De pequeños reactores en serie a combustible de torio: la innovación en las nucleares

BarcelonaEl debate de las nucleares puede generar la falsa impresión de que se trata de un sector obsoleto, en el que desde hace tiempo no se producen avances y el progreso estancado. Pero la realidad se aleja mucho de esa imagen. El sector nuclear es uno de los ámbitos donde desde hace años existe un interés importante por innovar, en particular después de accidentes como el de Fukushima, el avance del cambio climático y la aparente desaceleración del sector de las energías renovables.

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Aunque representa una fracción significativa de la potencia eléctrica suministrada actualmente, hoy en día las fuentes de energía renovables como la eólica, la hidráulica o la solar todavía requieren el apoyo de otras fuentes de energía no renovables a través de las centrales de ciclo combinado o las nucleares. La gran ventaja de la energía nuclear de fisión respecto a los combustibles fósiles es que, a pesar de no ser una energía renovable, no genera dióxido de carbono. Por ello, son muchos los que ven en la energía nuclear un elemento esencial en la transición hacia una energía completamente verde.

En medio del alboroto político, la innovación en energía nuclear busca, por un lado, estrategias que permitan un despliegue más fácil y económico de este tipo de tecnología, y por otro, maneras de conseguir que la energía nuclear no sólo suministre energía a la red eléctrica sino que inyecte potencia directamente a instalaciones con una gran demanda de energía. construir. La reducción de los costes y el aumento de la eficiencia de las operaciones es otro punto esencial en el que centra sus esfuerzos gran parte de la innovación. Por último, la innovación en este sector también busca acelerar la investigación de nuevas tecnologías que permitan crear nuevos materiales y combustibles, más eficientes y que generen menos residuos radiactivos de larga duración.

Centrales más eficientes y más seguras

Uno de los aspectos esenciales en la operación de una central nuclear es la seguridad, en particular después de las experiencias con consecuencias dramáticas vividas en las últimas décadas con los accidentes de Chernobyl y Fukushima, aunque con causas, efectos y escalas muy diversas. En este sentido, desde el accidente de Fukushima en 2011 los protocolos de seguridad de las centrales nucleares han evolucionado considerablemente. Las centrales europeas disponen de sistemas de seguridad adicionales que las protegen frente a fenómenos extremos no previstos en el diseño original, como las inundaciones, los terremotos o la falla del suministro eléctrico. "La filosofía es anticiparse a cualquier escenario imaginable y hacer que la seguridad no dependa exclusivamente de tecnología activa sino sobre todo de sistemas pasivos autosuficientes", explica Alfredo García, operador de la central nuclear de Ascó y divulgador nuclear.

Una central nuclear está regida por estrictos protocolos de operación establecidos por el Consejo de Seguridad Nuclear y la Agencia Internacional de la Energía Atómica. Estos protocolos se han actualizado de forma progresiva para adaptarlos a las necesidades y demandas específicas del sector, así como a las nuevas tecnologías que han aparecido. Actualmente, los sistemas digitales han sustituido en gran parte a los sistemas de control analógicos clásicos. Estos nuevos sistemas integran una gran redundancia, que asegura el buen funcionamiento y la seguridad en caso de que alguno de los subsistemas falle. Por otra parte, las pantallas inteligentes ayudan a los operadores a procesar e interpretar las miles de señales que se reciben de toda la planta.

La formación de los operadores también ha mejorado sustancialmente gracias a la integración de simuladores que replican de forma exacta las salas de control. Así, los operadores están entrenados en un gran número de escenarios operativos, incidencias y accidentes antes de que se produzcan. Como era de esperar, la inteligencia artificial también ha irrumpido con fuerza en el mantenimiento predictivo y la ejecución de alertas de posibles averías o disfunciones gracias al análisis de las vibraciones, temperaturas o patrones de funcionamiento.

Reaprovechar los residuos

La gestión de los residuos producidos por las reacciones de fisión es uno de los retos a los que se enfrenta la gestión de una central nuclear. Estos residuos son altamente radiactivos y normalmente se almacenan en depósitos enterrados a la espera de que su actividad se reduzca con el paso de los años. Por ello, éste es una de las áreas que más interés ha suscitado dentro del sector y donde más se ha avanzado. "El objetivo no es solo almacenar de forma segura sino convertir parte del residuo en recurso y disminuir el legado radiactivo a largo plazo", explica García.

