En los últimos años se está haciendo cada vez más patente el renacimiento de la energía nuclear en todo el mundo. Tanto empresas, como gobiernos y organismos supranacionales son cada vez más conscientes de que, sin el concurso de la energía nuclear, alcanzar los objetivos energéticos y climáticos de la humanidad sería considerablemente más lento y costoso. Este hecho se evidenció en la reciente COP28 mediante dos acciones sin precedentes: una alianza de más de 20 Estados para triplicar la capacidad nuclear mundial hasta 2050 y la aparición de esta tecnología, insisto, por primera vez, en el documento de conclusiones consensuado.
El giro en la opinión pública sobre la energía nuclear ya es patente en todos los países donde se han realizado encuestas y en consecuencia el respaldo político es cada vez más evidente. El Parlamento Europeo incluyó en 2022 a la energía nuclear en sus finanzas sostenibles tras un exhaustivo informe científico del Joint Research Centre. Irónicamente lo hizo acompañada del gas natural, en este caso sin ningún respaldo científico, solo por la presión de Alemania tras sustituir su producción eléctrica de origen nuclear por la de centrales de gas natural de origen ruso. Posteriormente, debido a la Guerra de Ucrania y la escasez de gas ruso, Alemania tuvo que aplazar el cierre de los últimos 3 reactores nucleares. Pocos meses más tarde, reactivó la central eléctrica de lignito de Jänschwalde, de 3000 MW eléctricos (algo menos de la potencia de los esos 3 reactores), que llevaba cerrada desde 2017.
La Comisión Europea ha lanzado este mes de febrero de 2024 una alianza industrial para liderar la construcción de pequeños reactores modulares (SMR, por sus siglas en inglés), un nuevo paradigma en la tecnología nuclear. Los SMR no son un desarrollo reciente. De hecho, los primeros reactores nucleares comerciales se desarrollaron a finales de la década de 1950 basándose en la tecnología de reactores de agua ligera y al mismo tiempo se diseñaron pequeños reactores (todavía no modulares) de propulsión naval, tanto en la marina de guerra (submarinos y portaaviones) como en la comercial (cargueros y rompehielos).
¿Qué es un SMR?
Por convención, se considera que un reactor nuclear es pequeño cuando es capaz de suministrar una potencia eléctrica de unos 300 MWe, frente a los habitualmente más de 1000 MWe de los reactores comerciales. Las principales ventajas de los SMR frente a los grandes reactores son sus mejoras en seguridad (necesitan menos componentes activos), fabricación en serie, abaratamiento de costes financieros y de construcción, eficiencia y escalabilidad.
Según el Organismo Internacional de la Energía Atómica, en 2022 había nada menos que 83 diseños de SMR en el mundo en diferentes fases de desarrollo (había 72 en 2018): unos en la fase conceptual, otros en la fase final de diseño, otros en construcción y dos en funcionamiento comercial, el primero en 2020 y el segundo en 2023. Un rápido vistazo a las empresas que están detrás de los proyectos más importantes no induce a pensar que se tratan de grupos de jóvenes que desarrollan reactores en los garajes de sus respectivos padres en Estados Unidos.
De igual forma que sus hermanos mayores, los SMR se clasifican en generaciones. La I Generación de grandes reactores corresponde a los primeros prototipos, con diseños muy diversos, de escasa potencia y de los que apenas quedan en funcionamiento. La II Generación, construida entre las décadas de 1970, 1980 y 1990, está formada por la mayoría de los reactores activos actualmente, entre ellos los 7 españoles. Son los que permitieron la explotación comercial a gran escala de la energía nuclear.
Desde finales de la década de 1990 hasta la actualidad, se está desarrollando los reactores de IV Generación, muy similares a los de III, pero con mejoras en la seguridad, más seguridad pasiva (sin necesidad de alimentación eléctrica) y una construcción más modular, menos artesanal. Finalmente, la IV Generación corresponde a reactores con un diseño revolucionario, ideado hace décadas, pero que el avance de la tecnología actual está permitiendo implementar. Entre sus características fundamentales destacan sus mejoras en seguridad y su capacidad para reciclar residuos radiactivos.
