Estados Unidos y otros 80 países acordaron en noviembre en la conferencia climática COP26 en Glasgow, Escocia, convertir la mayor parte del mundo a energía verde en unas pocas décadas. Es un paso necesario para frenar los gases de efecto invernadero que causan el cambio climático, pero viene con un desafío abrumador: cómo satisfacer simultáneamente una demanda mundial de energía que se espera que aumente tan rápido como las temperaturas.
Una nueva generación de reactores nucleares está surgiendo como una solución potencial. Estos no son los reactores gigantes con problemas de antaño, con sus grandes torres de enfriamiento y laberintos de tuberías de enfriamiento que protegen contra la posibilidad de un colapso del síndrome de China. Los nuevos reactores están diseñados para ser más simples, más seguros, más baratos y mucho, mucho más pequeños.
Un diminuto reactor del tamaño de un autobús escolar podría suministrar energía a una ciudad o fábrica cercana. O muchos de ellos podrían unirse para igualar la producción de una planta nuclear gigante. No solo se espera que sean más seguras y que produzcan electricidad a un precio más económico que las plantas nucleares convencionales, sino que también lo hacen sin emitir ni una bocanada de gases de efecto invernadero.
En el cambio a la energía renovable, las pequeñas armas nucleares podrían desempeñar un papel habilitador. La energía solar y eólica por sí sola puede no ser suficiente para satisfacer la creciente demanda de energía en las próximas décadas. En 2019 y 2020, las naciones de todo el mundo agregaron 270 gigavatios de energía solar y eólica a sus redes, pero estas fuentes renovables aún deben complementarse en momentos de demanda máxima o cuando el sol no brilla y el viento no sopla. . En la actualidad, el gas natural, un combustible fósil, suele cumplir ese papel. La COP26, sin embargo, quita esa opción de la mesa.
Varios nuevos reactores diminutos de alta tecnología están ahora en desarrollo comercial en más de una docena de empresas. La primera ronda de minirreactores está programada para implementarse en los EE. UU. y en otros lugares dentro de los próximos tres años. El proyecto de ley bipartidista de infraestructura y empleo de $1,2 billones defendido por el presidente Joe Biden y promulgado en noviembre incluye $2,500 millones destinados al desarrollo avanzado de energía nuclear, algunos de los cuales se destinarán a mini-armas nucleares. “Se avecina una ola de innovación totalmente diferente en la energía nuclear”, dice Jacob DeWitte, fundador y director ejecutivo de Oklo, una startup de minirreactores que espera hacer con la industria de la energía nuclear lo que Tesla ha hecho con los autos eléctricos.
«No veo ningún inconveniente en ellos», dice Jason Herbert, director sénior de Energy Northwest, una empresa de servicios públicos en Seattle y sus alrededores que está considerando agregar varios minirreactores a su red de energía solar, eólica e hidroeléctrica. plantas «Estamos al borde de una revolución nuclear».
Sin duda, las nuevas armas nucleares aún no han demostrado su valía en el mundo comercial. Muchos críticos veteranos de la energía nuclear siguen siendo escépticos de que la nueva tecnología superará la historia de problemas de seguridad y sobrecostos de la industria. «No se trata de salvar el clima, se trata de salvar a la industria rediseñando viejos conceptos», dice Shaun Burnie, especialista nuclear sénior de Greenpeace East Asia.
Con el cambio climático pareciendo cada vez más una bomba de relojería en todo el planeta, la economía de la energía puede estar cambiando a favor de la energía nuclear. Las pequeñas armas nucleares, en particular, pueden estar preparadas para aprovechar este cambio.
Economía de la energía verde
La energía nuclear solía tener un futuro prometedor. Luego, en 1979, la planta nuclear de Three Mile Island en Pensilvania sufrió un colapso parcial del núcleo, lo que condujo a una cancelación masiva de pedidos de nuevas plantas en los EE. UU. Las esperanzas de una recuperación se desvanecieron en 1986 cuando la planta nuclear de Chernobyl en Ucrania sufrió Fusión y ruptura del reactor.
