La Planta Industrial de Agua Pesada: enriquecer no solamente agua

Por Gustavo Barbarán. En U-238

El agua pesada es parte fundamental de la historia del desarrollo nuclear argentino. Elegida como alternativa para un desarrollo soberano de combustible para las centrales locales, este insumo se convirtió en fundamental para el sustento de un plan nuclear autónomo. Por eso, en 1989 la CNEA y la provincia de Neuquén crearon la empresa ENSI como primer proyecto para poner en marcha y operar la Planta Industrial de Agua Pesada (PIAP) que, en la actualidad, se proyecta estratégicamente para el desarrollo de insumos asociados orientados a otros sectores productivos.

El hidrógeno es el átomo más pequeño de la naturaleza. Presenta tres isótopos: el protio, el deuterio y el tritio, que se diferencian por la composición de su núcleo. El primero está compuesto solamente por un protón, el segundo por un protón más un neutrón y el tercero por un protón más dos neutrones. Los dos primeros son estables, mientras que el tritio es radiactivo. El primero es el que se denomina comúnmente hidrógeno (H) y el segundo se encuentra en la naturaleza en un 0,015% (aproximadamente 1 de cada 6400 átomos). Cuando el deuterio reemplaza al hidrógeno en la molécula de agua, se obtiene la denominada “agua pesada” D2O, que posee prácticamente las mismas características que el agua común (o liviana), hierve a 101 ºC y un litro de agua pesada pesa 1,1 kg aproximadamente (de ahí el nombre).

La característica distintiva que le otorga relevancia es la de ser un moderador mucho más efectivo que el hidrógeno. En los reactores térmicos, al producirse la fisión nuclear controlada, se busca bajar la energía de los neutrones producto de dicha fisión. A nivel atómico, bajar la energía significa disminuir la velocidad, lo que se realiza a través de múltiples y sucesivos choques entre los neutrones con la materia circundante, como en un billar atómico. Los neutrones también pueden escaparse del reactor o ser “absorbidos” por sus materiales. En un reactor que funciona con uranio natural (como los nuestros) existe una baja densidad de neutrones, debido a la baja densidad de material físil (el U-235), es por ello que se busca asegurar una mínima pérdida por absorción de los neutrones generados y de allí el uso del agua pesada, ya que el deuterio, al ser un hidrógeno “saturado” de neutrones, tiene una capacidad de absorber 40 veces menos neutrones que el hidrógeno común.


Un poco de historia

El agua pesada forma parte central en la historia del desarrollo nuclear argentino. Al momento de decidir la línea tecnológica de los reactores, se encontró que dentro de todos los materiales e insumos de una central había dos de gran valor estratégico y geopolítico, el uranio enriquecido y el agua pesada. Argentina no poseía la tecnología para fabricar ninguno de los dos, pero con la decisión estratégica y política de favorecer la participación e integración de la industria local en el desarrollo nuclear, se evaluó que era menos riesgoso inclinarse por el desarrollo de centrales de uranio natural y agua pesada, donde eventualmente se buscaría crear las capacidades locales.

Desde ese momento, este insumo se convirtió en esencial para el sustento de un plan nuclear autónomo. La creación de capacidades se realizó de manera poco ortodoxa. Luego de la explosión del artefacto nuclear en India, vino un endurecimiento de los sistemas de salvaguardias y de exportaciones nucleares en los
años 70, que derivó en la Comisión Nacional de Energía jugando a dos puntas, por un lado, buscando desarrollar la
tecnología y, por otro, realizar un contrato con la empresa Sulzer por la compra llave en mano de una planta. Lo primero funcionaba como un elemento de presión a la hora de las negociaciones en el campo internacional.

Del sobredimensionamiento del plan nuclear de la dictadura se pasó a un período de crecientes restricciones económicas, lo que provocó la ruptura del contrato con Sulzer. Para darle continuidad al proyecto, en 1989 entre la CNEA y la provincia de Neuquén crean la empresa ENSI S.E. que tuvo como primer proyecto terminar, poner en marcha y operar la Planta Industrial de Agua Pesada (PIAP), tarea que finalizó a fines de 1994.

