La energía nuclear ha sido una fuente de energía controvertida desde sus inicios, en la década de 1950. Hay pros y contras del uso de la energía nuclear que deben sopesarse a medida que planificamos las necesidades energéticas futuras.
Por: JUAN SZABO y LUIS PACHECO
Por un lado, las centrales nucleares generan electricidad sin emitir gases de efecto invernadero (GEI), como las plantas de combustibles fósiles. Por otro lado, las preocupaciones por la seguridad y los desechos radiactivos han limitado el crecimiento de la energía nuclear a nivel mundial.
La historia de la energía nuclear comienza a finales del siglo XIX con el descubrimiento de la radiactividad por parte de Henry Becquerel físico francés, en 1896. Comienza así la física nuclear, que busca entender las propiedades de los núcleos atómicos.
En 1905, el físico alemán Albert Einstein publicó su revolucionaria teoría de la relatividad especial. Esto sentó las bases de la famosa ecuación E=m.c2, que propuso en un artículo posterior ese mismo año. Esta ecuación muestra que masa y energía son intercambiables: una pequeña cantidad de masa se puede convertir en una inmensa cantidad de energía, la base teórica para las posibilidades de la energía nuclear.
En 1932, James Chadwick, físico británico, descubrió el neutrón, lo que reveló el potencial de la fisión nuclear: dividir los núcleos atómicos para liberar enormes cantidades de energía. De 1939 en adelante, las teorías de Einstein ayudaron a inspirar a otros científicos a comenzar a explorar las reacciones nucleares en cadena. Esta investigación condujo finalmente al desarrollo de reactores nucleares y bombas atómicas durante el Proyecto Manhattan en la década de los 40.
Después de la Segunda Guerra Mundial, la atención se centró en las aplicaciones civiles de la fisión nuclear. En 1954, la central nuclear de Óbninsk, en la URSS, produjo por primera vez electricidad para uso comercial a partir de un reactor nuclear. Apenas tres años después, se inauguró la planta Calder Hall en el Reino Unido como la primera central nuclear a gran escala que alimenta una red eléctrica pública.
Durante las décadas de 1960 y 1970 se construyeron rápidamente reactores nucleares en todo el mundo, especialmente en Estados Unidos, Canadá, Reino Unido, Francia y Japón.
La energía nuclear se consideraba una fuente abundante de electricidad constante y fiable para satisfacer la creciente demanda. Sin embargo, algunos accidentes importantes, en particular la fusión de Three Mile Island en 1979 en Estados Unidos, comenzaron a hacer tambalear la confianza del público en la seguridad nuclear. Esta preocupación aumentó exponencialmente después del desastre de Chernóbil en la Ucrania soviética en 1986, todavía considerado el peor accidente nuclear de la historia.
En la década de los 90, el crecimiento de la energía nuclear se desaceleró sustancialmente en muchos países debido a factores económicos y la oposición pública. Pero la tecnología nuclear siguió avanzando y los nuevos diseños de reactores se centraron en la eficiencia y la seguridad.
Bases de la energía nuclear
La energía nuclear se basa en el proceso de fisión nuclear: los átomos se dividen para liberar enormes cantidades de energía. Esto ocurre dentro del núcleo del reactor, que contiene barras de combustible de Uranio-235 sumergidas en agua. Los átomos de uranio se dividen cuando son bombardeados por neutrones. Estos neutrones chocan con otros átomos de U-235, provocando que se divida en una reacción en cadena. Cada fisión libera 200 MeV (1 MeV = 106 eV = 1.6 x 10-13 Joules) de energía -no es mucho, pero claro, las partículas elementales son bastante pequeñas. La energía calórica así generada se utiliza para calentar el agua y convertirla en vapor, que hace girar un turbogenerador para producir electricidad. Después de pasar por la turbina, el vapor se condensa nuevamente en agua y se recicla a través de la planta.
La reacción en cadena está vigilada por barras de control, que absorben el exceso de neutrones. El agua que circula alrededor del núcleo también regula la temperatura. En caso de parada, todas las barras de control caen completamente dentro del núcleo para detener la fisión. El calor restante se elimina mediante circulación de refrigerante.
La principal ventaja de la energía nuclear es su capacidad para generar grandes cantidades de electricidad continua de forma fiable. Las centrales nucleares no dependen de fuentes variables como el viento o la luz solar, lo que les otorga factores de capacidad del 90% o más. Esto significa que pueden funcionar las 24 horas del día de manera constante y casi a plena potencia.
