El papel de la energía nuclear en un mundo carbono neutral

En un vídeo online de Ultra Safe Nuclear Corporation, una simulación animada muestra un tsunami que arrasa con una de sus futuras centrales nucleares e interrumpe el suministro eléctrico. ¿Qué pasa después? No mucho: el reactor se apaga silenciosamente. “Se enfría simplemente estando allí, sin piezas móviles ni fluidos, sin intervención del operador”, dice el tranquilizador vídeo. “Hemos diseñado un reactor que es inherentemente seguro sin importar los acontecimientos”.

Ultra Safe, con sede en Seattle, y docenas de otras empresas similares están a la vanguardia de un resurgimiento mundial de la energía nuclear. Mientras el mundo necesita urgentemente dejar atrás 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 aquella producida por fuentes 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.

Este resurgimiento está respaldado por dos tendencias tecnológicas de moda. Empresas como Ultra Safe pretenden construir pequeños reactores modulares (SMR, por sus siglas en inglés) diseñados para ser solo una fracción del tamaño de las antiguas plantas, 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 nucleares y generar residuos menos duraderos.

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 nuestras penurias energéticas; 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. “Este es el momento de la verdad”, dice Francesca Giovannini, experta en política nuclear de la Escuela Kennedy de Harvard. En las próximas décadas, la energía nuclear “triunfará o estará fundamentalmente acabada. ...Es 50/50”.

Altibajos en la producción de energía nuclear

La energía nuclear plantea algunos riesgos obvios —accidentes en las plantas de energía nuclear, desvío de combustible nuclear hacia programas de armas, problemas ambientales derivados de la extracción de uranio, dificultades de almacenamiento de desechos nucleares—. En un contexto de tales preocupaciones, junto con 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 cayó brevemente después del accidente de la central de Fukushima en 2011. Algunas naciones, sobre todo Alemania, decidieron cerrar por completo sus programas nucleares. Pero la producción mundial de energía nuclear está empezando a aumentar nuevamente.

En la actualidad, las plantas nucleares producen alrededor del 10 % 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 el planeta; se están construyendo cerca de 60, y alrededor de 100 están pedidas o ya planificadas.

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 la hoja de ruta hacia cero emisiones de la Agencia Internacional de Energía (AIE), la producción mundial de energía nuclear se duplica para 2050 con respecto a los niveles de 2022. Una razón clave para esto es que esta energía se considera una buena manera de proporcionar una carga básica consistente para apuntalar fuentes renovables más variables, 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 redes eléctricas que incluyen la energía nuclear.

Esta energía tiene muchas ventajas: no produce emisiones de carbono (y, contraintuitivamente, libera menos uranio radiactivo y otros elementos al ambiente que la quema de carbón). Ocupa mucha menos tierra que las energías renovables, un detalle que no es menor. Si el objetivo es descarbonizar rápidamente y con el menor dolor social posible, “la energía nuclear es esencial”, dice 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 el dinero está fluyendo hacia ese esfuerzo. En 2020, el Departamento de Energía de EE.UU. 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 autodenominarse “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 ella tienen sus detractores. El experto en políticas públicas M.V. Ramana, de la Universidad de British Columbia, es uno de los muchos, por ejemplo, que dice que la energía de carga básica es un concepto obsoleto. Afirman 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 con el costo de las energías renovables cayendo rápidamente, las estimaciones económicas actuales sobre los costos relativos de las fuentes de energía pueden no significar mucho en el futuro.

Luego está la cuestión de la seguridad. La suma total de vidas perdidas por la generación de energía nuclear hasta la fecha, si bien es difícil de cuantificar, es ciertamente mucho menor que la cantidad 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 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 contra los molinos generadores.

Pero podría decirse que la mortalidad 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 de manera desproporcionada sobre las comunidades indígenas y desfavorecidas, lo que va 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”.

Pequeñas y brillantes: nuevas tecnologías nucleares

Si queremos desarrollar la energía nuclear a la escala que exige la AIE, será necesario un esfuerzo hercúleo. La hoja de ruta 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, se declaró en bancarrota recientemente debido a miles de millones de dólares de sobrecostos durante la construcción de cuatro plantas nucleares en Estados Unidos.

Un plan para reducir esos costos 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 otros diminutos 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 estos reactores tengan perspectivas 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 está 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 (incluida una de Ultra Safe).

Pero hasta ahora, la promesa de costos tentadoramente bajos para las construcciones de SMR no se ha materializado, dice Granger Morgan, físico y codirector del Centro para la Toma de Decisiones sobre el Clima y la Energía de Carnegie Mellon. Morgan ha sacado cuentas de la energía nuclear en Estados Unidos y quedó decepcionado. “Pensé que los SMR iban a ser mucho más prometedores”, dice.

