Si hablamos de fuentes de energía polémicas, la nuclear quizás encabece la lista. Por una parte, algunos expertos aducen argumentos sólidos para señalarla como una energía limpia, en cambio, otros prefieren mostrarse en contra. Conocer a profundidad sobre la energía nuclear es clave, ya que en el futuro se prevé que todas (o la mayoría) de las naciones hagan usos de fuentes alternativas de energía.
En Futuro Eléctrico nos adentramos en el controversial mundo de la energía nuclear y te mostramos qué es realmente, sus ventajas, desventajas, cómo obtenerla; así como los argumentos a favor y en contra de catalogarla como una energía renovable. ¿Logrará la energía nuclear la aprobación en los consensos energéticos por venir?
Tabla de contenidos
¿Qué es la energía nuclear?
La energía nuclear es la energía que se libera como consecuencia de las reacciones nucleares. En este proceso se genera grandes cantidades de calor que son utilizadas para para producir vapor a presión y, de esta forma, obtener energía mecánica para accionar generadores de energía eléctrica.
En la energía nuclear está de manifiesto la teoría de Albert Einstein, E=mc2 (energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado). Esto se debe a que en la energía nuclear los átomos experimentan una ligera pérdida de masa, que se convierte en una gran cantidad de energía calorífica. ¡De acuerdo a lo que descubrió Einstein hace muchos años!
¿Cómo se obtiene la energía nuclear?
Existen dos tipos tipos principales de reacciones nucleares: fisión nuclear y fusión nuclear.
La fisión nuclear es un proceso donde los núcleos de los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar núcleos más pequeños. Para ello, el núcleo es bombardeado con cargas de neutrones.
En la mayoría de los casos, se producen más núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones, es decir, se desata una reacción en cadena. ¿Qué es lo que sucede cuando hay esta interacción? ¡En solo segundos, el número de núcleos que se han fisionado libera una energía 106 veces mayor que la obtenida con otras fuentes de energía o al quemar un bloque de carbón!
La fisión nuclear fue descubierta en 1939 por Otto Hahn y Fritz Strassman. Actualmente, es uno de los métodos más tradicionales —y el único aprobado— para obtener la energía nuclear.
Por su parte, en la fusión nuclear los átomos se fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. De hecho, así es como el Sol produce energía. El problema con este método es que no ha sido aprobado su uso en las centrales nucleares.
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Se trata de un proceso que está en investigación, inició en 1950 y aún se sigue buscando una forma efectiva de controlarlo. Este proyecto recibe el nombre de International Thermonuclear Experimental Reactor y no hay evidencia de que la fusión nuclear sea un proceso seguro y viable.
Origen de la energía nuclear
Durante 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con neutrones más de 60 elementos, la idea surgió luego de que en años anteriores se descubriera las radiaciones alfa, gamma y beta, el núcleo atómico y el neutrino. En ese experimento de la década de los 30 se usó por primera vez el uranio y se logró la primera fisión nuclear artificial.
En 1938, Otto Hahn, Líse Meitner y Fritz Strassman empezaron a experimentar de manera más formal con la energía nuclear. Este grupo llegó a la conclusión, un año más tarde, de que los productos que aparecían al llevar a cabo estos procedimientos eran resultado de la división de los núcleos del uranio.
En 1942, en la Universidad de Chicago, un equipo dirigido por el físico italiano Enrico Ferrní obtiene una deslumbrante reacción en cadena. Es en esta fecha cuando encuentran el plutonio y, motivados por la Segunda Guerra Mundial, empiezan los ensayos para construir un artefacto explosivo nuclear.
Posteriormente, en 1946 se construyó el primer reactor de neutrones rápidos con plutonio como combustible y mercurio como refrigerante. El primer reactor rápido con el que se consiguió generar electricidad data de 1951. En la historia de la energía nuclear se menciona que la primera planta nuclear entró en funcionamiento en 1954. El reactor rápido de mayor potencia construido hasta el momento es el Super Fénix o SPX en 1996.
Características de la energía nuclear
- Las plantas o centrales nucleares ocupan muy poco espacio, además de que fácilmente permiten que a su alrededor se realicen otro tipo de actividades. Algunas de ellas pueden ser la agricultura, la ganadería e, incluso, el turismo.
- Al no depender de factores ambientales, como la energía solar o la energía eólica, se considera que la energía nuclear es estable en el tiempo. Se estima que se puede generar todos los días del año sin ningún inconveniente.
- El costo de la energía nuclear es relativamente bajo, debido a que una planta tiene un tiempo de vida útil de 50 años.