La industria volvió a reconstruir lentamente su credibilidad. Para 2010, 104 plantas nucleares funcionaban sin problemas en los EE. UU., con planes para docenas más en proceso, lo que llevó a hablar de un «renacimiento nuclear». Un año después, un tsunami golpeó la planta nuclear de Fukushima en Japón, provocando un colapso y la evacuación de más de 150.000 residentes.
Aún así, no fueron las continuas preocupaciones sobre la seguridad, ni la falta de una buena solución para almacenar los desechos nucleares, un problema sin solución aparente, lo que más perjudicó a la industria después de Fukushima. Más bien, era la economía. El precio del gas natural se desplomó, seguido de las energías renovables. Mientras tanto, la energía nuclear se fue encareciendo lentamente, debido en gran parte a los sobrecostos de construcción de plantas que ascendieron a miles de millones de dólares.
Como resultado, la energía nuclear ha estado creciendo últimamente a una tasa de alrededor de una milésima parte de la energía solar y eólica. Japón, que una vez abrazó la energía nuclear, ha cerrado la gran mayoría de sus plantas, al igual que una vez orgullosamente pro-nuclear Alemania, donde el Partido Verde, decididamente antinuclear, obtuvo grandes ganancias en las últimas elecciones. Hoy en día, las plantas nucleares generan alrededor de una décima parte de la electricidad del mundo, frente a una quinta parte en la década de 1990.
El impulso hacia la energía verde, combinado con la perspectiva de tener que prescindir de las plantas de gas natural que han sido esenciales para mantener las redes en funcionamiento cuando la energía solar y eólica se quedan cortas, ha alterado drásticamente las perspectivas de la energía nuclear. De hecho, las plantas nucleares ya generan más de la mitad de la electricidad libre de carbono de los Estados Unidos. «A medida que el gas natural comienza a desaparecer de la red, la energía nuclear se vuelve cada vez más competitiva», dice Jess Gehin, director asociado del laboratorio de ciencia y tecnología nuclear en el Laboratorio Nacional de Idaho.
Además, los precios de la energía nuclear han disminuido lentamente en los últimos años, gracias a las mejoras en las plantas que han aumentado la eficiencia en casi un 30 por ciento en comparación con hace 15 años. Se espera que los nuevos diseños para plantas grandes reduzcan aún más los costos y mejoren la seguridad y la confiabilidad. De hecho, impulsar nuevas capacidades de energía nuclear es una de las pocas cosas en las que republicanos y demócratas tienden a estar de acuerdo.
Las plantas nucleares de tamaño completo todavía tienen un gran inconveniente: su tamaño, complejidad y demandas de infraestructura continúan haciendo que los proyectos de construcción sean asuntos desalentadores, difíciles de financiar, que superan el presupuesto y la línea de tiempo. El costo combinado de los dos nuevos reactores en construcción en una planta nuclear de Georgia, los únicos grandes reactores comerciales que se están construyendo actualmente en los EE. UU., se ha duplicado a $ 28 mil millones desde la estimación original cuando se aprobó la construcción en 2012. La planta ahora tiene cinco años. retrasado
«Hay un apetito por construir algo diferente de lo que ya tenemos», dice Allison Macfarlane, expresidenta de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) de EE. UU. y ahora profesora y directora de la Escuela de Políticas Públicas y Asuntos Globales de la Universidad. de la Columbia Británica.
Es por eso que la atención se está dirigiendo a los nuevos minirreactores, aunque, en cierto sentido, en realidad no son tan nuevos. Los microrreactores han existido desde la década de 1950, principalmente para aplicaciones especiales, como reactores de prueba en laboratorios, centrales eléctricas para submarinos y una variedad de otros usos militares. Comercializarlas nunca tuvo mucho sentido porque, de hecho, eran más caras de fabricar, por kilovatio-hora, que las grandes plantas convencionales. Tampoco se acercaron a cumplir con los estándares de seguridad mucho más estrictos de la operación civil, en parte porque a menudo dependían de formas menos estables de uranio y otros combustibles más riesgosos.
