ENERGÍA. El papel de la energía nuclear en un mundo de emisiones "cero neto"

El papel de la energía nuclear en un mundo de emisiones "cero neto"

 

Imagen: ISTOCK.COM / SR. SÓCRATES

¿Es la energía nuclear una parte necesaria de la transición energética lejos de los combustibles fósiles? A medida que avanza el debate, las nuevas tecnologías y los reactores más pequeños pueden estar cambiando la balanza.

29 marzo 2024.- Ultra Safe Nuclear Corporation , con sede en Seattle, y docenas de otras empresas similares están a la vanguardia de una reactivación mundial de la energía nuclear. Mientras el mundo necesita urgentemente abandonar los combustibles fósiles, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y controlar la temperatura del planeta, los responsables políticos, las empresas y los investigadores están reexaminando la energía nuclear como una alternativa verde que puede ayudar a impulsar la energía producida por energías renovables como la eólica y la solar. Hoy la industria está saliendo de un período de estancamiento, con la promesa de duplicar o triplicar su capacidad para 2050.

Ese resurgimiento está respaldado por dos tendencias tecnológicas candentes. Empresas como Ultra Safe pretenden construir pequeños reactores modulares (SMR) diseñados para ser sólo una fracción del tamaño de las plantas anteriores, para reducir tanto los costos de construcción como el alcance de posibles desastres. Y muchos pretenden utilizar nuevas tecnologías diseñadas para hacer imposibles los accidentes por fusión y generar residuos menos duraderos.

Este vídeo (de Ultra Safe Nuclear Corporation, una empresa de energía nuclear) muestra las características de seguridad integradas en el diseño de un pequeño reactor modular.


Pero el aumento del interés no está exento de controversia. Como ocurre con todo en el panorama nuclear, existe un intenso debate sobre si la sociedad realmente necesita la energía nuclear para hacer frente al cambio climático y si los nuevos sistemas son tan brillantes como parecen, con argumentos razonables a favor y en contra de cada promesa y riesgo. Algunos dicen que las nuevas tecnologías podrían ofrecer una solución fantástica a nuestros problemas energéticos ; otros dicen que la energía nuclear está plagada de tantos problemas ambientales, sociales y económicos que es mejor abandonarla en favor de otras formas de satisfacer las demandas energéticas del mundo.

Los próximos años decidirán qué rumbo tomará la energía nuclear en el futuro energético del mundo. En las próximas décadas, la energía nuclear “o triunfará o esa industria estará fundamentalmente acabada", dicen los expertos. 

Altibajos en la producción de energía nuclear

La energía nuclear plantea algunos riesgos obvios: accidentes por fusión, desvío de combustible nuclear hacia programas de armas, problemas ambientales planteados por la extracción de uranio, problemas de almacenamiento de desechos nucleares. En un contexto de tales preocupaciones, junto con los cambios en la economía de la producción de energía, la producción de energía nuclear comenzó a estabilizarse a principios de la década de 2000 e incluso disminuyó brevemente después del accidente de la planta de energía de Fukushima en 2011. Algunas naciones, sobre todo Alemania, decidieron cerrar sus centrales nucleares. programas por completo. Pero la producción mundial de energía nuclear está empezando a aumentar nuevamente.

Hoy en día, las plantas nucleares producen alrededor del 10 por ciento de la electricidad mundial, lo que convierte a la energía nuclear en la segunda fuente más importante de energía basada en combustibles no fósiles después de la hidroeléctrica. Hay alrededor de 440 centrales nucleares en funcionamiento en todo el mundo. Actualmente se están construyendo unos 60 más, y alrededor de 100 están en proceso de pedido o planificados.

La generación de energía nuclear creció rápidamente durante las últimas décadas del siglo XX y luego se estabilizó. Puede estar preparado para otro gran aumento.

La mayoría de los escenarios del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático para mantener al mundo por debajo de 1,5 grados Celsius de calentamiento incluyen algún tipo de aumento en la capacidad de energía nuclear. En el camino de la Agencia Internacional de Energía (AIE) hacia el cero neto , la producción mundial de energía nuclear se duplica con respecto a los niveles de 2022 para 2050. Una razón clave para esto es que la energía nuclear se considera una buena manera de proporcionar energía de base constante para apuntalar fuentes renovables más variables. de energía como la eólica o la solar. 

Sin la energía nuclear, dicen sus defensores, necesitaríamos construir muchas más plantas de energía eólica y solar para garantizar un suministro confiable, duplicando o triplicando los costos de las redes eléctricas que incluyen la energía nuclear.

