Según un informe anterior del diario japonés Asahi Shimbun, fuentes del gobierno japonés revelaron que el gobierno planea empezar a verter al mar el agua tratada contaminada por la central nuclear de Fukushima ya a finales de agosto.
El plan de verter al mar agua contaminada con material nuclear en Japón ha suscitado intensos debates en la comunidad científica y entre el público, centrados en la cuestión del tratamiento de las aguas residuales nucleares. Por lo general, el agua contaminada con material nuclear contiene isótopos radiactivos como estroncio, cesio, plutonio, uranio y tritio radiactivo. Anteriormente, TEPCO (Tokyo Electric Power Company) eliminaba 62 nucleidos, incluido el cesio, mediante dispositivos de adsorción de cesio y el sistema de adsorción multinucleido ALPS (Advanced Liquid Processing System). En 2014, añadieron un dispositivo de adsorción de estroncio. Después de que las aguas residuales se sometan a la eliminación de cesio y estroncio, así como a la desalinización mediante ósmosis inversa, tienen tres destinos: aproximadamente 280 metros cúbicos de agua volverán al tanque de inyección como agua de refrigeración circulante para el reactor; el agua restante va a la unidad ALPS o a la unidad móvil de eliminación de estroncio, y el efluente tratado se almacena finalmente en tanques de almacenamiento. Sin embargo, hay un isótopo, el tritio, que resulta difícil de eliminar para cumplir las normas mediante el sistema ALPS.
Qué es el tritio？
El tritio es un isótopo del hidrógeno y también se produce de forma natural. Tiene un impacto relativamente bajo en el cuerpo humano, pero concentraciones elevadas pueden plantear riesgos para la salud. El agua tritiada de las centrales nucleares convencionales se forma principalmente debido a la irradiación neutrónica de isótopos de hidrógeno en el bucle de refrigerante o a la penetración de subproductos de la fisión de elementos combustibles en el bucle.
De hecho, Japón ha llevado a cabo amplios esfuerzos de investigación y exploración para abordar el tritio. En septiembre de 2014, el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón seleccionó a Kurion de Estados Unidos, RosRAO (filial de la corporación estatal rusa de energía atómica Rosatom) y GE-Hitachi Nuclear Energy de Canadá para llevar a cabo un proyecto de demostración de eliminación de tritio. ¿Cómo es la solución para la eliminación del tritio? Según la información disponible, tanto Veolia (que adquirió Kurion) como Rosatom emplean una solución tecnológica que utiliza el proceso de intercambio catalítico por electrólisis combinada (CECE)
El proceso de intercambio catalítico por electrólisis combinada (CECE), elegido por el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) para la eliminación de tritio del agua de refrigeración por sus características de menor temperatura de funcionamiento y fácil control del proceso, también ha sido adoptado por la Compañía Eléctrica de Tokio (Japón) como una importante tecnología alternativa para la eliminación de tritio a gran escala de las aguas residuales nucleares tras el accidente nuclear de Fukushima. En el proceso CECE, sólo una pequeña fracción de las aguas residuales tritiadas tratadas se somete a un procesamiento posterior tras su enriquecimiento y concentración, mientras que la mayor parte se convierte en hidrógeno gaseoso para su liberación. El hidrógeno emitido contiene vapor de agua saturado, y el tritio existe en forma de agua tritiada oxidada (HTO) dentro del vapor de agua saturado, mostrando una toxicidad biológica 10.000 veces mayor que el tritio gaseoso elemental. Por lo tanto, antes de la liberación de hidrógeno, es necesario un tratamiento exhaustivo del vapor de agua, que normalmente se consigue condensando el vapor y devolviendo el líquido condensado al sistema de proceso.
