Torio como combustible nuclear

Eugenio G. Araya

Físico

La mayoría del calor interno de la Tierra se debe a la radiación que emite el elemento torio. En etapas tempranas de la Tierra, el Uranio 238 y el Uranio 235 entre otros, contribuyeron más a ese calor interno, pero en vista de que estos elementos decaen más rápido que el torio, hoy el calor es preponderantemente debido a este último. Esa descomposición lenta ha permitido que conservemos hasta ahora cerca del 85% del torio presente en la formación original de la Tierra. Con absoluta certeza podemos afirmar que el torio presente en nuestro planeta tiene la misma edad que el Universo. Este elemento se forma a partir de procesos violentos de supernovas en fusión de estrellas de neutrones.

En la corteza terrestre encontramos dos isótopos del torio, Torio 232 y Torio 230, este último tiene una vida mucho más corta y su presencia es más escaza. El suelo contiene cerca de 6 partes por millón de Torio 232 casi puro. Recientemente en el complejo minero Bayan Obo, en Mongolia Interior, norte de China, se ha descubierto el yacimiento más grande de la historia de este elemento, estimado en un millón de toneladas, y se calcula que con esa cantidad se podría generar energía para todo el gigante asiático por cerca de 60.000 años y algunos cálculos más optimistas dicen que alcanzaría para todo el planeta por 100.000 años. Sin embargo, las investigaciones apuntan a que los mayores yacimientos de torio se encuentran en el fondo marino.

Como combustible nuclear en las centrales para producir electricidad, se utiliza mayormente el isótopo de Uranio 235. Sin embargo, en la naturaleza el Uranio 239 corresponde a más del 99% del uranio en minas, pero este no sirve como combustible nuclear, por lo que los procesos para separar el U235 del U239 son extremamente complejos y caros, para rescatar ese menos que 1% del uranio útil. Estos procesos se llaman enriquecimiento de uranio, y es difícil distinguir en un proceso de enriquecimiento si se hace con fines civiles o militares. Para fines militares se utiliza U235 altamente enriquecido, al igual que para reactores navales.

Entonces, por las dos razones expuestas en párrafos anterior, la mayor abundancia -de tres a cuatro veces- del torio que el U235 en la naturaleza y un proceso más sencillo para convertirlo en material útil, el torio parece ser el mejor combustible. En el caso del torio, el proceso no se llama enriquecimiento porque no se está separando de otros isótopos, sino que mediante un proceso de bombardeo de neutrones, el T232 absorbe un neutrón en su núcleo para convertirse en el isótopo T233 que es el combustible de las plantas nucleares.

Esto es una diferencia sustancial, toda vez que el proceso de convertir T232 a T233 es para fines civiles únicamente, mientras que los procesos de enriquecimiento de U235 son difíciles de diferenciar si son para uso civil o para uso militar.

Actualmente hay en operación algunos reactores pequeños de torio. China tiene uno en operación reciente desde 2024; India tiene investigación desde los años 70 del siglo pasado en vista de sus grandes reservas de torio; Estados Unidos está reactivando su investigación en Oak Ridge en el estado de Tennessee y Noruega realiza ensayos en reactores existentes. No existe todavía un desarrollo comercial de reactores de torio, pero la naturaleza parece inclinar la aguja hacia allá dadas las inmensas reservas de este elemento y su alta energía, que rebasa por mucho la del uranio.

El torio representa una prometedora alternativa al uranio como combustible nuclear: más abundante, más seguro, menos contaminante y con menor riesgo de proliferación. Sin embargo, requiere un rediseño profundo del sistema nuclear actual, lo que ha retrasado su adopción comercial y todavía los costos no son comerciales.

La mayoría de los reactores actuales están diseñados para uranio, lo que significa que para utilizar torio se necesitará un cambio en la infraestructura de las centrales nucleares. Estos procesos son lentos porque, por una parte, las centrales nucleares están en operación produciendo energía eléctrica vital para una gran cantidad de países, y por otro lado, las plantas tienen apalancamientos financieros de largo plazo, por lo que no es fácil por ninguna de las dos razones hacer una reconversión. La mejor vía es la construcción de nuevos reactores con combustible torio y dejar que los reactores de uranio existentes terminen su vida útil.

Por otro lado, las tensiones geopolíticas causan distorsiones en el avance científico. En este caso, las mayores reservas de torio se encuentran en China, al menos por ahora y la minería en el fondo marino está siendo fuertemente criticada, por lo que las reservas de torio de fondo marino tendrán que esperar a que se desarrolle tecnología capaz de extraer combustible nuclear de manera limpia, ordenada y sostenible.

Algunas investigaciones del Shanghai Institute of Applied Physics apuntan a utilizar mezclas de torio con residuos nucleares como combustible en reactores de torio, lo que sería de gran ayuda para consumir los miles de toneladas de basura nuclear. El reactor TMSR-LF1 (operativo desde 2024) sirve como banco de pruebas para el uso combinado de torio con plutonio y residuos menores. Por su parte el Idaho National Laboratory (INL) investiga combustibles avanzados para reciclar residuos utilizando torio como principal combustible. El Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hace lo propio con un reactor de torio de sales fundidas, uno de los varios tipos de reactor de torio en proceso de investigación.

Es esperable que luego del 2050, la mayoría de los reactores que se construyan en el mundo serán de torio. Esta nueva tecnología de fisión nuclear avanza paralelamente con la tecnología de fusión nuclear, solamente que para países pequeños como Costa Rica, la fusión nuclear, aunque ideal y deseable, nos queda muy grande por ahora y por mucho tiempo. 

Mis proyecciones exponenciales, utilizando un crecimiento moderado de la demanda del 3% anual sostenido, muestran una demanda para el 2050 de 8.500 mega watts, imposibles de generar con las formas convencionales en nuestro país. Proyecciones a horizontes un poco más lejanos arrojan demandas gigantescas para este pequeño país. Pero así es la demanda de energía. Desde que tenemos registros, la demanda ha sido exponencial en todo el planeta, en todo lugar, siempre. Costa Rica no es diferente y su demanda debe ser proyectada de con funciones exponenciales.

En mi criterio, Costa Rica debe incursionar, y pronto, en la energía nuclear para poder generar las inmensas cantidades de energía que se necesitará para cubrir la demanda de las próximas décadas. Yo quisiera pensar que fueran reactores de torio, pero me temo que no podemos esperar al desarrollo de esta nueva tecnología; nos está atropellando la demanda y nos resulta sumamente caro comprar la energía afuera y más aún generarla con búnker y con diésel en generadores con motores de combustión -generación térmica- en Moín y en Garabito de Miramar.

En algunas situaciones por condiciones de contorno, a uno le corresponde solo ver pasar los acontecimientos. En el caso del torio como combustible nuclear, creo que a Costa Rica le toca solo ver los toros desde la barrera. Al menos por ahora.