La energía nuclear tiene muchas ventajas: no produce emisiones de carbono (y, contraintuitivamente, libera menos uranio radiactivo y otros elementos al medio ambiente que la quema de carbón ). Ocupa mucha menos tierra que las energías renovables, una consideración nada despreciable . Si el objetivo es descarbonizar rápidamente y con el menor dolor social posible, “la energía nuclear es esencial”, asegura Kai Vetter, físico nuclear de la Universidad de California, Berkeley.

En la reunión de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático celebrada en Dubái en diciembre de 2023, más de 20 países firmaron una declaración para triplicar la capacidad nuclear para 2050. Y está fluyendo dinero hacia este esfuerzo. En 2020, el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) aportó en particular 160 millones de dólares para que dos plantas de demostración se pusieran en marcha y funcionaran en 2027. Y en 2022, la Unión Europea declaró que algunos proyectos nucleares podrían llamarse a sí mismos “verdes” del mismo modo que renovables, abriendo la puerta a mecanismos de financiación ambiental.

Pero como ocurre con casi todas las cuestiones relacionadas con la energía nuclear, los argumentos a favor de la energía nuclear tienen sus detractores. El experto en políticas públicas MV Ramana de la Universidad de Columbia Británica es uno de los muchos que, por ejemplo, afirman que la energía de carga básica es un concepto obsoleto . Sostienen que una red eléctrica inteligente, diversa y flexible puede garantizar un suministro de energía confiable desviando la energía entre fuentes e instalaciones de almacenamiento.

Y como se espera una caída en el coste de la energía renovable, las estimaciones económicas actuales sobre los costes relativos de las fuentes de energía pueden no significar mucho en el futuro.

La mayoría de los escenarios para emisiones globales netas de gases de efecto invernadero cero para 2050 incluyen un papel para la energía nuclear. Aquí, las proyecciones de la Agencia Internacional de Energía pronostican que la cantidad total de energía nuclear necesitará crecer para 2050 para satisfacer las necesidades (izquierda). Pero como se espera que la demanda total de energía del mundo aumente significativamente, la participación de la energía nuclear en toda la generación de energía puede en realidad disminuir (derecha).


Luego está la cuestión de la seguridad. El gran total de vidas perdidas por toda la generación de energía nuclear hasta la fecha, si bien es difícil de cuantificar, es ciertamente mucho menor que el número de personas que mueren por la contaminación del aire relacionada con la quema de combustibles fósiles. Un artículo reciente de científicos de la NASA concluyó que la energía nuclear salvó aproximadamente 1,8 millones de vidas entre 1971 y 2009 gracias a que se evitó la contaminación del aire. Según algunas versiones, la energía nuclear también ha demostrado ser menos mortífera que la energía eólica, que se ha relacionado con ahogamientos en parques eólicos marinos y colisiones de helicópteros con turbinas.

Pero podría decirse que la fatalidad es una forma contundente de medir los impactos de la industria nuclear, que también incluye el riesgo de accidentes que contaminen grandes extensiones de tierra, además de muchos otros efectos relacionados con cosas como la minería y el almacenamiento de desechos. Ramana ha documentado cómo la carga de estos últimos problemas recae desproporcionadamente sobre las comunidades indígenas y desempoderadas, trabajando en contra de los objetivos de la justicia social. La energía nuclear, escribe, “no encaja con ninguna idea de un sistema energético responsable y más limpio”.

Pequeños y brillantes: nuevas tecnologías nucleares

Si queremos desarrollar la energía nuclear a la escala que exige la AIE, será necesario un esfuerzo hercúleo. El camino de la AIE requiere que el mundo pase de construir cinco grandes plantas nucleares por año a 20 por año durante la próxima década. Las grandes plantas suelen costar miles de millones de dólares y conllevan grandes riesgos financieros. Westinghouse Electric Company, por ejemplo, recientemente se declaró en quiebra ante miles de millones de dólares de sobrecostes durante la construcción de cuatro plantas nucleares en Estados Unidos.

Un plan para reducir esos costes épicos y prohibitivos es construir pequeños reactores modulares , que van desde reactores que pueden transportarse en un camión y producir un par de cientos de megavatios, hasta diminutos tamaños de un solo megavatio que se parecen más a grandes generadores diésel. Los módulos podrían preconstruirse en una fábrica y enviarse a un sitio para su instalación. Todo esto debería hacer que las perspectivas de estos reactores sean menos aterradoras para los inversores (aunque el precio final por unidad de electricidad podría terminar siendo más alto que el de una planta de energía nuclear más grande).

