AGUA PESADA ARGENTINA
El pasado 9 de septiembre se cumplieron 17 años desde el día que Argentina logró producir Agua Pesada Grado Reactor en la Planta Industrial de Agua Pesada (PIAP), cuya finalización de construcción, puesta en marcha y operación fuera encomendada por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) a la Empresa Neuquina de Servicios de Ingeniería Sociedad del Estado (ENSI SE).
Este hito histórico en nuestro desarrollo nuclear ubicó a la Argentina en el reducido grupo de países con conocimientos y capacidad para producir agua pesada en escala industrial y con calidad suficiente para su empleo en cualquiera de sus aplicaciones conocidas.
A partir de ese momento, Argentina aseguró la disponibilidad de un insumo esencial para la continuidad operativa de sus centrales nucleares Atucha I y Embalse; devolvió la carga inicial de la Central Nuclear Embalse a Canadá; exportó a Corea, USA y Europa; tuvo disponibilidad del insumo para el reactor de investigación exportado a Australia; hoy está produciendo la carga inicial para la Central Nuclear Atucha II y puede producir en el futuro la necesaria para la cuarta central nuclear.
Estos logros son bien conocidos por la mayor parte del personal de la PIAP por su participación activa en ellos, pero existe una historia previa, no tan conocida, que resulta necesario rememorar para valorar adecuadamente la magnitud del logro.
Hoy nos parece que la producción de agua pesada no presenta dificultades adicionales a la producción de cualquier otro producto químico, afirmación que tal vez sea acertada desde una mirada técnica, pero existieron una gran cantidad de intentos que no lograron su concreción, por falta de una adecuada asignación de recursos o por la imposibilidad de adquirir los elementos tecnológicos necesarios, vedados a países en desarrollo interesados en iniciar una actividad nuclear.
Un repaso de los principales acontecimientos en el mundo relacionados con el agua pesada aclarará esta afirmación.
Harold Urey trabajando en la Universidad de Columbia descubrió el isótopo de masa atómica 2 del hidrógeno (Deuterio, 2H o D) en el año 1931.
Entre los años 1932 y 1933 se desarrolló el método electroquímico para obtener agua pesada en pequeña escala (gramos) (1)(2) y despertó interés en el campo científico por su potencial uso en química, biología y medicina.
En 1934, la firma Norsk Hydro en Noruega comenzó la fabricación en mayor escala (Kilogramos), montando una planta productora por electrólisis y alcanzando concentraciones de 0,43 % en agosto de 1934, 95 % en noviembre de 1934 y 99 % en enero de 1935 (3).
Hasta ese entonces, el agua pesada era un material utilizado en pequeñas cantidades para investigación, sin grandes restricciones para su comercialización, pero entre los años 1937 y 1940 el descubrimiento de la fisión nuclear y la utilidad del agua pesada como moderador cambiaron totalmente esa realidad, transformándola en un insumo estratégico de comercialización restringida.
Prueba de lo estratégica que era el agua pesada son las misiones llevadas a cabo por los aliados durante la segunda guerra mundial para que los primeros 185 Kg del producto fabricados por Norsk Hydro no cayeran en manos de los alemanes, desde su adquisición a Noruega en abril de 1940 y sus traslados a Escocia, Inglaterra, varios lugares de Francia, nuevamente Inglaterra y finalmente a Montreal en Canadá, en 1943 en plena Batalla del Atlántico (3).
Un mes después del retiro del agua pesada, Alemania invadió Noruega, tomó el control de la planta, incrementó rápidamente su producción desde 20 litros a 1 Tn/año y comenzó a construir otra planta nueva. Los aliados la sabotearon en febrero de 1943 pero fue rápidamente reparada y continuó produciendo hasta que los alemanes decidieron trasladar el agua pesada y su producción a Alemania y en febrero de 1944 los aliados hundieron el ferry que trasladaba la última carga de producto (3).
La transformación del agua pesada en un producto estratégico llevó a que cada país interesado en utilizarla para su desarrollo en tecnología nuclear debió procurar su propio abastecimiento.
Canadá comenzó la construcción de su primera planta de producción en 1941 en Trail por una combinación de los métodos electrolítico y de intercambio isotópico H2/H2O con catalizador, iniciando su producción en 1942 (3) y poniendo en producción en 1973 una gran planta por el proceso de intercambio isotópico H2O/SH2 que luego de producir el mayor inventario mundial del producto fue parada y desmantelada a partir de 1997.
En 1942 , USA comenzó la construcción de tres plantas de agua pesada, en West Virginia, Indiana y Alabama por el proceso de destilación fraccionada pero sólo logran producir 22,8 toneladas (3)(4) y luego de finalizada la Segunda Guerra Mundial, a partir de 1950, comenzó la construcción de otra por el proceso de intercambio isotópico H2O/SH2 en Savannah River (5).