Desde entonces produjo para devolver el agua alquilada por los canadienses para la Central Embalse (500 tony) de manera intermitente para reposición en las centrales nacionales y eventualmente atender requerimientos del mercado externo. En el año 2006, la decisión de finalizar la central Atucha II significo la reactivación de la PIAP, luego de permanecer casi 7 años parada, para fabricar las más de 600 toneladas de D2O que requería la carga inicial del reactor de la Central Nuclear Néstor Kirchner.

Situación Internacional

De los 438 reactores operativos en el mundo, 49 son del tipo de uranio natural como combustible y agua pesada como moderador/refrigerante y se reparten en siete países, con preminencia de Canadá (con 19 reactores) e India (con 18). Argentina, Corea del Sur, China, Rumania y Pakistán se reparten los 12 reactores restantes. La tecnología CANDU es la que prevalece, salvo por las Atucha argentinas y los reactores indios (copias de CANDU, pero de línea propia).

A nivel mundial, el desarrollo de reactores con agua pesada está limitado a países que, como el nuestro, crearon una infraestructura importante para el desarrollo de estos proyectos. En la actualidad, son pocos los proyectos de este tipo de reactores, limitados a Canadá, India, Rumania y Argentina. India tiene su propia dinámica desde hace más de cuarenta años cuando decidió impulsar un plan nuclear autónomo. En el caso de Argentina, la cuarta central nuclear seria con tecnología CANDU, pero, en la quinta, el país incursionaría en la tecnología de uranio enriquecido, razón por la cual esta central no requeriría agua pesada.

La fabricación de este insumo esencial para los reactores se limita a dos países en el mundo, la India y la Argentina. El primero tiene una capacidad instalada de casi 500 t/año repartida en seis instalaciones, mientras que Argentina, con la planta de Arroyito, mantiene una capacidad instalada de producción de agua pesada de 200 t/año, transformándose en la mayor instalación a nivel mundial.

En definitiva, si el mercado mundial de reactores es limitado, más aun los es el de reactores de agua pesada, con proyectos contados con los dedos de una mano. Esto impone una limitación a las perspectivas internacionales de comercialización de agua pesada.

Perspectivas y estrategia

Para que la PIAP sea una instalación que se sustente a largo plazo, debería producir entre 90 y 100 toneladas por año, y hoy no hay un mercado que pueda absorber esa oferta. En lo inmediato, el stock necesario para la cuarta central, que será un reactor tipo CANDU, será de “el stock”. esas cantidades en el lapso que dure el proyecto, es decir, entre 8 y 10 años. La forma en la que se redactaron los convenios con China abre la posibilidad para que, eventualmente, Nucleoeléctrica pueda llevar adelante su propio proyecto CANDU, lo que posibilitaría ampliar el horizonte de producción de la planta, pero esto es una elucubración que todavía no tiene ninguna propuesta concreta.

La pregunta obligada entonces es cómo poder utilizar de la mejor manera la capacidad instalada de la planta de agua pesada, habida cuenta de las bajas expectativas de proyectos propios y ajenos en el mercado mundial. La respuesta surge de la propia planta.

El agua pesada se obtiene a través de un proceso conocido como “Intercambio Isotópico Monotérmico Amoníaco–Hidrógeno”, donde se ponen en contacto dos fases, una líquida (amoníaco) y otra gaseosa (hidrógeno). Según las condiciones de operación de la planta, se obtiene una acumulación preferencial del deuterio en la fase líquida. Para poder realizar este proceso, la PIAP posee dos reactores de síntesis de amoníaco con una capacidad de producción de 2150 toneladas por día. Estas unidades de síntesis son las más grandes del mundo y funcionan en un circuito cerrado, donde el amoniaco se sintetiza y se crackea, en forma continua, para posibilitar el proceso de obtención de agua pesada.

Por otra parte, el amoníaco es uno de los productos básicos en la química industrial y es el punto de partida para todos los fertilizantes nitrogenados, entre los que se destaca la urea.