Un puñado de SMR ya están en funcionamiento en Rusia, China e India. Hay docenas más en desarrollo. Canadá tiene un plan de acción nacional de SMR y, en 2021, se estaban revisando 10 propuestas de SMR (incluida una de Ultra Safe).

Pero hasta ahora, la promesa de costes tentadoramente bajos para las construcciones de SMR no se ha materializado. Este mensaje fue recalcado en noviembre de 2023 cuando la empresa NuScale descartó sus planes avanzados de alto perfil para construir un SMR subterráneo en Idaho ante los aumentos de costes. ¿Sería bueno tener energía nuclear? Sí, absolutamente. ¿Será asequible? Esa es en gran medida una pregunta abierta, aseguran algunos.

Otros argumentan que lo pequeño no siempre es bello. Si bien las plantas más pequeñas presentan un menor riesgo de accidentes potenciales más pequeños, esta estrategia también significa más plantas en general, lo que significa más instalaciones para protegerse contra el robo y el terrorismo. “Hay mucho más material fisionable disperso. Tendrás que asegurar mucha más infraestructura y eso se convierte en un desastre", afirman otros.

Nuclear de próxima generación

Mientras algunos se centran en hacer las plantas nucleares más pequeñas, hay un movimiento paralelo para hacerlas más seguras y eficientes. La próxima generación de diseños de reactores (Generación IV, en la jerga de la industria) incluye un conjunto de seis familias principales de reactores, todas muy diferentes del estándar actual, cada una con muchas variantes posibles en desarrollo. Gran parte de la atención (particularmente en Estados Unidos) se ha centrado en tres de ellos: enfriados por gas a alta temperatura, enfriados por sal fundida y enfriados por sodio.

Las ideas detrás de estas tecnologías, e incluso de algunas plantas de energía en etapa inicial, existen desde hace décadas. Pero las nuevas variantes de estas viejas ideas combinan combustibles y diseños novedosos y prometen ser más seguros, más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. 

La mayoría de los reactores existentes son sistemas de uranio refrigerados por agua, que fueron elegidos como tecnología dominante en gran medida como una peculiaridad de la historia. Como todos los tipos de reactores, tienen sus pros y sus contras. Necesitan altas presiones para evitar que el agua refrigerante hierva a temperaturas de funcionamiento típicas de alrededor de 300 grados Celsius. Y están diseñados para trabajar con neutrones de movimiento relativamente lento: las partículas subatómicas que chocan con el combustible nuclear para iniciar la fisión nuclear. Es más probable que los neutrones de movimiento lento interactúen con las partículas de combustible, pero los sistemas que los utilizan también están limitados en los tipos de combustibles que pueden utilizar. Puede producirse una catástrofe si la reacción de fisión se descontrola o si el reactor se calienta demasiado y el núcleo se “derrite”, como ocurrió en Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima, arrojando radiación al medio ambiente.

Los diseños estándar de reactores refrigerados por agua son vulnerables a fallos catastróficos que provocan explosiones y la fusión del núcleo del reactor, como ocurrió en 1986 con el reactor de Chernobyl que se muestra aquí. Los diseños más nuevos pueden ser menos vulnerables a este tipo de crisis insegura, dicen sus defensores. Flickr.


Los últimos modelos de reactores refrigerados por agua (a veces llamados Gen III Plus, incluidos muchos SMR) utilizan nuevos trucos de diseño para reducir la cantidad de sistemas de seguridad que requieren intervención humana, con el objetivo de detener los accidentes automáticamente. Sin embargo, los reactores Gen IV utilizan materiales refrigerantes completamente diferentes, generalmente están diseñados para operar a temperaturas más altas y más eficientes y, a menudo, usan neutrones de velocidad más rápida que pueden convertir los isótopos naturales más frecuentes de uranio en combustible utilizable.

Los reactores de alta temperatura refrigerados por gas, por ejemplo, funcionan a temperaturas de hasta 950°C, lo que los hace entre un 20 y un 33 por ciento más eficientes térmicamente que los reactores refrigerados por agua. Dado que los materiales del núcleo utilizados en estos reactores suelen ser estables hasta 1.600°C, que es más caliente que la lava, existe un gran margen de seguridad. El reactor en el video de Ultra Safe es un SMR que entra en esta categoría. Su pequeño tamaño también ayuda con la refrigeración pasiva. Ultra Safe también fabrica sus propios pellets de combustible, encerrados en un material hecho a medida que, según dicen, retiene materiales radiactivos incluso en condiciones extremas. Esperan construir su primer microrreactor comercial en Canadá.