Los países con mayor número de diseños de SMR son Estados Unidos (21), Rusia (17), China (10), Japón (9), Canadá (5), Reino Unido (4), Corea del Sur (4), Sudáfrica (4). Otros países también tienen sus propios diseños, como Francia, Italia, República Checa, Luxemburgo, Dinamarca, Suecia, Arabia Saudí o Indonesia. Es especialmente reseñable el caso de Argentina. Aunque acumula notables retrasos y sobrecostes, su reactor SMR CAREM ya está en fase de construcción.
Así será el SMR de GE-Hitachi BWRX-300.
SMR terrestres refrigerados por agua
Existen 25 diseños de SMR convencionales de agua ligera (PWR de agua a presión o BWR de agua en ebullición) o de agua pesada (PHWR), que utilizan combustibles habituales y adecuados para reemplazar centrales de combustibles fósiles o para la generación distribuida. Pueden disponer de un solo módulo o de múltiples, haciendo escalables las instalaciones. Son los que tendrán un despliegue comercial más rápido por motivos obvios: ya disponemos de la tecnología y una amplia experiencia en su operación, así que el proceso de licenciamiento por parte de los reguladores nucleares nacionales será más rápido.
El primer SMR licenciado por la NRC, el regulador nuclear estadounidense, es el de NuScale (77 MWe), que ya cotiza en bolsa con la muy bien escogido código de «SMR». La empresa ya dispone de preacuerdos en en EEUU para diversos centros de datos (24 unidades) y varios países europeos, entre ellos Polonia, para sustituir a calderas de centrales de carbón, reciclando el resto de las instalaciones. GE-Hitachi tiene en fase de licenciamiento por la NRC su BWRX-300 de 300 MWe y acuerdos para construir 2 unidades en Estonia, 4 en Canadá y nada menos que 24 unidades en Polonia (sumando 7200 MWe).
Dentro de los más destacados de esta categoría se encuentra el SMR de Rolls-Royce (con unos atípicos 470 MWe), en fase de licenciamiento en el Reino Unido. Y finalmente, Westinghouse también tiene su AP300 de 300 MWe en fase de licenciamiento y ha firmado en enero de 2024 un acuerdo con una empresa privada británica para construir 2 unidades. El desembarco de estas grandes compañías en el mercado de los SMR supone un claro síntoma de que esto va totalmente en serio. No en vano, la propia Westinghouse ha sido comprada recientemente por Cameco, el gigante productor de uranio de Canadá, y un fondo de inversión en renovables de Estados Unidos.
SMR marinos refrigerados por agua
Un total de 8 diseños de SMR instalados en plataformas flotantes, tanto para la propulsión naval como para el suministro de electricidad y calor, están en fases de funcionamiento y desarrollo. Rusia dispone desde 1959 de una importante flota de barcos comerciales nucleares. En la actualidad, consta de 8 rompehielos y un carguero activos, así como 2 rompehielos más en su fase final de construcción y otros más en proyecto. Además, Rusia dispone de la primera central nuclear flotante y el primer SMR que entró operación comercial del mundo. Desde 2020, el Akademik Lomnosov (con 2 reactores KLT-40S con una capacidad total 77 MWe) proporciona electricidad y calor para calefacción y procesos industriales en Pavek, en el ártico. Rosatom tiene previsto construir 4 centrales nucleares flotantes de 100 MWe cada una y 60 años de vida de diseño con su nuevo reactor RITM-200M.
El buque Akademik Lomonosov.
SMR de alta temperatura refrigerados por gas
Nada menos 17 diseños de SMR de alta temperatura refrigerados por gas (HTGR), incluyendo el HTR-PM chino que ya está operando comercialmente desde 2023. Las temperaturas mayores de 750ºC permiten una generación de electricidad más eficiente, además de aplicaciones industriales y cogeneración. Concretamente, el HTR-PM no funciona con combustible sólido instalado en la vasija del reactor, sino con un lecho de bolas llamadas TRISO.