- La principal característica de la energía nuclear es que se produce principalmente del uranio. Técnicamente se puede realizar con cualquier tipo de moléculas y átomos, pero es con el uranio donde se pueden separar fácilmente los átomos. Este se obtiene del mineral uraninita.
- La energía de este tipo se caracteriza por ser de alta calidad, aunque algunos señalan que la complejidad en su producción no merece la pena.
Tipos de energía nuclear
La energía nuclear puede darse en procesos naturales y por la intervención del hombre, pero la esencia sigue siendo la misma. Por eso, cuando se habla de tipos de energía nuclear en realidad se hace referencia a los tipos de reactores que se emplean para su obtención. En ese sentido, el 90 % de las centrales emplean los reactores de agua a presión (Pressurized Water Reactor, PWR) y los de agua en ebullición (Boiling Water Reactor, BWR).
Los primeros se sitúan primordialmente en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón. En este tipo de reactor el agua actúa como refrigerante y moderador del reactor. El agua que circula por el circuito primario está en estado líquido y en una presión muy alta, para evitar que se forme vapor dentro del mismo hay un elemento llamado presionador. El vapor que sale de la turbina es necesario condensarlo para su retorno al ciclo de agua-vapor.
En el caso de los Boiling Water Reactor, están diseñados para que el agua hierva a su paso por el reactor. De la vasija del reactor sale directamente el vapor que se dirige a la turbina. Es decir, este tipo de reactores no tienen circuitos secundarios agua-vapor, es esa la principal diferencia con respecto a los Pressurized Water Reactor. Este tipo de centrales se hallan en Estados Unidos, Suecia, Alemania y Japón.
Por otro lado, existen los denominados reactores térmicos y reactores rápidos. Los térmicos emplean moderadores, donde los neutrones más rápidos incrementan la proporción de átomos fisibles. Estos moderadores pueden ser agua ligera, agua pesada o grafito. Los reactores rápidos son donde se genera una reacción en cadena de fisión sostenida por los neutrones rápidos. De esta forma, no necesitan moderar la velocidad de los electrones.
Cómo funciona la energía nuclear
El funcionamiento de la energía nuclear es bastante simple y hasta comparable con otros tipos de fuentes de energías renovables. De esta forma, se transforma la energía térmica liberada en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica empleada para distintos fines. Su funcionamiento puede resultar muy sencillo de entender, pero su complejidad radica en los componentes que se emplean.
De esta manera, algunos de los elementos que participan en el funcionamiento de la energía nuclear son los siguientes:
- Presionador: Se mantiene en equilibrio la fase líquida y la fase vapor en condiciones de saturación.
- Vasija del reactor: Es donde se aloja el reactor nuclear.
- Combustible: Usualmente se emplea dióxido de uranio enriquecido. Es el material donde tienen lugar las reacciones de la fisión.
- Barras de control: Barras de indio-cadmio o carburo de boro que actúan como absorbentes de neutrones.
- Generadores de vapor: Son intercambiadores de calor.
- Edificio de contención: Evita la fuga de productos contaminantes al exterior.
- Turbina: Aquí llega el vapor de agua proveniente de los generadores de vapor.
- Alternador: Produce electricidad.
- Transformador: Eleva la tensión de la electricidad.
- Agua de refrigeración: Se utiliza para licuar el vapor de agua en el condensador.
- Blindaje: Evita que los neutrones del reactor se escapen al exterior.
- Condensador: Es por donde circula el agua de refrigeración.
- Edificio de contención: Es la estructura que hace posible que la radioactividad no se libere al exterior.
Ventajas y desventajas de la energía nuclear
Los pros y contras de la energía nuclear están siendo muy bien analizados alrededor del mundo. Por ser tan controversial y tener tantos detractores, es lógico que miles de expertos hablen de los beneficios y consecuencias de la energía nuclear. ¿Realmente vale la pena su uso?
Ventajas de la energía nuclear
- Es continua: Esto favorece la planificación eléctrica, en base a la cantidad de kilovatios por hora (kWh) que se puedan obtener. Asimismo, reduce la volatilidad de los precios y se puede establecer un buen margen de ganancia.
- Otro de los beneficios de la energía nuclear es que reduciría el uso de combustibles fósiles. En la actualidad, se gastan más recursos de los que existen, por lo que en un futuro o escasearán totalmente o serán inaccesibles para gran parte de la población.
- La energía nuclear emplea poca materia prima y se pueden obtener grandísimas cantidades de energía. Lo mejor es que todo esto se puede hacer desde una sola central, ahora imagina la capacidad que tienen varias centrales.
