2024-10-23Las empresas tecnológicas quieren reactores nucleares pequeños. Así es como funcionarían
Science News |Amazon y Google anunciaron acuerdos con empresas que construyen pequeños reactores modulares.Para alimentar el insaciable apetito energético de la inteligencia artificial, las empresas tecnológicas están apostando a lo grande por los pequeños reactores nucleares.
La semana pasada, tanto Google como Amazon anunciaron acuerdos con empresas que están desarrollando pequeños reactores modulares. Estos reactores producirían menos energía que los actuales y muchos diseños incluyen distintos tipos de combustible o refrigerantes, además de características de seguridad adicionales.
Los anuncios han aumentado el interés por los reactores modulares pequeños, que han atraído cada vez más atención en los últimos años, dada la necesidad de energía limpia que no contribuya al cambio climático. Han surgido diversas empresas para satisfacer la necesidad, y han elaborado una cornucopia de propuestas de diseños para reactores modulares pequeños.
“Si se combina la necesidad de energía resiliente con la necesidad de energía limpia y la creciente disponibilidad de estos diseños, se obtiene un gran aumento en el interés”, dice la ingeniera nuclear Kathryn Huff de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Mientras tanto, el gobierno de Estados Unidos ha estado apoyando el desarrollo de pequeños reactores modulares, alimentando aún más el interés.
¿Qué nos depara el futuro para esta nueva generación de energía nuclear? Analizamos las grandes preguntas sobre cómo y por qué los reactores nucleares se están volviendo cada vez más pequeños.
¿Qué son los pequeños reactores modulares?
Los reactores comerciales en Estados Unidos suelen producir alrededor de mil millones de vatios de energía eléctrica. Los reactores modulares pequeños producirían menos de un tercio de esa cantidad.
Las centrales nucleares tradicionales requieren una inversión inicial masiva, un obstáculo que ha paralizado la construcción de nuevos reactores en Estados Unidos durante décadas. Los primeros reactores de nueva construcción construidos en el país en 30 años (dos en Waynesboro, Georgia, que entraron en funcionamiento en 2023 y 2024) costaron alrededor de 30.000 millones de dólares. La construcción se retrasó varios años y superó en miles de millones el presupuesto.
Al optar por reactores más pequeños, las empresas y los responsables políticos pretenden impulsar la proliferación de la energía nuclear, que se promociona como una fuente de energía confiable y libre de emisiones de gases de efecto invernadero.
Además, como los reactores más pequeños producen menos energía, se necesita eliminar menos calor residual para apagar el reactor de forma segura en caso de accidente, lo que simplifica los sistemas de seguridad.
Según Huff, con reactores más pequeños es más fácil construir componentes fuera de la fábrica y enviarlos a donde se necesitan, en lugar de fabricarlos a medida con materias primas in situ. “Cuanto más se puedan construir estos reactores como si fueran aviones en lugar de aeropuertos, más barato será en general”.
¿Qué es lo que alimenta el interés en estos reactores?
En Estados Unidos, la energía nuclear cuenta actualmente con el apoyo tanto de los demócratas como de los republicanos, una situación inusual que ha permitido que el sector prospere, incluso en momentos en que los poderes políticos cambian. “En los últimos 10 años, ha habido un apoyo bastante constante y creciente, y creo que es algo muy importante”, dice el ingeniero nuclear Todd Allen, de la Universidad de Michigan. La energía nuclear es un pilar del plan de la administración Biden para alcanzar los objetivos climáticos.
Mientras tanto, la insaciable necesidad de energía de la IA ha creado un problema para las empresas tecnológicas que no quieren ser vistas como las malas del cambio climático (SN: 11/12/23). Google anunció el 14 de octubre que compraría energía de pequeños reactores modulares que construirá Kairos Power, que tiene como objetivo que los reactores comiencen a funcionar en la década de 2030. Y el 16 de octubre, Amazon anunció una inversión en la empresa X-energy y acuerdos con empresas de servicios públicos en el estado de Virginia y Washington para establecer pequeños reactores modulares.
Y no son solo las grandes tecnológicas las que están interesadas. Un acuerdo para 2023 entre X-Energy y la empresa química Dow anunció la construcción de un pequeño reactor modular en una de las instalaciones de Dow.