Son unas esferas del tamaño de una bola de billar que contienen microesferas de 1 milímetro que contienen óxido de uranio. En le reactor se está produciendo una carga y descarga continua de bolas TRISO. Las agotadas se desechan, el resto vuelven al núcleo. El reactor está refrigerado por helio a una presión de 70 kg/cm^2^, que entra a 250ºC y sale a 750ºC. El combustible resiste 1800 ºC. Los dos reactores gemelos aportan una potencia total 210 MWe a la red. China planea construir cuatro reactores HTR-PM600S de mayor potencia en una de las mayores refinerías del mundo, cada uno de 650 MWe.
SMR de neutrones rápidos
También se están desarrollando 8 diseños que utilizan neutrones rápidos (sin usar un moderador para causar nuevas fisiones, como es el agua en los PWR y BWR) con refrigerantes que podríamos calificar de exóticos, como el sodio, el plomo o el helio. Son reactores de IV Generación, capaces de reciclar residuos radiactivos. Rusia está construyendo desde 2021 el BREST-OD-300, un reactor de neutrones rápidos de 300 MWe enfriado con plomo, en Seversk. La operación comercial esta programada para finales de 2026. Rusia ya dispone de un reactor de neutrones rápidos de IV Generación refrigerado por sodio, el BN-800 de 800 MWe de potencia, en operación comercial desde 2016.
SMR de sales fundidas
Otro grupo dentro de los SMR está formado por 13 diseños de MSR (Molten Salt Reactor), que también son diseños de reactores de IV Generación. Seguridad mejorada, refrigerante de baja presión y monofásico, sin necesidad de gran contención, alta temperatura, alta eficiencia y combustible flexible, entre el que se incluyen los residuos radiactivos. Moltex, con participación española de Idom (inversión e ingeniería) tiene previsto construir su primer reactor de 300 MWe en Canadá y terminarlo antes de que termine la presente década. Reciclará el combustible usado de otros reactores.
Micro SMR
Y finalmente existen 12 diseños de microrreactores de hasta 10 MWe (ampliables) especializados de electricidad y calor de distrito en regiones remotas, minería, industrias y pesquerías que durante décadas han sido abastecidas por generadores diésel. Uno de los más destacados es el eVinci de Westinghouse, que está en fase de licenciamiento por la NRC estadounidense. Tendrá una potencia de 5 MW eléctricos (MWe) y 13 MW térmicos (MWt), recargará el combustible cada 8 años y no necesitará agua para refrigerarse ni para mover la turbina.
En su lugar, usa un ingenioso sistema muy similar al de los motores de reacción en los aviones, un ciclo Brayton abierto. Se capta el aire del ambiente, se aumenta la presión con un compresor, el reactor lo calienta (de esta forma el propio reactor se refrigera) y el aire resultante impulsa la turbina. También está en fase de licenciamiento el reactor Aurora de Oklo, que inicialmente tenía 1,5 MWe, pero que podría alcanzar los 30 MWe, operando 20 años seguidos con una sola carga, reciclando residuos y también sin necesidad de refrigerarse con agua.
Conclusión
En definitiva, la energía nuclear tiene un enorme potencial para contribuir a las cero emisiones netas. Para ello, es necesario alargar la vida útil de los reactores actuales hasta los 80 años (siempre que el regulador nuclear garantice su seguridad), continuar construyendo grandes reactores y apostar por los pequeños reactores modulares.
El amplio rango de temperaturas de los SMR permitirá, no solo producir energía eléctrica constante y baja en emisiones allá donde se necesite, sino múltiples usos adicionales, como calefacción de distrito, desalinización del agua del mar, manufactura de papel, producción de metanol, refinado de petróleo, producción por electrólisis y termoquímica de hidrógeno, gasificación del carbón o fabricación de acero en altos hornos.
Canadá dispone de siete emplazamientos donde tiene previsto instalar diferentes tecnologías de SMR, hemos visto que Polonia tiene varios preacuerdos y en Estados Unidos, el Departamento de Energía (DOE) dice que cientos de centrales de carbón se pueden reciclar (80%, unos 250 GW) y reconvertirse en centrales nucleares sustituyendo sus calderas por SMR.