Alemania construyó instalaciones experimentales para la fabricación de agua pesada por el proceso de intercambio isotópico H2O/SH2 pero fueron destruidas durante la Segunda Guerra Mundial (4).
La URSS en 1946 comenzó la construcción de una planta de agua pesada que produjo grandes cantidades a partir de 1948 (3).
A mediados de la década del 50, la India comenzó la construcción de una planta de agua pesada en Nangal, la más grande en el mundo en ese momento, que produjo a partir del 9 de agosto del 62, continuando con la construcción de otras en diferentes sitios y por diferentes procesos.
En 1965, China comenzó a producir agua pesada en una planta experimental y continuó con otra de 40 Tn/año de capacidad por el proceso de intercambio isotópico H2O/SH2.
Rumania comenzó la construcción de una planta por el proceso de intercambio isotópico H2O/SH2 en 1980, la puso en operación en 1988 y hoy continúa en producción.
En Argentina, el interés por el agua pesada surgió desde los orígenes mismos de la CNEA, cuando entre 1950 y 1955 Juan Mac Millan y sus colaboradores diseñaron una columna de destilación para obtenerla, trabajo continuado por los Dres Enrique Silberman y Walter Barán y no concluido por falta de recursos.
En 1959, Enrique Silberman y Carjuzaa, valiéndose de pequeñas columnas de vidrio, estudiaban problemas de difusión térmica aplicada a la separación isotópica (7).
Carlos Español, en 1960, también realizó estudios de separación isotópica sobre una columna de vidrio Pyrex, refrigerada exteriormente con agua, con un filamento caliente (8).
Walter Harán y Rubén Cretella estudiaron el intercambio isotópico de deuterio entre hidrógeno y vapor de agua, centrándose en la medición de la actividad catalítica del platino y del aluminio (9).
En 1960 Lucía Cannavale adquirió experiencia en la determinación isotópica de mezclas H2O/D2O empleando el método del flotador de vidrio (10).
Silberman, Zanetta y Cretella se abocan al estudio de una planta para 20 Tn/año.
Escogen el método de intercambio isotópico SH2/H2O, desarrollado con éxito en USA con informes reveladores de Proctor y Thayer (11), proponiendo su ubicación en las cercanías del lago Musters (Chubut) pero este estudio no tuvo repercusión en los niveles de decisión de la época.
Silberman y Cretella redactaron una importante revisión sobre las plantas de agua pesada existentes en el mundo (12). En ella cuantificaban los costos de operación y los de inversión y proponían para nuestro país una unidad de 200 Tn/a, incluyendo consideraciones sobre ubicación de la planta (Río Senguer en Chubut o Río Chico en Tierra del Fuego).
En 1964 regresa al país el Dr Barán luego de haber trabajado dos años en Italia en el cálculo de una planta de intercambio SH2-H2O, y trabajó en el Departamento Factibilidad, cuyo estudio sobre la Central Atucha I incluyó un capítulo sobre el agua pesada, donde figuraron los costos de instalación y de operación para una planta local del tipo SH2/H2O de 100 Tn/año.
Luego de varios años sin actividad, hacia 1970, se reactiva el tema y el Ing. Núñez comienza la búsqueda de antecedentes sobre producción industrial de agua pesada, colaborando el Dr Barán a partir de 1972. Según van desarrollándose las ideas en el nivel directivo de la CNEA., se requiere a Núñez y Cretella una actualización de costos de inversión y operación de una planta para 400 Tn/año que concluyeron que resultaba conveniente un trabajo sistemático, porque la producción local de agua pesada constituiría un pilar de cualquier plan futuro.
Propusieron entonces la creación de un grupo de trabajo permanente, el cual se constituye en 1973 bajo la responsabilidad del Dr. Gerardo Videla.
A principios de 1974, el grupo de trabajo se organiza como Área, con rango de Dirección y aproximadamente 20 personas, entre profesionales y técnicos.
Además del estudio y la experimentación en fisicoquímica del D2O, que significaban la continuidad histórica de los trabajos de laboratorio de los años cincuenta y sesenta, el Área Agua Pesada tiene por objetivos una planta industrial P.l.1, seguramente importada, para resolver los problemas coyunturales; y una segunda planta P.I.2 con tecnología nacional.
Ya en 1973 se había tomado la decisión de continuar con la línea de reactores de uranio natural y agua pesada, cuyo primer exponente, Atucha I, se inauguró en 1974, y justamente ese año India produjo su primera "explosión nuclear pacífica". Este hecho provocó restricciones en la transferencia de tecnología nuclear desde los países más avanzados y condicionó las compras de agua pesada. De manera que la producción local de agua pesada apareció como imprescindible para la construcción de nuevas centrales nucleares.