El sistema de eliminación de tritio MDS de KURION consta de dos componentes principales: una unidad de torre de intercambio catalítico en fase líquida y una unidad de producción de hidrógeno por electrólisis. La torre de intercambio catalítico en fase líquida está llena de catalizadores hidrófobos de metales preciosos y material de relleno hidrófilo. El hidrógeno generado en la unidad de electrólisis intercambia isótopos de hidrógeno con el agua que fluye hacia abajo en la torre de intercambio catalítico. El tritio se enriquece en la fase líquida del agua y se reduce en la fase gaseosa del hidrógeno. La torre de intercambio catalítico se divide en dos secciones a la entrada del agua tritiada, siendo la sección superior la etapa de agotamiento y la sección inferior la etapa de enriquecimiento. El agua natural fluye hacia abajo desde la parte superior de la etapa de agotamiento, eliminando el hidrógeno evolucionado, y el hidrógeno agotado se descarga en la parte superior. En la etapa de enriquecimiento, el agua de alimentación tritiada se mezcla con el agua que desciende de la etapa de agotamiento, intercambiando isótopos con el hidrógeno. Este proceso da como resultado el enriquecimiento del agua tritiada en la parte inferior de la torre de intercambio catalítico en fase líquida.
Aunque es técnicamente factible separar el tritio de las aguas residuales nucleares, el gobierno japonés no ha implantado prácticamente ninguna tecnología de eliminación de tritio debido al “coste” subyacente, que es la razón por la que no se ha conseguido industrializar. Según un informe de World Nuclear News (WNN) de noviembre de 2014, el Ministerio de Economía, Comercio e Industria japonés asignó aproximadamente $10 millones a la empresa estadounidense de gestión de residuos radiactivos Kurion. El propósito era demostrar la tecnología de separación de tritio, con el objetivo de validar la tecnología y evaluar los costes de establecimiento y funcionamiento para su aplicación en la central nuclear de Fukushima. El informe señalaba que las tecnologías existentes para la separación del tritio del agua pesada se consideraban “caras” para la gestión de las aguas residuales nucleares de Fukushima en aquel momento.
En marzo de 2015, Los Angeles Times informó de que Gaetan Bonhomme, Director de Tecnología de Kurion, estimaba que la tecnología actual de la empresa podría eliminar el tritio de 800.000 metros cúbicos de agua en un plazo de 5 a 8 años. Sin embargo, solo la construcción de la instalación costaría $1.000 millones, con unos gastos operativos anuales de millones de dólares. En abril de 2016, un grupo de trabajo especial del gobierno japonés concluyó que las tecnologías existentes de eliminación de tritio no eran aplicables a la central nuclear de Fukushima. El informe sugería que la base de esta conclusión eran consideraciones económicas y no la falta de capacidad tecnológica.
Con las necesidades del desarrollo nacional y la protección del medio ambiente, la energía nuclear desempeñará un papel cada vez más importante en el sector energético de nuestro país. Al mismo tiempo, es crucial reconocer que, aunque la energía nuclear es más respetuosa con el medio ambiente y sostenible que los combustibles fósiles, genera inevitablemente cierta cantidad de residuos radiactivos al tiempo que proporciona ingentes cantidades de energía. Además, a medida que se amplíe la escala de la energía nuclear, aumentarán gradualmente los residuos radiactivos generados. Debido a las características únicas de los residuos radiactivos, siempre han sido motivo de gran preocupación.
Las aguas residuales tritiadas son un aspecto crucial de esta preocupación, ya que el tritio en las unidades de energía nuclear de reactores de agua a presión (PWR) se genera principalmente a través de reacciones nucleares. Una parte se produce durante el proceso de fisión nuclear, y otra parte se libera cuando los elementos combustibles nucleares se generan y penetran a través del revestimiento en un bucle. Otra parte es el resultado de la formación de trazas de sustancias en el refrigerante del bucle, como B, Li y D, bajo la acción de los neutrones. Para una central nuclear de un millón de kilovatios, la emisión de tritio es de aproximadamente 70 terabecquerels al año, existiendo tritio en las aguas residuales en forma de agua tritiada (HTO). En el caso de las unidades del reactor AP1000, el tritio presente en el bucle de refrigerante entra principalmente en el sistema de tratamiento de líquidos residuales (WLS) en forma de efluente del sistema de refrigerante del reactor.
El tritio es radiactivo y sufre desintegración β, con una vida media de hasta 12,43 años. Aunque la norma nacional china “Basic Standards for Ionizing Radiation Protection and Radiation Source Safety” clasifica el tritio como un nucleido radiactivo de baja toxicidad, esto no implica que puedan ignorarse los peligros del tritio. La radiotoxicidad del tritio líquido (HTO/T2O) es 10.000 veces superior a la del tritio gaseoso (HT/T2). Puede penetrar en el organismo a través de los sistemas digestivo y respiratorio y de la piel dañada. Una exposición prolongada o una acumulación excesiva en el organismo puede provocar una enfermedad crónica por radiación interna.
