La energía del torio en Rusia y el futuro de la supertecnología

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Valery Konstantinovich Larin, uno de los principales expertos mundiales en energía de torio, miembro del consejo de expertos de la revista Rare Lands, Doctor en Ciencias Técnicas, ex director ejecutivo de varias de las empresas más grandes de Sredmash, sobre el código de confianza, nuevo oportunidades en el desarrollo del Ártico, la evolución y el brillante futuro de la energía nuclear, que no se pueden imaginar sin el uso de un elemento único: el torio.

¿Qué es el torio? ¿Cuáles son sus pros y sus contras? ¿Por qué el torio ya se elige en otros países? Convocatorias finales antes del gran show, a las que quizás no recibamos invitación si hoy perdemos la oportunidad de crear supertecnología de torio para la nueva era tecnológica.

Torio como alternativa al uranio

El torio es varias veces más abundante en la corteza terrestre que el uranio natural. El torio y uno de los isótopos presentes en él, el uranio-232, pueden ser una fuente bastante eficaz en la energía nuclear en lugar del combustible ampliamente utilizado basado en el isótopo 235 del uranio. La energía del torio tiene una serie de ventajas colosales. ¿Cuáles? Primero, seguridad: no hay exceso de reactividad en un reactor que usa torio como batería. Esta es una garantía de no repetición de desastres tan terribles como Three Mile Island en América, como Chernobyl, como Fokushima. Incluso el académico Lev Feoktistov escribió que cualquier reactor nuclear que funcione con la configuración y la tecnología actuales tiene un exceso de actividad loco. De hecho, hay varias decenas o incluso cientos de bombas en un reactor, lo que nos obliga a tomar medidas de protección muy serias: trampas, diseños especiales, etc., lo que, por supuesto, aumenta enormemente el costo de producción y mantenimiento. La segunda ventaja de la energía del torio es que no hay problemas con la eliminación de desechos. Nos vemos obligados a recargar combustible en los reactores VVER actuales cada año y medio. Se trata de 66 toneladas de sustancia activa, que deben cargarse una vez. Además, el grado de agotamiento no es tan alto, queda mucho desperdicio, lo que está plagado de una serie de dificultades. Me refiero a la eliminación secundaria de elementos activos, el plutonio se produce en grandes volúmenes. La energía del torio no tiene todo esto. ¿Por qué? El torio tiene una vida media mucho más larga; en la práctica, diez años o más. Esto proporciona un uso más eficiente, menores costos de descarga y descarga, mayor factor de capacidad, etc. Sí, hay que admitir que debido a la diferente vida media del torio, se forman otros actínidos, más activos, pero en la etapa actual este problema es bastante solucionable. Pero también hay grandes ventajas. De acuerdo, hay una diferencia: ¿un año y medio y diez años?

El principal mineral que contiene torio es la monacita, que contiene tierras raras. Por lo tanto, cuando hablamos del torio como combustible para la energía futura, como la siguiente etapa en el desarrollo de la energía nuclear, naturalmente hablaremos sobre el procesamiento complejo de materias primas de monazita y la separación de tierras raras; esto esencialmente hace que el uso de torio comercialmente más económico y atractivo. Existe un potencial muy serio para el desarrollo de la energía, la economía y la industria minera. El torio se encuentra en Rusia en forma de arenas de monacita. Esta tecnología debe ser desarrollada, probada industrialmente y, lo que es más importante, rentable. Todo se puede hacer en el laboratorio.

El problema de encontrar depósitos de torio es similar al problema de encontrar depósitos de metales de tierras raras: su capacidad de concentración es débil y el torio es muy reacio a acumularse en depósitos importantes, ya que es un elemento muy disperso de la corteza terrestre. El torio está presente en pequeñas cantidades en granito, suelo y suelo. El torio generalmente no se extrae por separado; se recupera como subproducto durante la extracción de elementos de tierras raras o uranio. En muchos minerales, incluida la monacita, el torio reemplaza fácilmente al elemento de tierras raras, lo que explica la afinidad del torio con las tierras raras.