Los nuevos minirreactores superan esos inconvenientes. Aunque utilizan la misma física básica que los reactores convencionales (el uranio en descomposición calienta el agua y produce vapor que hace girar las turbinas que producen electricidad), tienen diseños más simples con menos puntos de falla. Por ejemplo, en lugar de depender de un laberinto de tuberías y bombas para dirigir el agua y el vapor donde se necesitan, por lo general dependen de la convección natural: a medida que el agua se calienta, se eleva desde las barras de combustible de uranio y transfiere su calor a un serpentín lleno de agua que lanza vapor a las turbinas. El agua del reactor enfriada vuelve a hundirse en las barras de combustible, manteniéndolas frías.
A diferencia de los reactores convencionales que necesitaban elaborados sistemas de enfriamiento para evitar que se sobrecalentaran y se derritieran, las diminutas armas nucleares están diseñadas para autoestabilizarse. Si el combustible de uranio comienza a calentarse demasiado, parte del agua del reactor se convierte en vapor, que se lleva el calor del reactor y finalmente regresa como agua para mantener las cosas frías.
Las nuevas armas nucleares diminutas también ofrecen lo que podría llamarse economías de pequeña escala. Pueden construirse en fábricas a bajo costo y luego enviarse por camión a su destino final. Para mayor seguridad, se pueden sellar y enterrar. En el momento de la jubilación, no hay necesidad de un proceso de «desmantelamiento» de varios años y medio billón de dólares, como lo requieren los grandes reactores. Se puede cargar una pequeña bomba nuclear en un camión con destino a una instalación de almacenamiento y cambiarla por una nueva.
La pequeña escala de las nuevas armas nucleares podría superar muchos de los inconvenientes financieros de la energía nuclear convencional. Dado que los minirreactores se pueden operar en tándem, un operador de planta podría instalar varios reactores prefabricados, uno a la vez, distribuyendo los costos y simplificando los proyectos para mantenerse a tiempo y dentro del presupuesto. Sin embargo, el resultado final podría ser un grupo de reactores que, juntos, produzcan tanta energía como uno grande convencional. Los reactores individuales en tal grupo podrían encenderse y apagarse dependiendo del nivel de potencia necesario en la red en un momento dado. Esta función sería útil cuando se trate de equilibrar la producción variable de los generadores solares y eólicos o igualar el flujo y reflujo del consumo de electricidad de los consumidores y las empresas.
«Los reactores pequeños pueden pasar de la potencia máxima al 40 por ciento de potencia en tan solo 12 minutos, en comparación con las al menos varias horas de los reactores grandes», dice Herbert de Energy Northwest. «Con la energía eléctrica negociada en la red minuto a minuto, la capacidad de subir y bajar rápidamente se vuelve muy poderosa».
Startups nucleares
La promesa de una energía nuclear más flexible, más fácil de construir y de menor costo ya está llamando la atención de las empresas eléctricas estadounidenses. Además de Energy Northwest, Utah Associated Municipal Power Systems y PacifiCorp, que atiende a varios estados del oeste, han establecido asociaciones para apoyar el desarrollo de minirreactores.
Los reactores pequeños varían en tamaño, con salidas que van desde 1 megavatio hasta 350 megavatios, en comparación con los 1000 megavatios de un reactor convencional. Las unidades más pequeñas podrían servir a aldeas remotas que actualmente dependen de generadores que funcionan con combustible diesel costoso. La Fuerza Aérea de EE. UU. anunció en octubre que instalará un microrreactor de 5 megavatios en su base de Eielson en Alaska. Los reactores diminutos también podrían funcionar para instalaciones comerciales como fábricas y hospitales que desean segundas fuentes de energía confiables para servir como respaldo para centros de datos o líneas de ensamblaje. Se podrían colocar reactores pequeños más potentes cerca de los grandes reactores existentes para complementarlos (la mayoría de los sitios de plantas nucleares en los EE. UU. ya están aprobados para reactores adicionales) o podrían servir por sí mismos a una ciudad pequeña.