En los reactores de sales fundidas , tanto el combustible como el refrigerante ya son líquidos. De modo que las crisis, en el sentido tradicional, son imposibles. Y los reactores refrigerados por sodio líquido tienen una característica de seguridad incorporada: si se calientan, el sodio líquido se expande y permite que escapen más neutrones a través de los espacios entre los átomos, por lo que la reacción (que es impulsada por neutrones) se detiene naturalmente. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha financiado a la empresa estadounidense TerraPower (que tiene a Bill Gates como uno de sus principales inversores) para construir una planta de demostración de su reactor Natrium refrigerado por sodio en Wyoming de aquí a 2030.

Residuos nucleares no, no quiero

Los residuos es un área en la que los nuevos diseños realmente logran mejoras significativas.  El combustible gastado de los reactores tradicionales de agua ligera debe permanecer enterrado en depósitos especiales durante cientos de miles de años, debido a la producción de subproductos radiactivos de larga duración. Por otro lado, algunos reactores Gen IV pueden transformar el combustible gastado en isótopos más fisibles y utilizarlo para futuras reacciones de fisión. Esto puede mejorar la eficiencia y producir residuos que sólo necesitan almacenarse durante cientos de años.

Sin embargo, no todo el mundo piensa que todos estos sistemas son tan brillantes como parecen. En 2021, la Unión de Científicos Preocupados publicó un informe titulado “' Avanzado' no siempre es mejor ” , en el que destacaron cuestiones de seguridad, sostenibilidad y proliferación nuclear. Llegaron a la conclusión de que casi todos los tipos de reactores Gen IV “no logran proporcionar mejoras suficientemente significativas sobre [los reactores de agua ligera] para justificar sus considerables riesgos”.

El informe fue criticado por algunos por ser ideológicamente antinuclear. Pero, “fue muy justo” señalar que la nueva tecnología conlleva nuevas preocupaciones. La sal líquida, señala el informe, es corrosiva. El sodio metálico líquido puede prenderse fuego cuando entra en contacto con agua o aire. Los reactores de alta temperatura refrigerados por gas, concluye el informe, si bien toleran las altas temperaturas, están “lejos de ser a prueba de fusión, como algunos afirman”.

Todas las fuentes de energía implican compensaciones. Incluso la energía solar, ampliamente considerada como relativamente benigna, requiere grandes extensiones de terreno. Las centrales nucleares, por el contrario, tienen una huella espacial más pequeña. Fuente: SHUTTERSTOCK


Buena idea

Muchos de estos sistemas Gen IV ofrecen otro beneficio clave: sus temperaturas más altas pueden proporcionar no solo electricidad sino también calor útil. Esto podría utilizarse en muchos procesos industriales, como la producción de acero, cemento y fertilizantes, que actualmente queman muchos combustibles fósiles en sus hornos.

De hecho, X-energy, una importante empresa nuclear estadounidense de Generación IV financiada por el DOE, se ha asociado con la empresa química Dow para construir su primer reactor refrigerado por gas de alta temperatura en un sitio de producción química de Dow para 2030. Sin embargo, la mayoría de las industrias se resistirán a los costes de instalación.

Sin embargo, incluso si los reactores Gen IV resultan ser técnicamente superiores, pueden pasar décadas antes de que puedan ser probados exhaustivamente, aprobados por los reguladores y construidos a escala comercial. Con poco tiempo de sobra en la lucha contra el cambio climático, sería mejor para el mundo simplemente mejorar los diseños de reactores antiguos que ya han sido probados.

Muchos se apresuran a señalar que ninguna solución energética está libre de problemas, incluidas las energías renovables. La energía eólica y solar requieren dispositivos electrónicos y bancos de baterías para almacenar su energía; estos, a su vez, necesitan elementos como el litio y el cobalto, que pueden conllevar problemas de justicia ambiental y social derivados de la minería. Nada es 100 por ciento seguro.

A muchos les resulta difícil asimilar datos, garantías y estadísticas sobre la energía nuclear, dada su historia y las enormes cantidades de dinero en juego. Pero la principal preocupación respecto de la energía nuclear es que "se está moviendo demasiado lento". Si empresas como Ultra Safe, X-Energy, TerraPower y otras van a ayudar a combatir el cambio climático con tecnologías Gen IV y flotas de pequeños reactores, tendrán que avanzar rápidamente.

Más actualidad sobre la energía nuclear en este enlace.

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