Torio(Torio), Th es un elemento químico del grupo III del sistema periódico, el primer miembro del grupo actínido. En 1828, al analizar un mineral raro encontrado en Suecia, Jens Jakob Berzelius descubrió un óxido de un nuevo elemento en él. Este elemento recibió el nombre de torio en honor a la todopoderosa deidad escandinava Thor (Thor es un colega de Marte y Júpiter, el dios de la guerra, el trueno y el relámpago). Berzelius no pudo obtener torio metálico puro. Una preparación pura de torio fue obtenida solo en 1882 por otro químico sueco, el descubridor del escandio, Lars Nilsson. La radiactividad del torio fue descubierta en 1898 de forma independiente entre sí por Maria Sklodowska-Curie y Herbert Schmidt.

Necesitamos desarrollar nuestra propia producción

En un momento, se escribieron informes a Efim Pavlovich Slavsky e Igor Vasilyevich Kurchatov de que era necesario cambiar al ciclo del torio. Y la ingeniería de energía de torio se realizó de manera experimental: los reactores estaban operando en Mayak y en Alemania. Pero al mismo tiempo, era necesario desarrollar una dirección militar relacionada con la energía y, en consecuencia, el trabajo sobre el plutonio y el programa de torio se congeló. Por eso, la decisión, que tomó nuestro Presidente, de que es necesario comenzar a trabajar en esa dirección, fortalecer y, quizás, incluso acelerar, es muy correcta y oportuna. Hoy nadie nos dará una segunda oportunidad. China, India y los países escandinavos tienen un programa de torio muy serio. Pronto todos llegarán tan lejos que no alcanzaremos a nadie. China ha llegado tan lejos en el desarrollo de la industria de tierras raras con su propia base de mineral que no asustaremos a China con esto hoy. Podíamos ponernos al día con China y teníamos que hacer todo lo posible para que China de nosotros, al menos un paso, dos se mantuvieran en segundo plano en ingeniería nuclear, en tecnologías nucleares. Pero, lamentablemente, también aquí estamos cediendo. China está ansiosa por ingresar al mercado con sus reactores nucleares, con tecnología propia. Y les puedo asegurar que dada la posición que tenemos ahora, perderemos esta pelea.

Ya están ofreciendo reactores de baja potencia y, lamentablemente admitirlo, industrializarán las plantas de reactores flotantes más rápido que nosotros; nuestros camaradas ministeriales están muy interesados en estos reactores, en lugar de desarrollar su propia producción. Necesitamos desarrollarnos. Por ejemplo, los reactores de gas, los reactores refrigerados por gas de alta temperatura son, de hecho, una dirección muy prometedora. Pero por alguna razón también hacemos esto muy lenta, tímidamente, inerte.

Desafortunadamente, a lo largo de la década de 1990, nos dominó la ideología de que es más fácil y más barato comprar tierras raras, por ejemplo, en China, que fabricar nuestro propio producto.

¿Cuánto cuesta el combustible nuevo?

Los productores son conservadores. Y su conservadurismo está justificado. La filosofía del trabajador de producción es clara: tengo una producción que funciona bien, trabajo, soy responsable del plan, de la producción, de las personas que trabajan. Cualquier innovación me trae riesgos. Los riesgos de algo nuevo, que debe experimentarse y, al mismo tiempo, algunas fallas, superposiciones, etc., son siempre posibles. Lo necesito? Prefiero vivir en paz. Por lo tanto, el conflicto de tales intereses: desarrollo, promoción de lo nuevo y el punto de vista de un trabajador productivo conservador, siempre ha sido, es y será. Otra cosa es que hay que superarlo de forma racional.