En España, aunque no tenemos un diseño propio de SMR y el Gobierno pretende cerrar los 7 reactores nucleares actuales, que proporcionan el 20% de la energía eléctrica que consumimos, un total de 20 entidades han creado un grupo de trabajo para unirse a la carrera de los SMR. Entre ellas están las mayores eléctricas (Endesa e Iberdrola), empresas de ingeniería (Idom o Tecnatom, actualmente Westinghouse), universidades politécnicas (Madrid, Barcelona, Valencia) y empresas públicas del sector nuclear (ENSA, ENUSA).
Alfredo García es un divulgador sobre energía nuclear, conocido como @OperadorNuclear en las redes sociales, y posee licencia de supervisor en la central nuclear de Ascó.
Muy interesante el estudio estimado. Me gustaría continuar recibiendo información al respecto de Energía Nuclear. Desde Argentina, un saludo.
Lokiz
19/02/2024
Gran artículo de divulgación sobre tecnología nuclear. Lástima que quede empañado con cuñas propagandísticas que no vienen a cuento con el tema aparente del artículo, datos sesgados, incompletos que pueden inducir a llegar a conclusiones erróneas en materia de estrategia energética. Como acostumbra el Sr. García, por otra parte. Como rezaba más o menos un reciente artículo de este mismo medio, crecen los apoyos a la nuclear en todo el mundo, pero los números dicen lo contrario. La propaganda pro-nuclear siempre da por hecho lo que dice que se va a hacer, pero a la hora de la verdad pasan los años y casi nada de lo que afirma se materializa. Realizar la transición con renovables incluso apoyadas por almacenamiento no es ni más caro ni más costoso que hacerlo con nuclear, y no hay más que ver los costes, tendencias en el coste y tiempos de construcción de unas y otras tecnologías. El origen del gas de Alemania era ruso, sí, pero igual de ruso que gran parte del combustible nuclear que empleamos en Europa; de hecho, hemos sancionado a Gazprom, pero no hemos podido permitirnos sancionar a Rosatom, única gran empresa energética rusa con ese privilegio a pesar de la guerra de Ucrania. Es irónico que el Parlamento europeo incluyera el gas en sus finanzas sostenibles, pero también lo es que incluyera a la nuclear. El parlamento no incluyo ni a una ni a otra por un exhaustivo informe científico, sino por una ajustada votación (el Parlamento vota para defender lo que cree son los intereses de los ciudadanos que representa por sufragio directo, no decide en base a artículos científicos), y desde luego que lo hizo por presiones de las dos mayores economías europeas: el gas por Alemania y la nuclear por Francia; decisión pragmática en la que ninguno de los dos países dejó mucha elección. Independientemente que fuera una decisión acertada o no, lo cierto es que no se hizo como una apuesta de futuro en ninguno de los dos casos, sino de transición y por un número limitado de años. Sinceramente me ha parecido muy interesante la enumeración de todas las tecnologías SMR actualmente en desarrollo, pero hasta que estén comercialmente a la venta y se conozcan sus precios y especificaciones finales, no se pueden juzgar. En mi opinión son particularmente interesantes los de sales fundidas por la posibilidad de ubicarlos en zonas remotas y sin agua, y los de neutrones rápidos por su prometedora y real posibilidad "recicladora"; creo que son los dos tipos que más futuro pueden tener, porque sospecho que el precio de los SMR va a ser más elevado aún por MW que los reactores actuales, y sólo estos dos tipos van a poder justificar estos sobrecostes. Lo más curioso es las cuñas en la conclusión: que el autor opine que se deben ampliar los reactores actuales hasta los 80 años y construir nuevos reactores convencionales, no sé que tiene que ver con el artículo que entiendo pretendía describir el estado de la ciencia de los SMRs. Y luego el socorrido "el gobierno pretende cerrar los 7 reactores actuales"; Sr García, quienes pretenden cerrar los 7 reactores actuales son sus dueños, porque para extender su vida útil dicen que primero hay que sentarse a hablar con el gobierno de dinero. Yo igual también quiero comprarme un Ferrari si antes me siento a hablar con el Gobierno de dinero. Es posible que el Gobierno quiera cerrarlos, pero como bien sabe, lo que ha hecho es ampliar la vida de todos los reactores