La posibilidad de adosarle una planta de fertilizantes a la PIAP es un proyecto estudiado de manera sólida desde hace tiempo. Se trata de aprovechar las capacidades instaladas de la planta, sin afectar la producción de agua pesada, para producir fertilizantes. El proyecto inicial evaluado consiste en utilizar el 35% de la capacidad instalada de la planta de Arroyito para poder producir un millón de toneladas de urea por año. El equipamiento ya instalado y operativo de la planta permitiría reducir la inversión en un 30% o 40% aproximadamente, estimada en 800 millones de dólares.

La integración de ambas industrias permitiría disminuir el costo de producción de estos dos productos, ya que se logran menores consumos energéticos por kilogramo producido y se emplean más eficientemente todos los servicios de planta debido a que se comparten gastos fijos e insumos tales como energía eléctrica y gas natural. La existencia de personal operativo, técnico y profesional con experiencia en la operación de este tipo de plantas y la disponibilidad de servicios, talleres y laboratorios, le agrega un atractivo extra a la idea.

Este proyecto claramente escapa del alcance de lo que llamaríamos “el plan nuclear”, pero llama la atención el fabuloso paralelismo que se forma con la frase de Sabato sobre las centrales nucleares siendo más que una fábrica de kilowatts. Una planta de urea agrega valor sobre el principal energético de Argentina, el gas natural, del que dependemos en un 50% para todas las necesidades energéticas del país y que, en más de un 95% de las veces, el único uso que le damos es quemarlo.

Agregar valor a través de incorporar ciencia y tecnología al desarrollo productivo es algo que el sector nuclear mantiene como un norte desde su creación. La utilización de proyectos energéticos que traccionen el desarrollo industrial es una premisa básica del sector nuclear argentino y estamos ante la posibilidad de trasvasar ese pensamiento a otras áreas. Como menciona el presidente de ENSI y vicepresidente de CNEA, el ingeniero Mauricio Bisauta, el desarrollo de este proyecto implica “la posibilidad de agregar valor al gas natural sin afectar la producción de agua pesada”.

De acuerdo con la Cámara de la Industria Química y Petroquímica de Argentina, el consumo aparente de amoníaco y de urea (Producción – Exportación + Importación) fue en el año 2010 de 587 y 1268 de toneladas respectivamente. La capacidad de producción de amoníaco en Argentina está alrededor de las 900 mil toneladas año, mientras que para la urea se encuentra en las 1300 toneladas para el mismo período. Las proyecciones que esta cámara presenta hacia el año 2025 respecto del consumo aparente de estos compuestos son de 1600 mil toneladas de amoníaco y de 2300 toneladas de urea, lo que significa que se necesitará adicionar una capacidad de producción de 700 mil toneladas por año para la producción de amoníaco, y de un millón de toneladas por año para la producción de urea.

Dos puntos importantes: por un lado, se detecta la necesidad a futuro de un fertilizante para un país con una enorme capacidad de producción agrícola. Por el otro, un proyecto con una capacidad ociosa que, con menores inversiones y sin afectar su objetivo principal, podría cumplir con esas necesidades. Estos dos complementan con un tercer punto fundamental: la existencia de materia prima para el desarrollo y viabilidad del proyecto. La cuenca neuquina es el principal aportante de gas natural a la matriz energética nacional y donde se encuentran las mayores perspectivas de crecimiento, con el desarrollo de los no convencionales de la formación Vaca Muerta.

El desarrollo de este recurso se inició con la recuperación de YPF que realizó el Estado Nacional en el año 2012, y recién está despegando, pero se estima que se multiplicará varias veces su producción de aquí a los próximos años. La existencia de un proyecto que le agregue valor al gas natural, para multiplicar luego la producción agropecuaria del país, es un objetivo claramente superior que usar el gas para quemarlo.

Tomando las palabras del ingeniero Bisauta, los próximos ocho años “son una ventana de oportunidad para poder desarrollar un proyecto que no afecte la capacidad de producción de agua pesada, manteniendo la posibilidad de producir este insumo estratégico para el desarrollo argentino y que pueda incrementar la capacidad de producción de urea, un insumo imprescindible para un país agrícola, agregando valor al gas natural”.