La P.I.1 estaría precedida por un Estudio de Factibilidad y la P.I.2, demandaría la realización de tres etapas: laboratorio, piloto e industrial.
El estudio de Factibilidad (13) para la P.I.1 constituye un documento de consulta y abarca: mercado mundial, demanda argentina, métodos de producción, satisfacción de la demanda, análisis de localización, participación nacional, cronogramas, aspectos económicos y financieros y modalidades de contratación (Vol. I). Los Volúmenes II y III son anexos técnicos.
El plan nuclear de ese entonces consistía en 10 centrales hasta 1990, 8 de las cuales requerirían la producción local de D2O (aprox. 4.000 Tn).
La capacidad de la planta se acotó entre 250 y 500 t/a, y su ubicación fue propuesta en Arroyito (Neuquén).
La planta P.I.2 debía ser el resultado de la secuencia laboratorio, semi-piloto, piloto y P.I.2.
En mayo de 1976, C.N.E.A. firma un contrato con el CONICET y la Universidad Nacional de Litoraldonde se estableció que las tres instituciones llevarían a cabo "en forma conjunta el proyecto de diseño, la ingeniería de detalle, la construcción, el montaje y la puesta a punto de una planta piloto de agua pesada, apta para obtener toda la información técnica factible y la experiencia necesaria para diseñar, construir y operar una planta industrial...". El C.0.N.I.C.E.T. y la U.N.L. delegaron la ejecución de las tareas científicotécnicas que les competían, en el I.N.T.E.C. y la C.N.E.A. se reservo la dirección general del programa de trabajo cuyo cronograma se estableció en 58-60 meses.
Debido a su estado de salud, a fines de 1976 el Dr. Videla es reemplazado por A.J. Funes con la colaboración Ing. Nuñez para asegurar la continuidad del programa vigente: requerimiento de D20 hasta el año 2000 de 11.000 Tn; planta piloto de 20 Tn/año operativa a fines de 1980; planta industrial de 400 Tn/año, basada en la anterior, operativa en 1984; ubicación de ambas plantas: Arroyito (Neuquén), producción de ambas plantas hasta 1985: aprox. 480 Tn (satisface Atucha II).
En enero de 1977, en base de datos más actualizados, se estimó la demanda en aproximadamente 6.000 Tn (año 2000) y que "la provisión de agua pesada para la C.N. Atucha II no se puede asegurar sino por adquisición de la carga o de una planta industrial llave en mano, con alta participación de la industria nacional (14).
En cuanto a la planta piloto, se propuso una planta experimental del mínimo tamaño que permitiese realizar el acoplamiento de etapas; y la postergación del enriquecimiento final (del 15 % al 99,8 %) para cuando se estuviese cerca del enriquecimiento primario (desde 145 ppm hasta 15 %).
El carácter de planta experimental influyó en el cambio de localización, para acercar el desarrollo a los centros proveedores de conocimiento y de capacidad tecnológica. El nuevo emplazamiento elegido fue en los terrenos de Atucha, en las proximidades de la central nuclear. El Convenio C.N.E.A.- C.0.N.I.C.E.T.- U.N.L. fue modificado.
Entre 1967 y 1976 hubo 19 ofertas de plantas de agua pesada presentadas a CNEA por empresas extranjeras.
En 1979 se reformula el Plan Nuclear a 4 centrales nucleares y la Planta Industrial de Agua Pesada y dentro del nuevo marco de referencia, fue establecida una nueva estructura de la Dirección de Agua Pesada con separación de cada proyecto en diferentes gerencias, la Gerencia Planta Industrial para la PIAP de Arroyito, la Gerencia Planta Experimental para la PEAP de Atucha y la Gerencia Módulo 80 para la futura planta industrial de diseño nacional, ubicándose en un edificio propio e incrementando su personal desde una decena de personas a casi dos centenas.
El Plan Nuclear Argentino requería el suministro de aproximadamente 2.500 toneladas de agua pesada entre 1987 y 1997. Para satisfacerlo, se definieron dos líneas de acción; asegurar el suministro nacional contratando "llave en mano" la construcción de una Planta Industrial de una capacidad de diseño de 250 Tn/año en operación en 1987 y desarrollar la tecnología nacional a través del diseño, construcción y operación de una Planta Experimental que permita en el futuro la construcción a escala industrial de una planta con tecnología propia.
Ese mismo año 1979 se licita la provisión “llave en mano” de una planta industrial de agua pesada, el 28/09/79 se acepta la oferta de la firma Sulzer Brothers y el 8/7/80 el gobierno aprueba el contrato entre CNEA y dicha empresa.
El contrato incluía: la ingeniería básica y de detalle, la fabricación y adquisiciones, el transporte desde FOB hasta el Emplazamiento, el montaje, la obra civil, la puerta en marcha y el mantenimiento, el ensayo de recepción, el control de calidad de todas las obras mencionadas y la dirección de obra, la confección de manuales de operación y mantenimiento, las listas de repuestos y materiales de uso, la asistencia de operación y mantenimiento y la asistencia técnica general.
