Energía nuclear a día de hoy

La controvertida

Todo organismo viviente en el planeta Tierra depende del Sol, la principal estrella de nuestro sistema. De hecho, la energía irradiada por dicho astro es resultado de un continuo proceso de fusión de los átomos de hidrógeno para formar helio, por lo que podríamos decir que gracias a la energía nuclear la vida es posible en la Tierra.

Tradicionalmente, asociamos el término “energía nuclear” con la fisión que se lleva a cabo en las actuales centrales, si bien esta palabra engloba también el proceso de fusión. A grandes rasgos, la energía de fisión se define como aquella que se genera como resultado de la separación de átomos pesados (principalmente uranio) en átomos más ligeros, como el estroncio o el xenón; mientras que la fusión permite obtener energía a partir de la combinación de átomos ligeros (principalmente deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno) para formar un núcleo más pesado.

Las reacciones de fusión producen una cantidad de energía muy elevada – cuatro veces superior a la generada por fisión-, pues teóricamente, con apenas unos pocos gramos de deuterio y tritio se puede obtener un terajulio de energía, equivalente a las necesidades energéticas de un habitante de un país desarrollado a lo largo de 60 años. Ya son muchos los actores involucrados en la investigación y desarrollo de los reactores de fusión de primera generación. Entre ellos, cabe destacar el proyecto ITER, en el que 35 naciones lideradas por la Unión Europea han aunado esfuerzos para investigar en materia de fusión de plasma y estudio de materiales para la fabricación de un reactor Tokamak, con el objetivo de que este produzca 500MW de energía de fusión partiendo de un input de 50 MW de energía calorífica (factor de retorno de potencia Q=10).

Otra de las iniciativas más prometedoras está en manos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en colaboración con su spinoff Commonwealth Fusion Systems, desarrollando conjuntamente un prototipo de reactor Tokamak de fusión por confinamiento magnético. En el año 2021 se consiguió que los imanes superconductores que confinan los núcleos alcanzaran un campo magnético de 20T, lo cual permite aislar el plasma (a 150M de grados Celsius) de las paredes del reactor. Lo anterior supuso un hito y un significativo avance en el proyecto, llevando al MIT a asegurar que el primer prototipo de dicho reactor de fusión estaría listo en 2025.

La energía de fusión constituirá una de las fuentes de producción renovables más potentes, si no la que más, pues tras la fusión inicial, la energía generada puede usarse para alimentar futuras reacciones, creando un suministro ilimitado. El proceso utiliza isótopos del hidrógeno, de los que hay amplias reservas: el deuterio puede obtenerse de destilar agua en cualquiera de sus estados, y el tritio se genera en la reacción de fusión al interactuar los neutrones con litio, del cual se calcula que hay reservas para millones de años.

En la actualidad, únicamente se encuentran en funcionamiento centrales nucleares de fisión. Para hacer referencia a la puesta en marcha de esta tecnología, tenemos que remontarnos al año 1951.  El “Experimental Breeder Reactor”, construido en Idaho, fue el primer reactor de fisión nuclear que produjo electricidad. Por otra parte, la primera central data de 1954, y fue diseñada con el fin de suministrar energía en Obninsk, Rusia. A nivel nacional, la primera planta que entró en operación en España fue la central nuclear José Cabrera, en 1968, y cuyo funcionamiento cesó por Orden Ministerial en el año 2006.

Los reactores nucleares de fisión se alimentan generalmente de “pellets” de uranio, pues los átomos de este elemento son relativamente fáciles de separar. El uranio es un elemento bastante común que se puede encontrar mismamente en las rocas. Sin embargo, el que es utilizado como combustible para reactores, el U-235, constituye menos del 1% de la cantidad de uranio disponible en el mundo. Los principales yacimientos se encuentran en Kazakstán, Canadá, Sudáfrica, Brasil y China. De media, un reactor utiliza unas 200 toneladas de este elemento al año.

Según los datos recopilados a mayo de 2022, existían entonces 439 reactores nucleares de fisión en operación en todo el mundo, siendo Estados Unidos el país que cuenta con un mayor número, seguido por Francia y China, con 56 y 54 reactores en funcionamiento, respectivamente. España se encuentra en el undécimo puesto, con 7 centrales actualmente operativas. De todas formas, y según los planes del Gobierno, para 2035 todas las centrales nucleares de fisión en nuestro país habrán cesado su actividad.

En cuanto al consumo de energía procedente de la fisión, a datos de 2021, es de nuevo Estados Unidos el país que encabeza el ranking, con 7.4 EJ, equivalentes a unos 2000 TWh anuales, seguido de nuevo por China y Francia, con un consumo aproximado de 1000 TWh en 2021. En España, los números reflejan que el consumo de electricidad procedente de centrales nucleares fue significativamente inferior, resultando en un total de 141 TWh anuales.

El gráfico que sigue refleja el pronóstico de generación nuclear entre 2020 y 2050, pudiéndose observar que la producción de electricidad a partir de energía de fisión se mantendrá prácticamente constante, asumiendo los galones las fuentes de energía renovables (incluyendo a las centrales hidroeléctricas) y disminuyendo hasta llegar a ser nula la generación a partir de combustibles fósiles líquidos.

Recientemente, se han presentado iniciativas de “micro reactores nucleares” o “mini baterías nucleares” que constituirían fuentes de energía libres de emisiones de dióxido de carbono y que además podrían instalarse de forma sencilla y segura allí donde se necesiten, pues no requieren de una refrigeración tan exhaustiva como las grandes centrales. Desde el MIT, entre otros, proponen micro reactores que puedan alcanzar hasta los 10MW y que servirían, por ejemplo, como fuente calorífica para procesos industriales o para suministrar electricidad a barrios enteros o a bases militares. La modularidad extrema de estas soluciones permitiría que la energía nuclear se pudiera ver como un producto, y no como un megaproyecto, pues estarían instalados en apenas unas semanas y con un coste aproximado de $20M, muy por debajo de los miles de millones que cuestan las grandes centrales nucleares, pudiendo suponer una alternativa viable a estas últimas.

La energía nuclear de fisión no se considera renovable, pues se obtiene a partir de los isótopos del U-235, el cual no es un recurso renovable. Además, los productos derivados de la reacción de fisión son radioactivos, pues constituyen una colección de átomos con núcleos inestables que irradian energía, afectando gravemente a los organismos y al entorno que los rodea. De todas formas, la fisión sí que es considerada como “limpia”, pues en el proceso de generación de energía no se emite dióxido de carbono ni gases de efecto invernadero.

Otra de las ventajas que presenta la energía nuclear de fisión es el suministro estable que proporciona a la red. Esto es algo que todavía es complicado de asegurar con la producción de energía renovable, debido a la naturaleza variable del recurso. De todas formas, el complementar la generación eólica y la solar, junto con el desarrollo a corto-medio plazo de sistemas de almacenamiento, podría convertir la producción renovable en estable, asegurando así el suministro continuo a la red.

Referencias utilizadas

[1] http://euro-fusion.org/fusion/fusion-vs-fission/

[2] http://www.iaea.org/es/energia-de-fusion/que-es-la-fusion-y-por-que-es-tan-dificil-de-lograr

[3] http://www.iter.org/sci/Fusion

[4] http://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-major-advance-toward-fusion-energy-0908

[5] http://www.xataka.com/energia/mit-no-va-farol-promete-tener-listo-su-primer-prototipo-reactor-fusion-nuclear-2025

[6] http://education.nationalgeographic.org/resource/non-renewable-energy/

[7] http://news.mit.edu/2021/nuclear-batteries-decarbon-0625