Hoy en día, existen variedades de combustible de uranio: nitruro, cerámica, combustible con la adición de tierras raras. Un gran número de opciones. ¿Y esto se hace sin ningún costo, sin dinero? Absolutamente no. Para obtener un nuevo combustible a base de torio, es necesario desarrollar una tecnología para la fabricación de estos materiales. Y antes de decir que la energía del torio es mucho más cara que el uranio, debemos hacer algo simple: un análisis económico comparativo. Por ejemplo, si se utiliza una fusión de fluoruro de torio como combustible para un reactor, me parece que no es tan caro obtener fluoruros de torio. Si recibimos combustible en forma de elementos esféricos, esta es la segunda opción, cerámica, la tercera opción. Además, estamos hablando aquí, en primer lugar, de materias primas, de monacita, y la cuestión del precio se determinará teniendo en cuenta el uso complejo. Es decir, la extracción de la cantidad total de tierras raras, uranio y circonio de la monacita, todo esto reducirá seriamente el costo de producción de combustible a base de torio.

Un poco sobre reactores rápidos. No importa con qué tecnología, en qué reactor, en qué versión de diseño usar neutrones rápidos, encender un material natural; en una u otra cantidad, aún se generarán desechos. Y los residuos deben reciclarse. Si hablamos de la pureza de la metodología y los conceptos, como tal, no hay un ciclo cerrado y no puede serlo. Pero en la opción de la energía de torio habrá menos residuos activos que necesiten ser reciclados.

Estoy convencido de que, en cualquier caso, cambiaremos gradualmente a la energía de torio, especialmente desde que las últimas investigaciones y cálculos de físicos de la Universidad Politécnica de Tomsk, cálculo teórico del núcleo, muestran que una transición evolutiva a la energía de torio es posible en relación con la luz. -reactores de agua. Es decir, no una revolución inmediata, sino una transferencia gradual del núcleo de los reactores de agua ligera existentes con un reemplazo parcial del núcleo del combustible de uranio al torio.

Antes de colgar sellos de que esto es malo y bueno, debe abordar seriamente el negocio real. Digamos que hacemos un par de barras de combustible y las ejecutamos en bancos de prueba. Elimina todas las características de la física nuclear. Se necesita hacer mucha investigación ya largo plazo. Y cuanto más nos demoremos, argumentando que es difícil y difícil, más nos rezagamos en el desarrollo. Tienes que hacer todo a tiempo. En un momento, Sredmash se dedicó a esto, recibió torio metálico en nuestras empresas y estas tecnologías estaban disponibles. Es necesario plantear la vieja experiencia, viejos informes, probablemente todos estén conservados en los archivos, y los expertos lo encontrarán. Teniendo en cuenta lo hecho y las nuevas oportunidades, es necesario continuar con todo esto.

Algunos depósitos de torio en Rusia:

• Tugan y Georgievskoe (región de Tomsk)

• Ordynskoe (región de Novosibirsk)

• Lovozerskoe y Khibinskoe (región de Murmansk)

• Ulug-Tanzekskoe (República de Tyva)

• Kiyskoe (territorio de Krasnoyarsk)

• Tarskoe (región de Omsk)

• Tomtorskoe (Yakutia)

Torio para el Ártico y más allá

Existe una gran necesidad de centrales eléctricas móviles y estacionarias en serie de potencia ultrabaja y baja (de 1 a 20 MW), que puedan usarse como fuentes de energía y calor en el desarrollo de los territorios del norte, el desarrollo de nuevos depósitos allí, así como en el suministro de electricidad a guarniciones militares remotas y grandes bases navales en las flotas del Norte y del Pacífico. Estas instalaciones deben tener el mayor período de operación posible sin recargar combustible nuclear, durante su operación no deben acumular plutonio, deben ser fáciles de mantener. No pueden operar en el ciclo uranio-plutonio, porque el plutonio se acumula durante su uso. En este caso, una alternativa prometedora al uranio es el uso de torio.