El Departamento de Energía de Estados Unidos ha estado financiando el desarrollo de pequeños reactores modulares. El 16 de octubre, el DOE anunció una financiación de 900 millones de dólares para la implementación de pequeños reactores modulares. Y tanto X-Energy como TerraPower, respaldada por Bill Gates, están construyendo proyectos de demostración con el apoyo del DOE.
Las plantas nucleares tradicionales seguirán desempeñando un papel en el futuro previsible. El 20 de septiembre, Microsoft anunció un acuerdo para reiniciar la planta de energía de Three Mile Island cerca de Middletown, Pensilvania, que cerró en 2019. (Sí, esa Three Mile Island. Después de la infame fusión parcial de 1979 , otro reactor de la planta siguió funcionando (SN: 4/7/79)).
“Las empresas que tradicionalmente evitaban mencionar la energía nuclear como parte de su cartera, porque les preocupaban las percepciones del público y las posibles repercusiones políticas, están dando un paso adelante y adoptándola”, dice el ingeniero nuclear Koroush Shirvan del MIT.
¿En qué se diferencia la tecnología de los reactores actuales?
Los reactores nucleares comerciales de Estados Unidos suelen utilizar el mismo tipo de combustible de uranio y se enfrían con agua, pero muchos diseños de reactores modulares pequeños rompen ese esquema.
El uranio que se utiliza en los reactores se enriquece para incluir más de la variedad o isótopo relevante del uranio, el U-235. Los reactores actuales utilizan uranio enriquecido hasta un pequeño porcentaje de U-235. Muchos reactores modulares pequeños utilizarían uranio enriquecido hasta un 20 por ciento de U-235, conocido como uranio poco enriquecido de alto ensayo o HALEU (SN: 7/3/24). El combustible permite que los reactores modulares pequeños funcionen de manera más eficiente que un reactor con combustible convencional. Estados Unidos no produce HALEU comercialmente en cantidades significativas, pero se han comenzado a intensificar los esfuerzos, en previsión de la necesidad.
Algunos reactores también utilizan combustibles que son diferentes en aspectos más obvios. X-energy y Kairos, por ejemplo, utilizarán combustible TRISO: gránulos de uranio encapsulados del tamaño de una semilla de amapola contenidos en esferas más grandes de material, cada una del tamaño de una pelota de tenis. El combustible es “extremadamente resistente a temperaturas muy altas durante períodos muy prolongados”, dice Huff. “Te da una capa adicional de defensa”.
Algunos diseños de reactores modulares pequeños utilizan tipos avanzados de combustible, como TRISO, pequeñas partículas de uranio rodeadas por múltiples capas de encapsulación (mostrada). Laboratorio Nacional de Idaho
El refrigerante, el medio utilizado para transferir calor desde el reactor a la parte de generación de energía de la planta, también es una elección crucial. TerraPower utiliza sodio líquido, Kairos utiliza sal de fluoruro fundida y X-energy utiliza gas helio. Diferentes refrigerantes pueden tener ventajas como una mayor eficiencia de transferencia de calor o la eliminación de la necesidad de recipientes presurizados.
Los diseños también incorporan características de seguridad que no requieren intervención humana para activarse, lo que ayuda a garantizar que el reactor pueda apagarse de forma segura en caso de emergencia. Aprovechan principios físicos simples, por ejemplo, recurriendo a la gravedad, las diferencias de presión o la convección natural del refrigerante líquido para enfriar el núcleo.
¿Que sigue?
El concepto de pequeños reactores modulares existe desde hace muchos años, pero los intentos anteriores no han dado resultado. Incluso los esfuerzos más recientes han fracasado. La empresa de reactores NuScale iba a producir los primeros reactores modulares pequeños comerciales en Estados Unidos, como parte de un proyecto en Idaho, pero el proyecto se canceló en 2023 después de que los costos se dispararan.
Ahora, con las grandes empresas tecnológicas sumándose a la idea, los defensores tienen la esperanza de que los pequeños reactores modulares puedan ponerse en marcha pronto.
“Se puede ver que el impulso está cobrando impulso”, dice Allen. “No significa que vayamos a tener una nueva versión comercial este año, pero también hay muchas más cosas sucediendo que parecen reales de las que hemos visto en el campo nuclear en mucho tiempo”.
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Emily Conover
Emily Conover, escritora de física, tiene un doctorado en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.
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