En este sentido, actualmente los residuos de alta actividad radioactiva se transforman en bloques de vidrio extremadamente estables que no permiten la difusión de radionucleidos durante milenios. Sin embargo, estos bloques todavía requieren ser enterrados a gran profundidad en zonas muy estables. Por otra parte, existe una línea de investigación e innovación que desarrolla, a su vez, tecnologías de reciclaje del combustible utilizado y que permite recuperar materiales aprovechables y separar los residuos de larga vida y transmutarlos para reducir su toxicidad y tiempo de vida. Aquí encontramos empresas emergentes como Transmutex, una compañía suiza que utiliza tecnología punta en aceleradores de partículas para transmutar residuos nucleares para poder reaprovecharlos.

Reactores más pequeños y económicos

Lejos de pensar en las centrales nucleares como grandes instalaciones con una dinámica compleja, muchas empresas están apostando fuertemente por los reactores modulares. Estos reactores tienen un tamaño mucho más reducido y podrían tener un gran valor industrial, ya que son fáciles de generar en serie, con unos plazos mucho más ajustados que las centrales nucleares, que pueden tardar décadas en construirse. Estos reactores se pueden instalar en módulos y se pueden adaptar las demandas específicas de la red o usuarios en aplicaciones industriales concretas. TerraPower, fundada por Bill Gates, es una de las empresas emergentes mejor posicionadas en el sector de los pequeños reactores modulares.

Reactores de nueva generación

Los grandes reactores han evolucionado también considerablemente con el tiempo. Actualmente se están poniendo en marcha los primeros reactores de 4ª generación, que están refrigerados con sodio, gas o plomo, y los reactores de sales fundidas. Estos reactores representan un paso adelante en seguridad, puesto que, en caso de incidencia grave, el propio sistema tiende a apagarse sin necesitar la intervención de un operador humano. Otra ventaja de estos reactores es que, más allá de tener una eficiencia superior a los reactores de 3ª generación, utilizan combustibles reciclados o incluso residuos de reactores convencionales. "Los reactores de 4ª generación todavía se encuentran en fases piloto, pero ya marcan el rumbo tecnológico de la futura nuclear", comenta García.

Reactores de torio

El torio es un elemento que está sustituyendo al uranio para hacer funcionar a los reactores nucleares, en particular en China, país que lidera la innovación en este tipo de combustible. Aunque la idea de los reactores de torio proviene de los años cincuenta del siglo pasado, no ha sido hasta la actualidad que la tecnología ha madurado lo suficiente para empezar a realizar algunas pruebas de concepto. "Este tipo de reactor todavía se encuentra en fase experimental y requerirá décadas de ensayos antes de una implantación comercial amplia", dice García.

La gran ventaja del torio, más allá de ser un elemento mucho más abundante que el uranio, es que genera menos residuos radiactivos de larga vida. Además, el torio se encuentra en estado líquido de forma natural, lo que hace que manipularlo sea más sencillo. Pero a pesar de su mayor seguridad y la reducción de los residuos, los reactores de torio todavía se enfrentan a importantes retos técnicos, de regulación y eficiencia de costes.

La fusión, una energía de futuro

Desde hace décadas, la energía nuclear de fusión, en la que dos átomos de hidrógeno se juntan para crear un átomo de helio y energía sin residuos radiactivos de larga vida, es la eterna promesa que debería sustituir a la energía de fisión por una fuente de energía limpia, eficiente y, en la práctica, casi inagotable. Sin embargo, los reactores de fusión experimental como el ITER, el consorcio internacional que busca demostrar la viabilidad de la energía nuclear de fusión situado en Francia, todavía no han logrado obtener un balance energético positivo, aunque se están realizando progresos considerables y prometedores. "La energía de fusión tiene un enorme potencial, pero no será operativa a nivel comercial hasta dentro de varias décadas. Es futuro, una tecnología de futuro, no de presente", explica García.

El gran reto de estos proyectos no es únicamente demostrar que la fusión nuclear es posible sino demostrar que puede proporcionar energía de forma continua y que la tecnología que la conforma es capaz de resistir las altas temperaturas y los intensos flujos de partículas.

Cataluña, experta en operación y seguridad nucleares

La tendencia general en Europa es alargar la vida del parque nuclear existente al tiempo que desarrolla nuevos reactores modulares pequeños y se posiciona al frente del desarrollo de la energía de fusión gracias, entre otros, al proyecto ITER. Cataluña destaca especialmente por su gran nivel en ingeniería nuclear, así como por la amplia experiencia en operación y formación de personal altamente cualificado y reconocido internacionalmente, lo que dota al país de una vasta cultura en seguridad nuclear. "Aunque no desarrolla diseños propios, Catalunya representa una pieza clave en la excelencia operativa del sector a nivel europeo", concluye García.