Cómo funciona la energía nuclear
La energía nuclear es la energía del núcleo de un átomo. Los átomos son partículas diminutas que componen todos los objetos del universo. Hay una enorme energía en los enlaces que mantienen unidos a los átomos. La energía nuclear puede utilizarse para producir electricidad. Pero primero hay que liberar la energía. Se puede liberar de los átomos de dos maneras: fusión nuclear y fisión nuclear. En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los átomos se combinan o fusionan para formar un átomo mayor. Así es como el sol produce energía. En la fisión nuclear, los átomos se separan para formar átomos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para producir electricidad.
Las reacciones nucleares implican cambios en el núcleo de un átomo y, por tanto, provocan un cambio en el propio átomo. A diferencia de las reacciones químicas normales que forman moléculas, las reacciones nucleares dan lugar a la transmutación de un elemento en un isótopo diferente o en un elemento totalmente distinto. Hay dos tipos de reacciones nucleares. La primera es la desintegración radiactiva de los enlaces dentro del núcleo que emiten radiación al decaer o transformarse en un estado más estable. La segunda son las reacciones del tipo “bola de billar”, en las que el núcleo o una partícula nuclear (como un protón) es golpeado por otro núcleo o partícula nuclear.
Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear
La energía nuclear es la segunda fuente de electricidad baja en carbono en la actualidad, con 452 reactores en funcionamiento que proporcionaron 2700 TWh de electricidad en 2018, o el 10% del suministro mundial de electricidad.En las economías avanzadas, la energía nuclear ha sido durante mucho tiempo la mayor fuente de electricidad baja en carbono, proporcionando el 18% del suministro en 2018. Sin embargo, la energía nuclear está perdiendo terreno rápidamente. Mientras que 11,2 GW de nueva capacidad nuclear se conectaron a las redes eléctricas a nivel mundial en 2018 -el total más alto desde 1990- estas adiciones se concentraron en China y Rusia.
La energía nuclear ha evitado alrededor de 55 Gt de emisiones de CO2 en los últimos 50 años, casi igual a 2 años de emisiones globales de CO2 relacionadas con la energía. Sin embargo, a pesar de la contribución de la energía nuclear y el rápido crecimiento de las energías renovables, las emisiones de CO2 relacionadas con la energía alcanzaron un récord en 2018, ya que el crecimiento de la demanda de electricidad superó el aumento de la energía baja en carbono.
En ausencia de nuevas ampliaciones de la vida útil y de nuevos proyectos, podrían producirse 4.000 millones de toneladas adicionales de emisiones de CO2, lo que subraya la importancia del parque nuclear para las transiciones energéticas bajas en carbono en todo el mundo. En las economías emergentes y en desarrollo, sobre todo en China, el parque nuclear proporcionará electricidad con bajas emisiones de carbono durante las próximas décadas, pero el parque nuclear de las economías avanzadas tiene una edad media de 35 años y muchas centrales se acercan al final de su vida útil. Sin embargo, el parque nuclear de las economías avanzadas tiene una media de 35 años y muchas centrales se acercan al final de su vida útil. Dada su antigüedad, las centrales están empezando a cerrar, y se espera que el 25% de la capacidad nuclear existente en las economías avanzadas se cierre para 2025. No obstante, siguen representando una importante inversión de capital. El coste estimado de ampliar la vida operativa de 1 GW de capacidad nuclear durante al menos 10 años oscila entre 500 millones de dólares y algo más de 1.000 millones de dólares, dependiendo del estado del emplazamiento.Sin embargo, las difíciles condiciones del mercado son un obstáculo para las inversiones de ampliación de la vida útil. Un periodo prolongado de precios bajos de la electricidad al por mayor en la mayoría de las economías avanzadas ha reducido drásticamente o eliminado los márgenes de muchas tecnologías, lo que hace que la energía nuclear corra el riesgo de cerrar antes de tiempo si se necesitan inversiones adicionales. Por ello, la viabilidad de las ampliaciones depende en gran medida de las condiciones del mercado nacional.