Setenta reactores pequeños están actualmente en desarrollo en todo el mundo, según la Agencia Internacional de Energía Atómica. Uno que está llamando la atención proviene de NuScale Energy en Portland, Oregón, una escisión de la Universidad Estatal de Oregón. NuScale ha estado conectando desde 2007 un minirreactor que, al igual que los grandes reactores convencionales, depende de la circulación de agua presurizada para transferir el calor del núcleo del reactor a las turbinas impulsadas por vapor.
Los reactores convencionales necesitan un elaborado sistema de bombas, tuberías y válvulas para mantener el agua y el vapor en movimiento, y requieren que haya una piscina de agua gigante y separada cerca para verterla en el núcleo en caso de que se sobrecaliente. El reactor de NuScale, por otro lado, parece casi estúpidamente simple en comparación: el agua calentada del núcleo depende de la convección ordinaria para ascender, enfriarse transfiriendo su calor a una turbina y luego hundirse nuevamente en el núcleo para repetir el viaje. .
Esa simplicidad, combinada con el tamaño más pequeño, significa que todo el trabajo necesario en un sitio para instalar uno de los reactores producidos en fábrica de NuScale se puede realizar en tres años, en lugar de los cinco a 10 años necesarios para un sitio de reactor convencional. Cada unidad puede producir alrededor de una décima parte de la producción de electricidad de un reactor grande, suficiente para alimentar unos 350.000 hogares. El reactor de NuScale es el único que ha sido aprobado por la NRC hasta el momento, y la compañía está en camino de encender su primera instalación en Idaho para 2027, dice el director de tecnología y cofundador de NuScale, José Reyes.
«Produciremos electricidad a precios muy competitivos», dice. «El interés en nuestros reactores se ha disparado».
Oklo también está generando su parte de entusiasmo. El CEO DeWitte dice que confía en las raíces de Silicon Valley de la compañía para convertirse en un disruptor de la industria energética al estilo de Tesla y SpaceX de Elon Musk . Al igual que Musk, DeWitte recurrió al capital de riesgo de alta tecnología para obtener financiamiento, recaudando al menos $ 25 millones hasta el momento.
«Tesla y SpaceX muestran vectores claros sobre cómo hacer este tipo de startups de tecnología dura con éxito», dice DeWitte. “Es un modelo que te anima a probar cosas nuevas”.
Una cosa nueva que Oklo está intentando es diseñar su microrreactor Aurora, que generará solo 1,5 megavatios, para ser enfriado con sodio líquido en lugar de agua. El sodio es mejor que el agua en el calor en movimiento y no tiene que ser presurizado, lo que simplifica aún más el diseño del reactor. Aurora será un reactor «rápido», lo que significa que se basará en uranio más enriquecido para producir más energía a partir de una determinada cantidad de combustible, mejorando la eficiencia y creando un reactor aún más compacto. Completamente alojado, sería del tamaño de una pequeña cabaña. En el lado negativo, concede DeWitte, el combustible enriquecido necesario escaseará a menos que la tecnología se afiance lo suficiente como para generar demanda.
Oklo también tiene un modelo de negocio innovador. La compañía planea vender energía nuclear a las empresas de servicios públicos como un servicio en lugar de una tecnología de compra y propiedad. Es decir, Oklo absorberá los costos de construcción y operación del reactor en el sitio de la empresa de servicios públicos, cobrando solo por la electricidad que produce.
«Las empresas de servicios públicos evitan asumir el riesgo de la novedad y no tienen que invertir mucho capital», dice DeWitte. «Simplemente venden y distribuyen la electricidad que producimos». El 6 de enero, la NRC rechazó la solicitud de Oklo para una instalación en Idaho debido a datos de seguridad insuficientes, pero invitó a la empresa a presentar una nueva solicitud. DeWitte espera la aprobación en aproximadamente un año y tener el primer reactor en funcionamiento para 2025.