Ese 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 costos. “¿Sería bueno tener energía nuclear? Sí, absolutamente”, dice Morgan. “¿Será accesible? Esa es, en gran medida, una pregunta abierta”.

Otros argumentan que lo pequeño no siempre es bueno. Si bien las plantas más chicas presentan un menor riesgo de accidentes potenciales más pequeños, esta estrategia también significa más plantas en general, lo que implica más instalaciones para proteger contra el robo y el terrorismo. “Hay mucho más material fisionable disperso; tendrás que asegurar mucha más infraestructura”, dice Giovannini. “Quiero decir, eso se convierte en un desastre”.

La próxima generación nuclear

Si bien algunos se enfocan en hacer plantas nucleares que sean más pequeñas, hay un movimiento paralelo para hacerlas más seguras y eficientes. La próxima generación de diseños de reactores —Generación IV (Gen 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 ellas: refrigeradas por gas a alta temperatura, por sal fundida y 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, que prometen ser más seguros, más eficientes y respetuosos con el ambiente. “Están haciendo todo tipo de cosas geniales de alta tecnología”, dice Morgan, quien no tiene ninguna duda de que los reactores más nuevos pueden ser más seguros que los antiguos.

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, estos tienen sus pros y sus contras. Necesitan altas presiones para evitar que el agua de refrigeración hierva a temperaturas operativas 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 usan también están limitados en los tipos de combustibles que pueden emplear. 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, Chernóbil y Fukushima, arrojando radiación al ambiente.

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

Los reactores de alta temperatura refrigerados por gas, por ejemplo, funcionan a temperaturas de hasta 950 grados Celsius, lo que los hace entre un 20 y un 33 % 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 grados Celsius, que es más caliente que la lava, existe un gran margen de seguridad. El reactor en el vídeo de Ultra Safe es un SMR que entra en esta categoría; su pequeño tamaño también ayuda con la refrigeración pasiva. Ultra Safe además fabrica sus propias pastillas de combustible, encapsuladas en un material personalizado 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 fisiones del núcleo, 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 para 2030.

No queremos desechos nucleares

Los residuos es un área en la que los nuevos diseños realmente logran mejoras significativas, dice Giovannini. “Ninguno de los reactores ha resuelto por completo el problema de los desechos nucleares, pero sí aportan algunas soluciones importantes en términos de cantidad”, afirma. 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 generación de subproductos radiactivos de larga vida. Por otro lado, algunos reactores Gen IV pueden transformar el combustible gastado en isótopos más fisibles y usarlo para futuras reacciones de fisión. Esto puede mejorar la eficiencia y producir residuos que solo 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 (Union of Concerned Scientists) publicó un informe titulado “Lo avanzado no siempre es mejor”, en el que se destacaban cuestiones de seguridad, sostenibilidad y proliferación nuclear. Concluyeron 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, afirma Giovannini. Pero, dice, “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 accidentes nucleares, como algunos afirman”.

Una idea caliente

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.

“Ese calor es prácticamente gratuito”, dice Vetter, que ve una utilidad particular del calor nuclear en la desalinización, obteniendo agua potable a partir de agua salada, como se hace en la planta de energía nuclear de Diablo Canyon, en California. De hecho, X-energy, una importante empresa nuclear estadounidense de Gen IV financiada por el Departamento de Energía del país, se ha asociado con la empresa química Dow para construir su primer reactor refrigerado por gas de alta temperatura que estará ubicado en un sitio de producción química de la compañía para 2030. Sin embargo, Morgan cree que la mayoría de las industrias se resistirá a los costos de instalación.

Sin embargo, incluso si los reactores Gen IV resultan ser técnicamente superiores, pueden pasar décadas antes de que puedan ser analizados 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, dice Esam Hussein, ingeniero nuclear jubilado de la Universidad de Regina, Canadá. “Tenemos la experiencia operativa, tenemos el marco regulatorio”, afirma. “Si el objetivo es luchar contra el cambio climático, ¿por qué no te quedas con lo malo pero conocido?”

En respuesta a por qué necesitamos algo malo, muchos se apresuran a señalar que ninguna solución energética está libre de problemas, incluidas las energías renovables. Giovannini dice que está de acuerdo con las críticas de la industria nuclear de que el mundo ha “adoptado las energías renovables de una manera muy acrítica”. La energía eólica y solar requieren dispositivos electrónicos y bancos de baterías para almacenar su energía; estos, a su vez, necesitan compuestos como el litio y el cobalto, que pueden conllevar problemas ambientales y de justicia social derivados de la minería. “Nada es 100 % seguro”, afirma Vetter.

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. “Creo que la industria nuclear está vendiendo un montón de tonterías la mayor parte del tiempo”, dice Giovannini, quien ha sido crítica con la forma en que la industria aborda las preocupaciones del público. Pero su 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 acelerar rápidamente, afirma Giovannini, igual que otros expertos.

Artículo traducido por Daniela Hirschfeld