Debido a la ausencia de instalaciones de tratamiento de las aguas residuales tritiadas en las centrales nucleares existentes, los métodos convencionales de eliminación de los nucleidos radiactivos convencionales, como la adsorción, la filtración, la evaporación, el intercambio iónico, la tecnología de membranas, etc., son prácticamente ineficaces para separar el HTO del H2O. Como consecuencia, la mayor parte del tritio acaba vertiéndose al medio ambiente. Con el aumento de la construcción de centrales nucleares, se espera que el vertido de aguas residuales tritiadas aumente gradualmente. Este problema cobrará mayor importancia, especialmente con la construcción prevista de centrales nucleares en el interior. Debido a la capacidad de dilución relativamente menor de las masas de agua continentales en comparación con las centrales nucleares costeras, el desarrollo de centrales nucleares continentales debe tener en cuenta en primer lugar el impacto ambiental del vertido sustancial de aguas residuales tritiadas de baja concentración o la contaminación directa del agua potable.
Las aguas residuales tritiadas de las centrales nucleares se caracterizan por su baja concentración y su gran volumen de tratamiento. Simultáneamente, existen elevados requisitos en cuanto a factores como la simplificación del proceso, la seguridad y la rentabilidad. En la actualidad, los procesos de tratamiento de aguas tritiadas disponibles al público están diseñados principalmente para aguas pesadas que contienen tritio, y a menudo implican un proceso de dilución que requiere una cantidad significativa de hidrógeno para desplazar el tritio del agua. El proceso posterior de las unidades de separación de isótopos de hidrógeno implica una presión y un consumo de energía considerables.
En respuesta a esta situación, las instituciones de investigación de China han mejorado el proceso de tratamiento de aguas residuales nucleares tritiadas. Las mejoras incluyen modificaciones en el sistema de alimentación, la unidad de destilación de agua, el sistema multietapa, la unidad de intercambio catalítico por electrólisis combinada, el contenedor de almacenamiento de agua tritiada y el sistema de ahorro de energía de la bomba de calor. El enfoque de procesamiento en dos etapas implica el uso de la destilación de agua como proceso primario de dilución y reducción para conseguir una dilución de descarga estándar de agua tritiada de alta capacidad y baja concentración. El proceso combinado de intercambio catalítico por electrólisis sirve como proceso secundario de reducción de alta eficacia para lograr el tratamiento de dilución y reducción a diferentes múltiplos del agua tritiada. Este método ofrece ventajas como un proceso sencillo, un funcionamiento cómodo del equipo, una buena estabilidad del sistema y unos factores de dilución y reducción elevados. Consigue eficazmente el tratamiento de dilución y reducción del agua tritiada y tiene un importante valor de aplicación en ingeniería.
DODGEN ha participado activamente en este campo y ha desarrollado equipos clave adecuados para esta aplicación. Para detalles específicos, puede consultar: “Destilación de Agua Pesada: Selección de la Empaquetadura de Malla Metálica y de los Internos de la Torre”.”
En resumen, el elevado coste es la principal razón por la que las tecnologías de eliminación del tritio de las aguas residuales nucleares no se han industrializado con éxito. Las tecnologías industrializadas de tratamiento de aguas residuales nucleares deben poseer una gran capacidad de procesamiento a gran escala para gestionar el enorme volumen de aguas residuales nucleares. Además, el tratamiento de aguas residuales nucleares implica sustancias radiactivas de alto riesgo. Cualquier tecnología industrializada debe garantizar que no plantea más riesgos para las personas y el medio ambiente durante el proceso. La seguridad y el respeto del medio ambiente de la tecnología química son requisitos indispensables, que requieren una amplia experimentación y validación.
En la actualidad, lograr la industrialización de las tecnologías de eliminación del tritio de las aguas residuales nucleares requiere una importante inversión financiera, lo que la hace económicamente inviable. Sin embargo, se cree que a medida que la tecnología siga avanzando y se superen continuamente los retos de la industrialización, la perspectiva de una reducción de costes está en el horizonte.