El problema energético en el Ártico es el problema número uno. Y esto debe tratarse con absoluta claridad. En este momento, en Zhodino, nuestros queridos amigos bielorrusos han fabricado el BelAZ más grande del mundo, con una capacidad de carga de 450 toneladas. Para que este "BelAZ" funcione normalmente, todos sus juegos de ruedas se conducen por separado, hay un motor separado para cada rueda. Pero para obtener electricidad, hay dos enormes diesel que impulsan generadores eléctricos, distribuyen todo a estos motores eléctricos. Hagamos un pequeño reactor de torio y no es necesario instalarlo directamente en este BelAZ. Puedes hacer diferentes opciones. Por ejemplo, sería muy eficaz utilizar reactores de torio de baja potencia para la producción de hidrógeno. Y transfiera todos los motores al hidrógeno. En este sentido, teóricamente obtenemos una imagen brillante, porque cuando quemamos hidrógeno, obtenemos agua. Energía absolutamente "verde" con la que todo el mundo sueña. O haremos plantas de energía nuclear basadas en reactores de baja potencia. Con el mayor desarrollo y exploración del Ártico, los reactores locales móviles, las instalaciones de reactores de baja potencia darán, desde mi punto de vista, un loco efecto económico nacional. Simplemente loco. Deben ser exactamente móviles, locales, móviles. Y creo que no es tan difícil fabricar reactores de baja potencia en torio con un período de repostaje de diez años o más en el Ártico. Sí, es posible fabricar reactores de baja potencia utilizando tecnologías existentes: tomemos los reactores que tenemos en la marina, en submarinos y barcos de propulsión nuclear. Pongámonos. Empecemos a explotar. Todo esto se puede hacer. Pero las dificultades de operación y desmantelamiento, carga, descarga y remoción en las duras condiciones de las latitudes del norte complicarán enormemente el uso de este tipo de instalación.

Otro ejemplo ilustrativo. En las enormes canteras de Yakut de Alrosa, en las subdivisiones mineras de Lebedinsky GOK, cuando extraemos mineral de hierro, utilizamos BelAZ u Orugas de alta resistencia, y existe un gran problema de ventilar las canteras de las emisiones de escape y después de explosiones masivas para romper el mineral. ¿Qué se aplica? Hasta los motores de los helicópteros de los aviones, pero también funcionan con combustibles fósiles, queroseno, etc., a su vez, se produce una contaminación secundaria de la cantera. Al cambiar a vehículos con reactores a base de torio, no es necesario ventilar los pozos abiertos, no se necesitan depósitos de combustible y lubricantes, etc.

Es un shock para mí cuando Rusia, el sucesor legal de la Unión Soviética, no puede proporcionar a su industria nuclear un componente natural, uranio, materias primas. No entiendo esto, pero me crié en una vieja escuela y no trabajé en ningún lado excepto en Sredmash. No es broma, hace un tiempo, a juzgar por las fuentes oficiales de Rosatom, nos vimos obligados a comprar materias primas en Australia.

Las empresas rusas, dicen, no son rentables, pero en este caso, ¿por qué empresas similares en Ucrania, donde también la minería subterránea y el contenido de metal en el mineral son similares a la nuestra, son rentables? Probablemente, ha surgido la necesidad, el estado necesita tener reservas estatales de materiales estratégicos para el desarrollo de la energía nuclear, así como para la industria en general. Teniendo en cuenta los trucos que se están produciendo (sanciones, etc.), en cualquier momento podemos ponernos en una posición muy, muy incómoda, de dependencia.

Cuando se trata de cuestiones de principio, de la seguridad del Estado, no solo desde el punto de vista de la capacidad de defensa, la seguridad del Estado es un concepto amplio y amplio, y no se trata solo de armas. Estos son alimentos y otras cosas estratégicas.

¿Dónde está la sede de analistas y especialistas?

Me parece que bajo cualquier ministerio debería haber una especie de sedes de analistas, asesores, cardenales grises, si quieres, llámalos como quieras, que deben analizar una enorme cantidad de información y separar el trigo de la paja, definiendo. la estrategia de desarrollo. Desafortunadamente, especialmente hoy en día, las decisiones a menudo se toman sin un análisis adecuado. El liderazgo de la industria debe participar en análisis y planificación estratégica, comprender claramente en qué dirección se desarrollará aún más la industria. Y esto debería basarse en los análisis adecuados.

