose de los usos del hidrógeno, es conveniente dis--

tinquir entre los usos como materia prima y los usos como combus-

tibie.

El hidrógeno constituye actualmente la materia en la sínte

sis de ciertos productos químicos tales como amoniaco, rnetanol, -

ciclohexano, etc., o en ciertos tratamientos de productos en la -

industria petrolera, tales como la hidrodesuifuración de combusti

bles, la gasificación de combustibles minerales sólidos y la eli-

minación de los residuos petroleros. Estos usos específicos no -

los analizaremos como parte de este trabajo aun cuando constituyen

un aspecto muy importante conocido como hidroqenoquímica e hidro-

genometalurgia.

El uso del hidrógeno como combustible es lo que constituye

uno de los mercados más promisorios del futuro.

El transporte aéreo, sobretodo el supersónico, en donde la

carga de combustible representa muchas veces casi toda la carga -

íitil, podría beneficiarse con una fuente calorífica que tiene un-

valor tres veces mayor por unidad de peso que el de los hidrocar-

buros, además de no ser contaminante.

El almacenaje se haría en forma líquida. La utilización -

del hidrógeno, puro o mezclado con gasolinas, se contempla para -

los motores de combustión interna. Recientes investigaciones rea

lizadas en los EUA y en Francia, han mostrado la factibilidad de-

inyectar hidrógeno en un cilindro al final de la compresión sin -

- 26 -

tener que modificar el motor de combustión interna. El almacenaje

podría llevarse a cabo bajo la forma de hidruros metálicos y la -

factibilidad de competir en el mercado estriba en obtener hidróge

no a un costo razonable.

Dado que el hidrógeno puede almacenarse y transportarse f

cilmente, es factible contemplar su uso en la producción de elec-

tricidad mediante turbinas de combustión que no producirían ningu

na molestia, ningún ruido y cuyo único efluente sería vapor de --

agua. Esta producción de electricidad podría efectuarse en las -

proximidades de los centros de consumo si así se requiriese. El-

éxito económico de este tipo de sistemas productores de electri--

cidad con un rendimiento elevado, crearía un mercado promisorio -

para el hidrógeno. Aun ms ¿por qué no imaginar una central cuyo

calor residual se utilice en calefacción doméstica?

En el campo de utilización térmica clásica, en los secto -

res industrial y residencial, podría constituir un mercado impor-

tante la producción masiva de hidrógeno a un costo aceptable. El

hidrógeno mezclado con gas natural, en una proporción de 10 a 15%,

es perfectamente utilizable sin modificar los equipos que actual-

mente están en servicio. Y aún podría llegarse a una proporción-

de un 50% en la mezcla, modificando en alguna proporción dicho --

equipo. El reemplazo del gas natural por hidrógeno tiene perspec

tivas de desarrollo muy importantes.

El consumo global de hidrógeno en el mundo occidental fue-

en 1980 del orden de 300 billones de m 3 , y la mitad de ellos,

aproximadamente, fueron utilizados en la síntesis del amoniaco. -

Tan sólo unos 10 billones de m 3 se utilizaron en Francia en la -

misma fecha en las industrias química y petroquímica. La red de-

distribución actual de gas natural podría absorber ms del 10% --

del hidrógeno producido. Como ejemplo tenemos las estimaciones -

hechas por el comité consultivo de investigación y desarrollo en-

el campo de la energía de Francia, que estima un consumo de hidró

geno para fines de siglo como se muestra a continuación

lb

- 27 -

UTILIZAC ION DE

HIDROGENO. HIDROGENO SUMINISTPNJO A USUARIOS.

BUJDNES DE m3 BILLONES m3

Ajuste con gas natural 10% H 2 - 90% gas natural

Energía eléctrica

Usos pacíficos (química, metalurgia, etc.)

35 11

390 130

80 26

145 48

TOTAL 650 215

Los 650 billones de m3 representan un 15% de la energía -

primaria total consumida para el año 2000. La producción de es-

te hidrógeno por termolisis requeriría unos 70 reactores con una

potencia unitaria de 3000 Mwt, correspondiendo a unos 1160 Mwe.-

Es conveniente señalar que el hidrógeno disponible por electrol

sis en horas de baja demanda no rebasaría los 8 billones de m3 a

fin de siglo y por consecuencia no se podría satisfacer dicha de

manda por las plantas productoras de electricidad.

e) SISTEMAS DE PRODUCCION, TRANSPORTE, ALMACENAJE, DISTRI

BUCION Y UTILIZACIN DE CANTIDADES MASIVAS DE HIDROGE-

La energía de fisión es una de las rns promisorias para -

producir hidrógeno a partir del agua. El hidrógeno podría trans

portarse en redes de distribución subterránea bajo presión y el-

almacenamiento masivo se haría en estructuras de acuíferos o ca-

vidades salinas, para posteriormente ser utilido bajo la forma

de calor o electricidad. Ademas no es material que por su com -

bustión produzca efluentes contaminantes. El esquema sería el -

siguiente:

CENTRAL ELECTROLISIS CALOR O NUC LEAR TERMOLISIS

ALMAC ENAJ E SUETERRANEO DEL H 2GASEOSO

DEL H 2 0

PRODUCC ION ELECTRIC IDAD

TRANSPORTE

TERRESTRE Y

AEREO

CALOR

INDUSTRIAL Y DOMESTICO

USOS

INDUSTRIALES

- 29 -

El hidrógeno parece ser un combustible que puede producirse eco-

nómicamente vía electrolítica primero y por termolisis después -

usando la energía producida en reactores nucleares. No es posi-

ble establecer con precisión el precio del hidrógeno producido -

por vía nuclear, pero sí el precio del gas natural aumenta pro -

gresivamente, como es el caso de todos los combustibles fósiles-

por su agotamiento en sus depósitos naturales, la energía nuclear

por el contrario tenderá a decrecer en su costo y por tanto el -

hidrógeno producido vía nuclear podrá hacerse competitivo y mejo

rar cada vez ms su posición relativa respecto a los combustibles

fósiles. El hidreno tendrá un mercado inicial primero en la in

dustria química y petroquímica, y a medida que sus costos de pro

ducción se abatan, suando la energía nuclear mediante los méto -

dos de electrolisis y terinolisis, se usará en forma masiva en --

usos térmicos, utilizando incluso las redes de distribución de -

gas natural ya existentes, así como sus sistemas de almacenamien

to.

La producción de cantidades masivas de hidrógeno obteni -

das a partir del agua y la energía nuclear principalmente, permi

tiran establecer sistemas de almacenaje, de distribución y de --

utilización del gas, así como una buena penetración del hidrógeno

en el mercado de calor, asegurando una participación en el balan

ce de energéticos primarios, sustituyendo ademas en forma progre

siva a los hidrocarburos líquidos y gaseosos.

A largo plazo, el progreso de la electrolisis y termoli -

sis ligados a reactores de alta temperatura HTR, aseguraran que-

entre un 10 a un 25% de la energía primaria utilizada sea bajo -

la forma de hidrógeno.

Estas perspectivas atractivas ligadas con la evolución fu

tura de los balances energéticos, darán lugar a un creciente con

sumo de hidrógeno y un desarrollo de la energía nuclear, lo que-

constituirá un instrumento de política económica para los países

que exploten este tipo de recursos.

3. CONCLUSIONFS.

En conclusión, y después de haber hecho el análisis de --

las aplicaciones ms promisorias del calor nuclear, podemos esta

blecer:

30 -

3.1. A PLAZO CORTO.

La producción de vapor y electricidad sobre todo a partir

de reactores de agua ligera eventualmente simplificados y usados

por los sectores industriales (cTuímicos principalmente) y resi -

denciales. Por ejemplo, en países europeos como Francia, podría

alcanzarse entre 10 mil y 20 mil Mwt en la década 1980-1990.

La producción de vapor a partir de los reactores de agua-

ordinaria destinados a la desalación de agua alcanzaré del orden

de 7 millones de m3 por día para 1985. Las centrales nucleares-

de tipo mixto serén las més cotizadas en el futuro cercano.

3.a A PLAZO MEDIO.

Se plantea la posibilidad de usar los reactores de alta -

temperatura (900°C) para producir hidrógeno o gases reductores -

mediante la transoformación de las gasolinas o el metano. Los -

mercados tradicionales del hidrógeno, incrementados aún por la -

pre-reducción del mineral de fierro, parecen tener algún atracti

yo por el calor nuclear principalmente en la RFA. Estos resulta-

dos se deben principalmente a los esfuerzos de este país para di

versificar sus fuentes de energía principalmente las de carbón y

poner en marcha nuevos métodos, haciendo uso de los reactores nu

clares. Si los esfuerzos técnicos tienen éxito, es posible que-

entre 1985 y 1990 se disponga en la RFA de un reactor comercial,

capaz de producir calor a una temperatura de 900 a 1000°C. Los-

japoneses igualmente, si tienen éxito, dispondrén de un reactor-

para fines múltiples (transformación de gas natural, calor para-

pre-reducción, electricidad). El reactor HTR tendré un desarro-

llo promisorio, sobretodo, por las razones de seguridad de apro-

visionamiento energético. Por tanto, podrá comercializarse prin

cipalmente en los países productores de gas, ricos en capital y -

preocupados de valorar al méximo su producción. Llevando a cabo

lo anterior, se habré alcanzado el objetivo de la última etapa -

tecnológica, es decir, la producción del hidrógeno por disocia -

ción química, como fue ya analizado ampliamente con anterioridad.

Es posible contemplar un mercado sustancial para los reac

tores de alta temperatura, en particular para los países produc-

- 31 -

tores de gas y de petróleo o de minerales de fierro, de aquí a la

última década del presente siglo. El retraso del mercado se debe

rá ms bien al tiempo requerido para desarrollar los reactores de

alta temperatura, que a la poca demanda del calor para dichas fe-

chas.

3.3. A LARGO PLAZO.

Se contempla la producción de hidrógeno por disociación --

térmica del agua con reactores del tipo HTR a temperaturas supe -

riores a los 1000°C o bien al desarrollo de reactores operando --

con sales fundidas sobreodo con el desarrollo de procedimientos -

que satisfagan la disociación del agua. La producción del hidró-

geno se considera independiente de la de los hidrocarburos y por-

tanto los reactores de alta temperatura podrén alcanzar un nivel-

considerable. Esta producción de hidrógeno complementaría la ob-

tenida por vía electrolítica en la presente década.

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