Energía nuclear de IV generación: ¿Podemos resolver los problemas que enfrenta la energía nuclear?

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Updated on: 03 Mar 2021

En el último capítulo aprendimos que existen cuatro problemas fundamentales relacionados con la energía nuclear:

  1. Desechos nucleares
  2. Explosiones nucleares
  3. Costo elevado
  4. Largo tiempo de construcción

Evaluaremos varias ideas usando este esquema:

El más fácil: construir reactores modulares pequeños

En lugar de construir un gran reactor en el sitio, ¿qué pasaría si producimos en masa componentes más pequeños en una fábrica y los enviamos a donde se requieren ? Se podrían instalar muy rápidamente después de que un estado decida comprarlos. Estos reactores se denominan Reactores Modulares Pequeños (SMR). Son modulares porque se pueden combinar varios reactores pequeños (llamados módulos) para proporcionar la misma energía que un gran reactor convencional:

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Reactores modulares pequeños

Los módulos estarán listos para instalarse inmediatamente después de que un estado decida comprarlos.

Los reactores modulares pequeños (SMR por sus iniciales en inglés) utilizan uranio y agua como los reactores convencionales . Sin embargo, muchos diseños de SMR son capaces de enfriar pasivamente, lo que significa que un corte de energía no causa accidentes ni explosiones nucleares .

Los primeros SMR ya se están poniendo en funcionamiento y algunos más están en desarrollo y en proceso de obtener su licencia . Se espera una plena comercialización alrededor de 2030 .

Desafortunadamente, los SMR aún tienen problemas con los desechos nucleares debido a que usan combustible nuclear regular .

Más eficiente – Reactor de Sal Fundida (MSR)

Los reactores que discutimos en el capítulo anterior utilizan agua como refrigerante (para sacar la energía) y como moderador . Los reactores de sal fundida (MSR por sus iniciales en inglés) utilizan sal fundida como refrigerante . La sal fundida es literalmente sal líquida .

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Reactor de sal fundida

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Reactor de sal fundida

¿Por qué de sal fundida?

  1. Altas temperaturas: Los reactores comunes a base de agua solo producen temperaturas de hasta 300 °C . Los MSR pueden alcanzar hasta 850 °C . Esto mejora la eficiencia termodinámica y, por lo tanto, el uso de combustible. De igual manera, permitiría a los MSR suministrar calor para los procesos industriales de alta temperatura que actualmente se realizan utilizando combustibles fósiles .
  2. Alta eficiencia: Los MSR tienen un 30% más de eficiencia de combustible que los reactores basados en agua , lo que significa un poco menos de desperdicio por la misma potencia.
  3. Sin explosiones: Como todos los reactores modernos (incluso los de hoy), los MSR se apagan al sobrecalentarse, lo que significa que no explotan .

Lamentablemente, el problema de los desechos nucleares aún persiste . Además, actualmente no existen materiales costeables que puedan contener sal fundida a temperaturas tan altas como 850 °C durante mucho tiempo . Esto significa que se necesita más investigación e innovación para hacer realidad los MSR.

¿Podemos reciclar los desechos nucleares para utilizarlos como combustible?

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¿Podemos reciclar los desechos nucleares?

Recuerda que en el último capítulo vimos que los desechos nucleares se presentan principalmente en dos formas:

  1. Uranio-238 empobrecido: El uranio natural es 99,3% U-238 y 0,7% U-235 , pero necesita ser 4-5% U-235 para utilizarse en los reactores . Al crear este combustible enriquecido, dejamos una gran cantidad de U-238 atrás.
  2. Combustible gastado: Cuando un reactor ha utilizado el combustible enriquecido durante cierto tiempo, se reemplaza por combustible nuevo. Lo que queda se llama combustible gastado.

Los reactores de onda progresiva (TWR por sus iniciales en inglés) están diseñados para usar uranio-238 empobrecido como combustible . Los TWR producen 80% menos desechos radioactivos (en masa) que los reactores convencionales .

Incluso más emocionante, los TWR podrían, en principio, reciclar el combustible nuclear gastado , pero se necesitan importantes avances en investigación para que esto sea posible .

La idea clave detrás de estos reactores es que produzcan su propio combustible . Esto puede verse como lo que se muestra a continuación :

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Reproducción de combustible

Aquí, comenzamos con el U-238, que por sí solo no puede alimentar reactores nucleares normales. Luego, agregando un neutrón, lo convertimos en U-239. El U-239 se desintegra rápidamente y se convierte en plutonio-239, otro material radioactivo. Esto es lo que impulsa las reacciones de fisión nuclear y crea el calor que se convierte en la energía que obtenemos del reactor . ¡Todo esto sucede dentro del reactor!

Como todos los demás reactores modernos, los TWR se apagan en caso de un corte de energía, lo que significa que no explotan .

El trabajo en los TWR se ha realizado durante décadas, sin éxito . Pero después de años de simulaciones por computadora e iteraciones de diseño, una compañía llamada Terrapower (financiada principalmente por Bill Gates) cree que puede lograr una operación estable a largo plazo .

Supuestamente su prototipo iba a estar listo para usarse en 2022, pero las tensiones políticas entre Estados Unidos y China hicieron que la construcción se detuviera en 2018 . Ya veremos qué pasa con esto.

Entonces, ¿qué debemos hacer?

Los Reactores Modulares Pequeños (SMR) y los reactores convencionales ya están disponibles . Estos podrían reemplazar el carbón para la generación de electricidad con emisiones de CO₂ casi nulas. Como se describió en el último capítulo, los reactores nucleares modernos son extremadamente seguros y no provocan explosiones . Si bien los desechos nucleares son malos, debemos compararlos con las peligrosas emisiones de CO₂ y cualquier otra contaminación producida por la quema de combustibles fósiles.

Al mismo tiempo, los gobiernos deberán permitir que las empresas prueben reactores nucleares avanzados a un ritmo mucho más rápido .

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Necesitamos más investigación

Si quieres obtener más información sobre energía nuclear avanzada, consulta algunos de los conceptos que no hemos discutido en este capítulo:

  • Usando torio: En lugar de uranio-235, se usa un elemento llamado torio como combustible .
  • Otros refrigerantes: En lugar de agua o sal fundida, podemos utilizar metales líquidos o gases .
  • Reactores sin moderadores: Los reactores rápidos pueden trabajar directamente con neutrones rápidos (los diseños actuales tienen que usar un moderador para ralentizar los neutrones, como se discutió en el último capítulo) . Los reactores convencionales necesitan ralentizar los neutrones para permitirles dividir el U-235.

¡Ahora, a las energías renovables!

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