entre 4 y 6 años; si su prioridad hubiera sido cerrarlos, lo podría haber hecho en el 40 cumpleaños de cada uno de ellos, y Almaraz I ya estaría cerrado. Hace no mucho hubo otro gobierno que llevó en campaña mantener abierta Garoña, ganó, facilitó que así fuera, y no pudo evitar que sus dueños la cerraran dos años antes de tiempo: No importa mucho lo que quiera un gobierno de España para sus nucleares; son sus dueños los que extienden su vida o las cierran, o al menos así ha sido hasta ahora. Extender la vida de los reactores actuales hasta 80 años, puede ser posible manteniendo las estrictas medidas de seguridad, pero que algo sea posible no significa que sea viable: cuanto más antigua es una instalación y más una obra de arte ingenieril como es una central nuclear, más dinero requiere en mantenimiento; casi nadie cambia de coche porque se le estropee el motor, que podría aguantar 400000 km; la gente cambia el coche con el motor a mitad de su vida útil porque ve que en breve tiene que arreglar un bollo, el embrague, un elevalunas, el tubo de escape y le toca cambiar ruedas; y no sabe qué vendrá después, por lo que no le sale rentable. En mi opinión, la energía nuclear tiene un papel indiscutible en la transición energética. Sin embargo, dudo que tenga un papel más que marginal a futuro viendo que existen a día de hoy tecnologías más baratas, sencillas, rentables y que siguen bajando de precio. Sí que espero de corazón que en un futuro cercano se lleguen a desarrollar los reactores de neutrones rápidos para que podamos minimizar el problema de los residuos de alta actividad, lo cual sí supondría un futuro para la energía nuclear a mayor plazo.
Bismar
20/02/2024
saludos desde Patagonia Argentina, soy Bismar, Profesor de Secundaria. muy buena explicación, y un excelente camino para comenzar a trabajar en la continuidad de la Energía Atómica como fuente primaria de electricidad y calor
Miguel
21/02/2024
Estimado lokiz, me ha hecho gracia lo que gas dicho de "Es posible que el Gobierno quiera cerrarlos". Eso no tiene ningún tipo de discusión. Tanto Teresa Ribera, ministra del Miteco como Cristina Narbona, presidenta del PSOE, son reconocidas antinucleares que siempre han tenido entre ceja y ceja cerrar las centrales nucleares en España, siendo uno de sus objetivos prioritarios, y ellas mismas así lo han reconocido muchas veces. bien sea por miedos, fobias o estrategia política. Uno de los motivos por el que Teresa Ribera está de ministra al cargo de energía es porque es antinuclear, sino la quitarían del cargo. Mantener los 7 reactores nucleares actuales de España es importante para España para tener una electricidad estable y barata durante los próximos 15 años para las industrias, sin necesidad de grandes inversiones desesperadas en almacenamiento, que obviamente cuyos costes recaerán en los consumidores vía ayudas o subvenciones o sobreprecios en la factura o ciudadanos vía impuestos, algo que se oculta porque en el fondo el coste de generación de la electricidad no es algo que a esas dos personas les importe mucho, aunque la industria española las sufra y se vaya deslocalizado. Teresa Ribera ya ha dicho claramente que no tiene intención de sentarse con las dueñas de las centrales nucleares a negociar una ampliación de su vida, y eso que es la responsable de energía del país. Mientras tanto, veremos las ayudas que se van a ir dando a hidrógeno, baterías, centrales de bombeo, centrales solar termoeléctricas, eólica marina y otras soluciones, por no hablar de las subvenciones al 50% del autoconsumo.
No sabemos lo que piden exactamente las centrales nucleares para continuar funcionando, porque Teresa Ribera se opone tajantemente a reunirse con ellos. Algo absurdo para la representante del Gobierno en materia de energía.
Todas los que hacen inversiones en generación eléctrica quieren hablar de dinero en las negociaciones para garantizar su rentabilidad. eso lo han hecho y harán siempre. De hecho, las plantas fotovoltaicas van a pedir en breve ayudas o precios fijos para una electricidad que puede ser que no se consuma por haber en exceso y no encontrar comprador. La solar termoeléctrica, pide subastas con un precio alto establecido. la eólica marina mas de lo mismo. El almacenamiento, más de lo mismo..