La mala noticia es que realmente nos olvidamos del concepto de "metales críticos", de lo que se necesita para el desarrollo de la industria nuclear, para su funcionamiento ininterrumpido. Según tengo entendido, el itrio, el berilio y el litio son muy necesarios, un grupo medio pesado es muy necesario: estos son neodimio, praseodimio, disprosio. Estos elementos son realmente necesarios para los próximos 5-10-15 años. Sí, hemos determinado que necesitamos estos elementos. Les haré una pregunta simple: señores jefes, señores tecnólogos, recibimos estos elementos. ¿Qué vamos a hacer con ellos? ¿Tenemos una industria secundaria lista para fabricar productos a partir de estos elementos? ¿Quién hará si existen estos negocios? Primero, pueden decirnos que sí, hicimos prototipos. La pregunta es diferente. ¿Ha hecho algo que sea competitivo? Este producto es ruso y ¿será un producto mejor en sus características que el alemán, etc.? Es como un televisor. Para usted, como consumidor, pondremos un televisor ruso y un televisor japonés. Estoy seguro de que comprará japonés. Esa es la pregunta: ¿está la industria lista para usar las tierras raras correctamente y en la dirección correcta? ¿Estamos listos para hacer un producto competitivo con ellos o hemos producido tierras raras para vender en el mercado? China con nuestras tierras raras no nos dejará entrar al mercado. Hay un conjunto de problemas que debemos resolver de manera integral, pero solo los estamos declarando.

Pero mucho peor es el envejecimiento del personal, el potencial en el ministerio, en la corporación estatal. Y esto, lamentablemente, es especialmente evidente en la división de materias primas. Y la división de materias primas es la columna vertebral. Si no tiene las materias primas, entonces no habrá nada con lo que hacer algo. Se puede construir hierro, pero ¿cómo se alimenta el hierro? No estamos diciendo en vano que debemos pensar y considerar la variedad de fuentes de materias primas, incluido el torio. Junto con esto, uno no debe olvidarse del uranio, no debe olvidarse de las reservas acumuladas (componente natural 238 en varias formas). Todo esto debe usarse en un segmento de enfoque limitado, competente, normal y conectado a tierra, en diferentes versiones. No se puede enviar a un graduado de Harvard a una mina ni a un abogado a un taller metalúrgico. No irán allí. ¿Y quién forma a estos especialistas ahora? En los Urales, existía toda una industria directamente relacionada con el Ministerio de Construcción de Máquinas Medianas, la ingeniería química. Las plantas de ingeniería química más poderosas de los Urales.

Ventajas de usar torio:

+ Rentabilidad. El torio necesita aproximadamente la mitad que el uranio para producir la misma cantidad de energía.

+ Seguridad. Los reactores nucleares alimentados con torio son más seguros que los reactores alimentados con uranio porque los reactores de torio no tienen margen de reactividad. Por tanto, ningún daño al equipo del reactor es capaz de provocar una reacción en cadena incontrolada.

+ Conveniencia. Sobre la base del torio, es posible crear un reactor que no requiera repostar.

Tres desventajas de usar torio:

- El torio es un elemento disperso que no forma sus propios minerales y depósitos, su extracción es más cara que el uranio.

- Abrir la monacita (un mineral que contiene torio) es un proceso mucho más complejo que abrir la mayoría de los minerales de uranio.

- No existe una tecnología bien establecida.

Es algo paradójico: en la actualidad, ninguna universidad de Rusia forma especialistas en ingeniería química. ¿Y cómo se diseñarán los dispositivos en general sin especialistas? Los viejos se irán. Traiga una muestra a VNIIKhT ahora, no hay nadie para cortarla. Si me equivoco, escribe que Valery Konstantinovich está equivocado. Esto será correcto y correcto. Aquí te informamos que tal y cual universidad se prepara. Solo me alegraré de haberme equivocado, sinceramente contento. Digo esto por experiencia personal. Hace poco estuve en los Urales y me reuní con personas que trabajan en esta industria, estas son sus palabras. Me dijeron: "En cinco años, puedes olvidar que había una industria como la ingeniería química en Rusia". Se trata de personas que tienen experiencia en el diseño y creación de dispositivos para ingeniería química: secadores especiales, hornos especiales, unidades de descomposición, para descomposición química. Se trata de una rama especial de la tecnología que implica trabajar con ácidos, en condiciones térmicas, en recipientes a presión.