Datos sobre la energía nuclear
La energía nuclear es el uso de reacciones nucleares para producir electricidad. La energía nuclear puede obtenerse a partir de reacciones de fisión nuclear, desintegración nuclear y fusión nuclear. En la actualidad, la mayor parte de la electricidad procedente de la energía nuclear se produce mediante la fisión nuclear del uranio y el plutonio en las centrales nucleares. Los procesos de desintegración nuclear se utilizan en aplicaciones nicho como los generadores termoeléctricos de radioisótopos en algunas sondas espaciales como la Voyager 2. La generación de electricidad a partir de la energía de fusión sigue siendo el centro de la investigación internacional.
La mayoría de las centrales eléctricas utilizan reactores térmicos con uranio enriquecido en un ciclo de combustible de un solo uso. El combustible se retira cuando el porcentaje de átomos que absorben neutrones es tan grande que ya no se puede mantener una reacción en cadena, normalmente 3 años. A continuación, se enfría durante varios años en las piscinas de combustible gastado in situ antes de ser trasladado al almacenamiento a largo plazo. El combustible gastado, aunque de bajo volumen, es un residuo radiactivo de alto nivel. Aunque su radiactividad disminuye exponencialmente, debe ser aislado de la biosfera durante cientos de miles de años, aunque las nuevas tecnologías (como los reactores rápidos) tienen el potencial de reducirlo significativamente. Dado que el combustible gastado sigue siendo en su mayor parte material fisionable, algunos países (por ejemplo, Francia y Rusia) reprocesan su combustible gastado extrayendo elementos fisionables y fértiles para su fabricación en un nuevo combustible, aunque este proceso es más caro que la producción de un nuevo combustible a partir de uranio extraído. Todos los reactores producen algo de plutonio-239, que se encuentra en el combustible gastado, y como el Pu-239 es el material preferido para las armas nucleares, el reprocesamiento se considera un riesgo de proliferación.
Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear
Desde sus inicios a principios de la década de 1950, la industria de la energía nuclear y las instituciones gubernamentales que la apoyan y regulan han llevado la generación nuclear a una posición que sólo es superada por el carbón como fuente de electricidad en Estados Unidos. A finales de 1990, Estados Unidos contaba con 111 centrales nucleares comerciales con licencia para operar, con una capacidad combinada de unos 99.000 megavatios eléctricos.
Sin embargo, la expansión de la energía nuclear comercial se ha detenido prácticamente en Estados Unidos. No se ha encargado ninguna central nuclear nueva desde 1978, se han cancelado decenas de centrales encargadas anteriormente y se ha aplazado la construcción de al menos siete centrales parcialmente terminadas. La preocupación por mantener la opción de la energía nuclear llevó al Comité de Asignaciones del Senado a solicitar en 1988 a la Academia Nacional de Ciencias que analizara las alternativas tecnológicas e institucionales que preservaran la opción de la fisión nuclear en Estados Unidos.
Una de las premisas del informe del Senado que dirigía este estudio es “que la fisión nuclear sigue siendo una opción importante para satisfacer nuestras necesidades de energía eléctrica y mantener una política energética nacional equilibrada”. No se pidió al Comité que examinara esta premisa, y no lo hizo. El Comité estaba formado por miembros con opiniones muy variadas sobre la conveniencia de la energía nuclear. No obstante, todos los miembros abordaron el encargo del Comité desde la perspectiva de lo que sería necesario si queremos mantener la energía nuclear como opción para satisfacer las necesidades de energía eléctrica de EE.UU., sin intentar alcanzar un consenso sobre si debe mantenerse o no. Las conclusiones y recomendaciones del Comité deben leerse en este contexto. Las recomendaciones del Comité se identifican con letra negrita y cursiva.