- Es prácticamente inagotable. Las reservas de uranio actuales tienen la capacidad de aguantar su explotación por miles de años. Incluso algunos expertos señalan que debería ser clasificada como renovable.
- Las centrales nucleares no generan gases de efecto invernadero.
- Está en constante investigación y se prevé que en el futuro se puedan encontrar su aplicación en distintos campos, sobre todo en medicina.
- Favorece la creación de empleo directo e indirecto.
Desventajas de la energía nuclear
- La principal desventaja de la energía nuclear son los desechos radioactivos que pueden ser contaminantes del medioambiente. De acuerdo a la Comisión Europea, estos desechos se pueden clasificar en Residuos nucleares de transición (aquellos que se desintegran durante el período de almacenamiento temporal), Residuos nucleares de baja y media actividad (generan energía térmica baja durante su evacuación) y Residuos nucleares de alta actividad (alta concentración de radionucleidos).
- El mantenimiento y generación de la energía nuclear es bajo, pero la construcción de las centrales tiene un alto valor monetario. Por ejemplo, las últimas plantas construidas en Finlandia, Estados Unidos, Reino Unido y Francia han costado entre 5,3 y más de 10 millones de Euros por MW instalado.
- En caso de que fallen los sistemas de contención durante la fisión nuclear, el resultado sería una explosión radioactiva casi imposible de contener. También es posible que las personas tomen decisiones equivocadas, tal como sucedió en Chernóbil.
- No todos los países tienen minas de uranio, así que solo unos territorios serían los favorecidos y otros tendrían que depender de la importación.
- Uno de los riesgos de la energía nuclear es que las centrales pueden ser blanco de ataques terroristas.
- Pueden tener un uso en la industria militar o puede ser empleado para que grandes potencias diseñen armas de similares a la bomba nuclear de la Segunda Guerra Mundial.
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Importancia de la energía nuclear
Las preocupaciones con respecto a los contaminantes del ambiente, las emisiones de gases y el calentamiento global han hecho que la energía nuclear sea importante para tratar de frenar estos males que ponen en peligro la supervivencia de la humanidad en la Tierra. En ese sentido, su uso sería ideal porque podría generar toda la energía que necesita la Unión Europea (UE), por ejemplo, o una cuarta parte de la electricidad total que necesita el mundo.
También la energía nuclear será clave para el desarrollo industrial de la humanidad, ya que su aplicación en distintas industrias puede resultar revolucionaria. De hecho, países como México, que cuenta con dos reactores nucleares con capacidad de 1604 MW, apuestan por su uso para este beneficio.
La energía nuclear no solo es importante para la generación de energía eléctrica, sino que su desarrollo podría tener incidencia en campos como la medicina nuclear. Actualmente, se pretende capturar los rayos gamma emitidos desde un cuerpo para poder obtener radiografías e impresiones.
Asimismo, la importancia de la energía nuclear radica en los beneficios económicos que puede traer consigo. Aquellas naciones que logren sustituir su sistema por esta forma de obtención de energía, serán conocidos como líderes. También una gran escalada en los precios del uranio tendrá un efecto relativamente pequeño, ya que un kilo de uranio natural rendirá 20 000 veces más que la misma cantidad de carbón.
Se espera que dentro de algunos años, la importancia de la energía nuclear sea mucho mayor. Para ello, países como Rumanía, Polonia, Reino Unido y los Emiratos Árabes se encuentran trabajando en avances. Lo que se pretende es que los reactores sean más pequeños y seguros, que el combustible resista altas temperaturas sin fundirse y que se avance en la fabricación de diseños en 3D.
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Ejemplos de la energía nuclear
- Centrales nucleares de energía eléctrica: Es el ejemplo más común, ya que es la forma más tradicional de cómo se utiliza esta energía.
- Armas nucleares y otras aplicaciones militares: La bomba atómica es la muestra más famosa de cómo se puede aplicar la energía nuclear. Pero en general la industria militar y armamentística puede sacar partido, al usarla para la propulsión y explosión de aviones.
- Buques y submarinos con propulsión nuclear: En este caso las embarcaciones navieras son equipadas con un reactor nuclear. También se emplea en buques de guerra propulsión nuclear naval.
- Automóviles nucleares: Se espera que en el futuro dejen de ser un sueño y pasen a ser una realidad. Este diseño no es precisamente nuevo, en la década de 1958 Ford Motor Company diseñó un vehículo de este tipo.
- Pila atómica: Otro de los ejemplos de la energía nuclear es para crear un dispositivo capaz de usar las emisiones de un isótopo radiactivo para generar electricidad.