No se sabe con exactitud el éxito que tendrán los SMR en un futuro, pues están en fase de diseño y prototipos. Aún les queda 10 años.. Lo que sí es cierto es que hay países que van a necesitar nuclear si o si y van s hacer grandes esfuerzos por desarrollarlos.
Lokiz
22/02/2024
Hola Miguel: Sí, era una forma de hablar; creo que el actual gobierno no es partidario de las centrales nucleares, pero no creo que cerrarlas sea su máxima prioridad, sino no hubiera ampliado la vida de todos los reactores entre 4 y 6 años en 2019.; si fuera por la potestad del gobierno, podría no haber negociado esta ampliación y Almaraz I por ejemplo ya llevaría meses cerrada cuando aún le quedan casi cuatro años de vida. El gobierno de Rajoy en cambio era favorable a la energía nuclear y no pudo evitar que Garoña cerrara dos años antes de tiempo por voluntad de sus dueños: La voluntad de las eléctricas y las condiciones económicas del periodo son las que deciden. Por supuesto que todos los que invierten en energía negocian, pero para negociar tienes que tener algo que ofrecer, no sólo pedir; ahora las nucleares tendrían que negociar el cierre de Almaraz I y II, y tienen poco que ofrecer y mucho que pedir, por lo que el gobierno no les va a llamar a hablar. Dice que Ribera no tiene intención de sentarse con ellos... si las eléctricas le piden formalmente una reunión, la concederán (si es que no se ha producido ya en secreto porque a nadie le conviene que se airee), pero es que no la piden porque no tienen nada para negociar; en este momento esos dos reactores son perfectamente prescindibles, y para mantenerlos tienen que pedir dinero, y ellos lo saben; si meten tanto ruido es para allanar el camino a la verdadera negociación, que será dentro de 3 o 4 años para Asco I, donde es muy posible que sí que tengan algo que ofrecer y puedan sacar algo. No diga que no sabemos exactamente lo qué piden las nucleares: piden más dinero público que no va a mejorar el precio de la tecnología sino mantener su subsistencia, que se destinará a empresas privadas, con el que mejorarán sus resultados artificialmente y en gran parte drenarán a empresas extranjeras. Habiendo alternativas que mejoran todos estos aspectos, no hay ningún motivo para negociar. Respecto a las ayudas que vendrán, pues lo del H2, sigo sin comprenderlo muy bien; no me salen las cuentas. Las baterías estáticas empiezan a ser rentables; serán inversiones estatales menores, y el bombeo creo que está bien que se invierta, ya que pasa a ser un patrimonio cuya mayor inversión, que es la obra civil, es duradera y pasa a ser patrimonio del Estado, y va a ser útil se continúe con la política de renovables o se de un giro a otras tecnologías dentro de 20 años. En termoeléctrica no se ha construido ni una planta desde 2013 a pesar de tener toda la tecnología nacional;, y la eólica marina va muy retrasada respecto a otros países; estas dos tecnologías están sufriendo el mismo problema que la nuclear: son demasiado caras respecto a otras alternativas. No se sabe exactamente el éxito que tendrán los SMR, de acuerdo; igual dentro de 10 años presentan precios competitivos y son una alternativa más a tener en cuenta; ahora bien: Los que parecen más materializados, sólo tienen de SMR que son más pequeños; por mi experiencia en la industria, creo personalmente que no se dan las condiciones para beneficiarse de una producción en serie; son prácticamente reactores convencionales más pequeños. NuScale sería la excepción, pero no parece que esté saliendo muy rentable porque los primeros proyectos que tenían más avanzados en USA de han echado para atrás por el precio. En la otra cara de la moneda, tenemos que dos multinacionales españolas están construyendo la planta de almacenamiento de baterías más grande del mundo en Chile, 1 GW 4GWh. Eso es una realidad, está sucediendo y lo paga una empresa minera a la que le sale rentable, no es para dentro de 10 o 20 años. El crecimiento de las gigafábricas de baterías (que si reúnen las condiciones de beneficiarse de la producción en serie), va a abaratarlas año tras año, si no entre en escena alguna tecnología disruptiva que directamente tire el precio. Sobre que hay países que van a necesitar nuclear sí o sí, eso también es cierto. Pero no son tantos y no es el caso de España.
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Francisco Albero ARG
19/02/2024