¿Dónde más se usa el torio?

1 El óxido de torio se utiliza para la producción de cerámicas refractarias.

2 El torio metálico se utiliza para la aleación de aleaciones ligeras, que se utilizan especialmente en la tecnología de la aviación y los cohetes.

3 Las aleaciones multicomponente a base de magnesio que contienen torio se utilizan para partes de motores a reacción, proyectiles guiados, equipos electrónicos y de radar.

4 El torio se utiliza como catalizador en síntesis orgánica, craqueo de aceite, síntesis de combustible líquido a partir del carbón e hidrogenación de hidrocarburos.

5 El torio se utiliza como material de electrodo para algunos tipos de tubos de vacío.

¿Por qué necesitas un director?

Yo era el director general de las tres empresas más grandes de Sredmash. Estoy orgulloso de esto y sé cómo se construyó la relación entre mí, como director de la empresa, el jefe de la junta central y el ministro. Tomé decisiones en el marco de financiación y competencia que tenía. Y yo fui responsable de esto. Tomamos decisiones, realizamos pruebas. ¿Justificado? Si. Pero lo logramos. Luego, sobre la base de todo esto, justificamos y demostramos la necesidad de tales decisiones. Necesitamos hacer esto, tenemos que implementarlo, está en la lógica del desarrollo de la industria, es necesario, etc. Ahora todo el mundo está esperando al equipo de Moscú, ¿qué debemos hacer?

Cualquier sistema de relaciones, cualquier sistema en la industria, en la economía nacional y en cualquier otro lugar, este es un sistema de confianza. Si pones al director, entonces a) significa que confías en él, b) si confías en él, le das un cierto marco para que flote libremente. Pero el director, el comandante, que es responsable de la producción, de las personas, de las medidas de seguridad, del cumplimiento del plan, de un millón de funciones, no puede llamar constantemente desde Moscú y reprender: “no hagas eso, don no mires aquí, no vayas allá”. Si pasa algo en la producción, el responsable será el director, y no el que lo saque de Moscú. Ahora el director de la empresa, perdón, no puede comprar una pastilla de jabón. Todo pasa por Moscú, a través de licitaciones. Pero si es así, ¿por qué necesita un director? Sáquenlo y ordenen desde Moscú lo que hay que hacer.

Es cuestión de tiempo

Los científicos que están seriamente involucrados en reactores rápidos tienen bastante claro que la puesta en marcha real está prevista para 2030. Antes, nadie planea nada. Hay muchos problemas. El plomo fundido es un líquido corrosivo. El flujo de plomo en los tubos de enfriamiento es una cuestión de preguntas: qué sucede en la interfaz, cuáles son las características de las capas límite, cómo cambian la transferencia de masa y la transferencia de calor, preguntas, preguntas, preguntas. El hecho es que las capas límite tienen propiedades fisicoquímicas completamente diferentes, hay coeficientes de transferencia de masa, transferencia de calor, etc. completamente diferentes. El plomo debe ser de cierta calidad, con el contenido de oxígeno requerido. Hay muchas preguntas. ¿Hay respuestas a estas preguntas? No lo sé. Necesitamos números, cálculos.

En cuanto al torio, todo depende de cómo lo organicemos, cómo lo dispongamos de manera constructiva, qué tipo de logística y quién gestionará el proyecto. Si somos capaces de hacer esto de manera competente, seleccionaremos especialistas apasionados por la idea de la energía de torio, asignaremos fondos, un reactor de investigación especial solo para estos fines, con producción de combustible, creo que cumpliremos con la práctica resultado en un tiempo bastante corto, como lo fue en los años cuarenta y cincuenta … Los laboratorios ya han realizado una parte importante del trabajo sobre la física del núcleo, sobre el procesamiento de la monacita con la liberación selectiva de torio y la producción de tierras raras. Todo lo que se ha hecho antes debe ser acumulado, analizado y reunido en el marco del grupo de trabajo sobre el desarrollo de la energía del torio. Y trabajo.