Por el contrario, las fuentes renovables como la solar y la eólica solo pueden generar electricidad entre el 10% y el 30% del tiempo. La energía nuclear también es extremadamente densa: la cantidad de electricidad producida a partir de una determinada cantidad de combustible es mucho mayor que la de cualquier otra fuente. Por ejemplo, una pastilla de uranio del tamaño de una goma de borrar puede producir tanta energía como 149 galones de petróleo. Con suministros finitos de combustibles fósiles, el uranio proporciona una solución energética a largo plazo más sostenible.
El riesgo de accidentes es muy bajo y los diseños de reactores modernos cuentan con múltiples sistemas de seguridad. Las tasas de mortalidad por accidentes de energía nuclear son órdenes de magnitud más bajas que las muertes por carbón, gas natural, energía hidroeléctrica e incluso energía solar y eólica (por unidad de electricidad generada).
El lado negativo es que la disposición de residuos nucleares sigue siendo un desafío. Las barras de combustible usadas contienen isótopos radiactivos con vidas medias largas, que requieren aislamiento durante miles de años. Ningún país ha establecido todavía un depósito permanente para estos desechos.
Los protocolos actuales implican un almacenamiento in situ durante años, que luego son enterrados a gran profundidad. Los críticos argumentan que esto es simplemente pasarles el problema a las generaciones futuras. Una mayor investigación sobre ciclos de combustible reutilizables y reactores reproductores podría ayudar a mitigar el problema de los residuos a largo plazo.
La proliferación nuclear es otra preocupación común: que un mayor acceso a la tecnología nuclear pueda conducir al desarrollo de armas nucleares. Sin embargo, los reactores modernos tienen salvaguardias incorporadas, como combustible de uranio poco enriquecido, que hace que desviar material para armas sea casi imposible; aunque estas salvaguardias no son insalvables.
Los altos costos iniciales de la construcción de plantas nucleares también limitan su adopción, ya que una planta puede costar entre 5.000 y 9.000 millones de dólares. Sin embargo, una vez construidos, tienen bajos costos de combustible y operación y tienen una vida útil de 40 a 60 años. Los incentivos políticos como garantías de préstamos y créditos fiscales han tenido como objetivo facilitar la financiación. Algunos diseños de reactores de próxima generación también están diseñados para ser más pequeños y económicos.
La energía nuclear suministra hoy alrededor del 10% de la electricidad mundial, encabezada por Estados Unidos, Francia y una creciente plantilla nuclear en China. Sin embargo, el desastre nuclear de Fukushima en 2011, tras un tsunami en Japón, recordó al mundo los riesgos que corren si las cosas salen mal.
El uso de la energía nuclear sigue siendo controvertido. Sin embargo, todavía genera enormes cantidades de electricidad libre de carbono en muchos países. Ante el aumento de la preocupación por el cambio climático, algunos consideran que la energía nuclear está regresando gracias a su papel como fuente estable de energía limpia.
En términos de impacto ambiental, la energía nuclear tiene ventajas y desventajas frente a los combustibles fósiles. No emite gases de efecto invernadero, pero la extracción y el enriquecimiento de uranio sí requieren energía. Las centrales nucleares también utilizan grandes cantidades de agua para enfriar. Sin embargo, los nuevos reactores pueden reutilizar y reciclar el agua para reducir el consumo. En general, la energía nuclear tiene una huella hídrica y terrestre mucho menor que alternativas como el carbón o el gas natural.
De acuerdo con la Agencia Internacional de la Energía (AIE), La energía nuclear, con alrededor de 413 gigavatios (GW) de capacidad operativa en 32 países, contribuye a la mitigación del cambio climático al evitar 1,5 giga toneladas (Gt) de emisiones globales y ciento ochenta mil millones de metros cúbicos (bcm) de demanda global de gas al año.
En resumen, la energía nuclear es una cuestión compleja con argumentos razonados por ambas partes. La energía atómica suministra electricidad abundante y confiable, sin emisiones de carbono. Pero los desafíos en torno al desperdicio, la seguridad, los costos y la proliferación de armas siguen siendo obstáculos. Como ocurre con la mayoría de los problemas, existen compensaciones.
Pero la tecnología nuclear continúa mejorando y la mayoría de los expertos coinciden en que la energía nuclear deberá desempeñar algún papel en un futuro energético libre de carbono. ¿Cuál será ese equilibrio? Sigue siendo una cuestión abierta.
Cualquier estrategia energética inteligente a largo plazo probablemente implicará una combinación diversa de fuentes de generación, incluida la nueva energía nuclear, para garantizar la asequibilidad, la confiabilidad y la sostenibilidad, mientras trabajamos hacia una sociedad con neto cero emisiones de CO₂.