Enerxía nuclear a día de hoxe

A controvertida

Todo organismo vivente no planeta Terra depende do Sol, a principal estrela do noso sistema. De feito, a enerxía irradiada polo devandito astro é resultado dun continuo proceso de fusión dos átomos de hidróxeno para formar helio, polo que poderiamos dicir que grazas á enerxía nuclear a vida é posible na Terra.

Tradicionalmente, asociamos o termo “enerxía nuclear” coa fisión que leva a cabo nas actuais centrais, aínda que esta palabra engloba tamén o proceso de fusión. A grandes liñas, a enerxía de fisión defínese como aquela que se xera como resultado da separación de átomos pesados (principalmente uranio) en átomos máis lixeiros, como o estroncio ou o xenón; mentres que a fusión permite obter enerxía a partir da combinación de átomos lixeiros (principalmente deuterio e tritio, isótopos do hidróxeno) para formar un núcleo máis pesado.

As reaccións de fusión producen unha cantidade de enerxía moi elevada – catro veces superior á xerada por fisión-, pois teoricamente, con apenas uns poucos gramos de deuterio e tritio pódese obter un teraxulio de enerxía, equivalente ás necesidades enerxéticas dun habitante dun país desenvolvido ao longo de 60 anos. Xa son moitos os actores involucrados na investigación e desenvolvemento dos reactores de fusión de primeira xeración. Entre eles, cabe destacar o proxecto ITER, no que 35 nacións lideradas pola Unión Europea xuntaron esforzos para investigar en materia de fusión de plasma e estudo de materiais para a fabricación dun reactor Tokamak, co obxectivo de que este produza 500MW de enerxía de fusión partindo dun input de 50 MW de enerxía calorífica (factor de retorno de potencia Q=10).

Outra das iniciativas máis prometedoras está en mans do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT), en colaboración coa súa spinoff Commonwealth Fusion Systems, desenvolvendo conxuntamente un prototipo de reactor Tokamak de fusión por confinamento magnético. No ano 2021 conseguiuse que os imáns superconductores que confinan os núcleos alcanzasen un campo magnético de 20T, o cal permite illar o plasma (a 150M de graos Celsius) das paredes do reactor. O anterior supuxo un fito e un significativo avance no proxecto, levando ao MIT a asegurar que o primeiro prototipo do devandito reactor de fusión estaría listo en 2025.

A enerxía de fusión constituirá unha das fontes de produción renovables máis potentes, se non a que máis, pois tras a fusión inicial, a enerxía xerada pode usarse para alimentar futuras reaccións, creando unha subministración ilimitada. O proceso utiliza isótopos do hidróxeno, dos que hai amplas reservas: o deuterio pode obterse de destilar auga en calquera dos seus estados, e o tritio xérase na reacción de fusión ao interactuar os neutróns con litio, do cal se calcula que hai reservas para millóns de anos.

Na actualidade, unicamente atópanse en funcionamento centrais nucleares de fisión. Para facer referencia á posta en marcha desta tecnoloxía, temos que remontarnos ao ano 1951.  O “Experimental Breeder Reactor”, construído en Idaho, foi o primeiro reactor de fisión nuclear que produciu electricidade. Por outra banda, a primeira central data de 1954, e foi deseñada co fin de fornecer enerxía en Obninsk, Rusia. A nivel nacional, a primeira planta que entrou en operación en España foi a central nuclear José Cabrera, en 1968, e cuxo funcionamento cesou por Orde Ministerial no ano 2006.

Os reactores nucleares de fisión aliméntanse xeralmente de “pellets” de uranio, pois os átomos deste elemento son relativamente fáciles de separar. O uranio é un elemento bastante común que se pode atopar mesmamente nas rocas. Con todo, o que é utilizado como combustible para reactores, o Ou-235, constitúe menos do 1% da cantidade de uranio dispoñible no mundo. Os principais xacementos atópanse en Kazakstán, Canadá, Sudáfrica, Brasil e China. De media, un reactor utiliza unhas 200 toneladas deste elemento ao ano.

Segundo os datos recompilados a maio de 2022, existían entón 439 reactores nucleares de fisión en operación en todo o mundo, sendo Estados Unidos o país que conta cun maior número, seguido por Francia e China, con 56 e 54 reactores en funcionamento, respectivamente. España atópase no undécimo posto, con 7 centrais actualmente operativas. De todos os xeitos, e segundo os plans do Goberno, para 2035 todas as centrais nucleares de fisión no noso país cesarían a súa actividade.

En canto ao consumo de enerxía procedente da fisión, a datos de 2021, é de novo Estados Unidos o país que encabeza a clasificación, con 7.4 EJ, equivalentes a uns 2000 TWh anuais, seguido de novo por China e Francia, cun consumo aproximado de 1000 TWh en 2021. En España, os números reflicten que o consumo de electricidade procedente de centrais nucleares foi significativamente inferior, resultando nun total de 141 TWh anuais.

O gráfico que segue reflicte o prognóstico de xeración nuclear entre 2020 e 2050, podéndose observar que a produción de electricidade a partir de enerxía de fisión manterase prácticamente constante, asumindo os galóns das fontes de enerxía renovables (incluíndo ás centrais hidroeléctricas) e diminuíndo ata chegar a ser nula a xeración a partir de combustibles fósiles líquidos.

Recentemente, presentáronse iniciativas de “micro reactores nucleares” ou “mini baterías nucleares” que constituirían fontes de enerxía libres de emisións de dióxido de carbono e que ademais poderían instalarse de forma sinxela e segura alí onde se necesiten, pois non requiren dunha refrixeración tan exhaustiva como as grandes centrais. Desde o MIT, entre outros, propoñen micro reactores que poidan alcadar ata os 10MW e que servirían, por exemplo, como fonte calorífica para procesos industriais ou para fornecer electricidade a barrios enteiros ou a bases militares. A modularidade extrema destas solucións permitiría que a enerxía nuclear puidésese ver como un produto, e non como un megaproxecto, pois estarían instalados en apenas unhas semanas e cun custo aproximado de $20M, moi por baixo dos miles de millóns que custan as grandes centrais nucleares, podendo supoñer unha alternativa viable a estas últimas.

A enerxía nuclear de fisión non se considera renovable, pois se obtén a partir dos isótopos do Ou-235, o cal non é un recurso renovable. Ademais, os produtos derivados da reacción de fisión son radioactivos, pois constitúen unha colección de átomos con núcleos inestables que irradian enerxía, afectando gravemente os organismos e á contorna que os rodea. De todos os xeitos, a fisión si que é considerada como “limpa”, pois no proceso de xeración de enerxía non se emite dióxido de carbono nin gases de efecto invernadoiro.

Outra das vantaxes que presenta a enerxía nuclear de fisión é a subministración estable que proporciona á rede. Isto é algo que aínda é complicado de asegurar coa produción de enerxía renovable, debido á natureza variable do recurso. De todos os xeitos, o complementar a xeración eólica e a solar, xunto co desenvolvemento a curto-medio prazo de sistemas de almacenamento, podería converter a produción renovable en estable, asegurando así a subministración continua á rede.

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