- Conservación de los alimentos: Este es el uso más debatido, quienes están a favor sostienen que el tiempo de vida de los alimentos se puede extender, pero quienes se oponen argumentan que puede ser dañino para la salud.
- Misiones espaciales: Mediante la fisión nuclear se puede utilizar la energía del plutonio-238 para generar calor o electricidad que será empleada en las sondas espaciales.
- Potabilización del agua: El calor que se genera en los reactores nucleares se podría utilizar para la desalinización del agua marina. El inconveniente es que todavía no se puede aplicar con facilidad.
- Para producir hidrógeno verde: Bloom Energy en un acuerdo con el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) anunciaron que probarán el uso de energía nuclear para crear hidrógeno limpio a través de un electrolizador de óxido sólido.
¿La energía nuclear es renovable o no renovable?
Argumentos a favor de la energía nuclear
Los argumentos sobre si la energía nuclear es limpia o renovable son bastante aceptados porque se consideran consistentes. En ese sentido, se cree que es limpia porque no se ha encontrado evidencia sólida sobre los contaminantes que pudiese liberar en el aire. También, se ha llegado a comentar que tiene una pequeña huella física en el mundo, en otras palabras, un reactor nuclear solo utiliza alrededor de 5,3 hectáreas de espacio terrestre por megavatio.
De igual forma, los expertos aseguran que existen más yacimientos de uranio si se compara con el combustible fósil. Señalan que estos recursos son prácticamente infinitos y que, en caso de que se agoten, sería dentro de miles de años, cuando la humanidad haya conseguido otra forma de generar energía. Sin embargo, este punto no es totalmente aceptado, porque el uranio técnicamente es un elemento químico no renovable.
No obstante, en la Ministerial de Energía Limpia (CEM, por sus siglas en inglés) del 2019, la Unión Europea junto con 26 naciones incluyeron la energía nuclear como una fuente limpia y renovable. Asimismo, el Instituto de Tecnología de Massachusetts, en asociación con Idaho National Lab y la Universidad de Wisconsin han apoyado esta decisión y agregan que la misma es de uso esencial.
En el Paquete de Energía Limpia de la UE se recomienda la construcción de más de 100 centrales antes del 2050. Hay que mencionar que en el 2020 Joint Research Centre (JRC), en nota de prensa del Foro Nuclear, sostuvo que la energía nuclear no causa más daño a la salud humana o al medio ambiente que cualquier otra tecnología de generación eléctrica que se considere sostenible.
Los que dicen que no
En contraposición, un estudio del instituto de investigación económica DIW Berlin afirma que esta no es una solución de energía limpia a tener en cuenta a la hora de hacer frente al cambio climático. Señalan que la energía nuclear no es rentable en el tiempo, además de que una central puede presentar daños luego de 30 años, haciendo que sea propensa a un accidente devastador.
Estos expertos también argumentan que la energía nuclear no fue concebida en principio por el tema de la electricidad o por el agotamiento de los recursos fósiles, sino para crear armas nucleares. Quienes dicen no a la energía nuclear, aseguran que podría ser utilizada para otros fines en el futuro que pongan en riesgo la vida de miles de personas.
En este estudio, advierten que la media de emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales nucleares es de 66 gramos de CO2 equivalente por kWh. Esto es semejante al 20 % de las emisiones de una central eléctrica de gas.
Por su parte, organizaciones como Greenpeace fijan su posición al decir que aunque pase a ser la fuente principal de energía, tan solo se lograría un 6 % de reducción de las emisiones de carbono. Añaden que, paradójicamente, las centrales necesitan energía eléctrica para funcionar, que emite altas cantidades de CO2 al ambiente.
Los adversarios de la energía nuclear esperan que paulatinamente quede en desuso. De hecho, por los gases contaminantes que desprenden países como Francia esperan que estas centrales queden descontinuadas de aquí al 2025. En su lugar, apuestan por la energía geotérmica o la energía de fusión.
Palabras finales
Sin duda, toda la información sobre la energía nuclear genera arduos debates, pero mientras no se llega a un consenso se sigue apostando por ella con futuristas proyectos. Uno de ellos es el Natrium, un innovador reactor nuclear, presentado por parte del fundador de Microsoft Bill Gates y el inversor multimillonario Warren Buffett.
Por su parte, Rusia, por ejemplo, está construyendo una central nuclear de 300 MW, con la cual prometen agitar la tecnología nuclear. Rusia anunció que funcionará con combustible mixto de uranio-nitruro de plutonio y afirman que esta fuente es prácticamente inagotable. ¿Y tú? ¿Estás a favor o en contra de la energía nuclear? ¡Déjanos un comentario!