El plazo fue establecido en 48 meses contados a partir de la fecha de iniciación (15/12/1979), pero retrasos impidieron su finalización en la fecha establecida (15/12/1983), produciéndose la ruptura del contrato y la caducidad de las garantías sin haber finalizado la obra.
Las razones y detalles acontecidos durante la construcción y puesta en marcha de la PIAP pueden consultarse en el libro AGUA PESADA, de nuestro compañero de trabajo Luis Fernando Conde (15).
Para darle continuidad el proyecto, el 21 de diciembre de 1989 la CNEA y la Provincia del Neuquén crean la empresa ENSI SE.
El 19 de noviembre de 1992 la CNEA firma con la empresa ENSI dos contratos, un “Contrato para la Terminación de Construcción de la Planta Industrial de Agua Pesada” y otro “Contrato para la Puesta en Marcha y Operación de la Planta Industrial de Agua Pesada”.
A partir de esta fecha, comienza la incorporación masiva de personal a ENSI para conformar su estructura organizativa, entre los que se cuenta a la mayor parte del personal de CNEA que venía trabajando en el proyecto hasta entonces.
Durante la aplicación de estos contratos, antes de cumplirse dos años desde su firma, ENSI SE logra concluir las obras de PIAP, ponerla en marcha y producir agua pesada con la calidad de diseño especificada el día 9 de setiembre de 1994.
Lo acontecido desde esa fecha hasta el presente se trata de información contemporánea que está en conocimiento de la mayor parte del personal que trabaja actualmente en la PIAP.
El Secretariado Seccional Arroyito de APCNEAN aprovecha este acontecimiento para convocar a seguir trabajando por la continuidad operativa y sustentabilidad de la PIAP, cuya tecnología merece permanecer como parte del Plan Nuclear Argentino, teniendo en cuenta la inminente construcción de la cuarta central nuclear argentina y las ventajas que esto representa para la industria y el desarrollo tecnológico nacional.
APCNEAN SECRETARIADO SECCIONAL ARROYITO
BIBLIOGRAFÍA
1) E. W. Washburn and H. C. Urey, Proc. Nat. Acad. Sci. 18 (1932) 496.
2) G. N. Lewis and R. T. MacDonald, J. Amer. Shem. Soc. 55 (1933) 1297.
3) An Early History of Heavy Water, Chris Waltham, Dep. Phys. and Astron., U. British Columbia, 2002.
4) The Industrial Production of Heavy Water – K. Sakodynskii.
5) SAVANNAH RIVER SITE COLD WAR, HISTORIC PROPERTY DOCUMENTATION, 400/D AREA – HEAVY WATER PRODUCTION, Aiken County, South Carolina, New South Associates Technical Report No. 1568, March 14, 2008 • Final Report
6) CNEA - NT 15/84, Dirección Proyectos Agua Pesada, Resumen de Actividades, 1950–1983, Julio 1984.
7) Silberman, Knrique y Carjuzaa, Carlos: MÉTODO GRÁFICO PARA DETERMINAR LA DISTRIBUCIÓN DE CONCENTRACIONES EN COLUMNAS DE DIFUSIÓN TERMTCA. Informe CNEA No. 16 (1959).
8) Español, Carlos E.: INFLUENCIA DEL REGIMEN NO LAMINAR SOBRE LA EFICIENCIA DE UNA COLUMNA DE DIFUSIÓN TÉRMICA. Informe CNEA No. 26 (1960).
9) Barán, Walter y Cretella, Rubén: INTERCAMBIO ISOTÓPICO DE DEUTERIO ENTRE EL HIDROGENO Y EL AGUA EN FASE VAPOR. Informe CNEA No. 56 (1961).
10) Cannavale, Lucía: DETERMINACIÓN DE BAJAS CONCENTRACIONES DE D2O EN AGUA POR EL MÉTODO DEL FLOTADOR. Informe CNEA No. 27 (I960).
11) Proctor y Thayer: ECONOMICS OF HEAVY WATER PRODUCTION. Chem. Eng. Progress 5JL> 53 (abril 1962).
12) Silberman, E. y Cretella, R.: POSIBILIDADES ARGENTINAS PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA PESADA. Informe CNEA No.90 (1963).
13) Núñez, Aníbal D. y Colaboradores: ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE UNA PLANTA DE AGUA PESADA, Volúmenes I, II, III CNEA (1975).
14) Funes, A.J. y Colab.: INFORME No. 1 DEL JEFE DE PROYECTO A.P., CNEA (enero-febrero, 1977).
15) Agua Pesada - Luis Conde Bidabehere
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