Otros jugadores potenciales en el juego de las mini-armas nucleares incluyen a Rolls-Royce, cuyos esfuerzos de desarrollo de reactores pequeños han sido respaldados por una subvención de 280 millones de dólares del gobierno del Reino Unido; y TerraPower, respaldada por Bill-Gates, que tiene un acuerdo para comenzar la construcción en tres años de un primer reactor de 345 megavatios en la pequeña ciudad de Kemmerer, Wyoming, para reemplazar una planta a carbón. Toshiba de Japón, GE Hitachi, China National Nuclear, Électricité de France y Rosatom de Rusia también están planeando sacar pequeños reactores. De hecho, Rosatom ya desplegó dos minirreactores de 35 megavatios en 2018 en una plataforma flotante en el Ártico, aunque esos reactores no se consideran comercialmente viables.
El mismo de siempre
Algunos críticos no están impresionados con la nueva ola de minirreactores. Los pequeños reactores de diseño similar han existido en instalaciones de investigación y prueba y en diversas aplicaciones militares durante décadas, señalan, sin llegar nunca a los mercados comerciales.
«Estos diseños de reactores supuestamente nuevos son solo giros en diseños que tienen hasta 70 años», dice Macfarlane. «La pregunta más importante es si alguno de estos reactores se puede construir y operar a un costo razonable. Ese problema aún no se ha resuelto». Puede tomar hasta 30 años resolver los problemas, agrega, y es posible que los reactores nunca resulten competitivos en costos.
Burnie, de Greenpeace, está de acuerdo en que no hay pruebas de que los reactores pequeños funcionen mejor que los grandes para demostrar su éxito comercial. «La historia de la energía nuclear es una de economía de fantasía», dice. El verdadero problema de buscar reactores pequeños, sugiere Burnie, es que hacerlo desviará la financiación y el desarrollo de la energía solar, eólica y otras fuentes de energía renovable. La viabilidad de esas fuentes está probada, insiste: Suecia obtiene la mitad de su energía de fuentes renovables y Escocia, un 97 por ciento. El ritmo del cambio climático, dice, no deja tiempo para explorar callejones sin salida.
Las diminutas armas nucleares no resuelven el problema de qué hacer con el combustible gastado del reactor, que sigue siendo radiactivo durante siglos. Los desechos nucleares en los EE. UU. se almacenan en contenedores fuertemente sellados enterrados bajo tierra en grandes plantas nucleares, donde generalmente se consideran seguros, al menos por el momento. El Congreso ha hablado sobre depósitos permanentes como Yucca Mountain durante décadas, pero ubicarlos es políticamente intratable. Después de muchas discusiones, aún no se ha aprobado ningún esquema de depósito.
Los defensores de las minibombas admiten que la industria de la energía nuclear ha dejado un rastro de decepción y que, por ahora, carecen de pruebas contundentes de unidades instaladas para respaldar sus afirmaciones. Pero esa prueba está a solo unos años de distancia, insisten.
«Puede haber muchas dudas sobre la construcción del primero de un nuevo reactor», dice Herbert. «Pero una vez que el primero se entregue a tiempo y dentro del presupuesto, habrá una demanda increíble para participar en el segundo».
Incluso si los primeros no funcionan según lo planeado, argumenta DeWitte de Oklo, el menor costo y la complejidad de los reactores pequeños significa que las empresas como la suya pueden darse el lujo de seguir refinando sus esfuerzos a buen ritmo hasta que lo hagan bien.
«Los primeros cohetes de SpaceX tampoco funcionaron», dice. Si las mini-armas nucleares también pueden demostrar que los detractores están equivocados, es posible que aún nos acerquen un paso más a la superación del cambio climático.
Publicado en cooperación con Newsweek
