La energía eólica, solar, geotérmica, hidráulica, y de las olas… Las fuentes renovables son un pilar fundamental de cualquier plan para descarbonizar las industrias de generación de energía del mundo y eliminar el uso de combustibles fósiles. Pero por muchas razones como la intermitencia, la dependencia de la naturaleza, las necesidades de suelo y otras, no pueden hacerlo solas.
Para eliminar por completo los gases de efecto invernadero de los sectores energéticos del mundo, es necesario que exista una forma barata y escalable de energía con cero emisiones que pueda producir energía de forma fiable las 24 horas del día y los 365 días del año. Y mucho mejor si puede aumentar y disminuir rápidamente su producción para ayudar a la red eléctrica a hacer frente a los picos de carga y a las interrupciones del suministro de energía renovable. El mejor candidato para desempeñar este papel es la energía nuclear de última generación.
Aunque nadie quiere que su patio trasero se convierta en sinónimo de Chernóbil o Fukushima, la energía nuclear es una de las formas más seguras de generar energía. Mientras que el carbón y la energía derivada del petróleo causan 24,6 y 18,4 víctimas mortales por teravatio de energía suministrada, la energía nuclear sólo ha causado 0,07, y eso incluye los desastres de gran repercusión que han dado lugar a su mancillada reputación.
Teniendo en cuenta el número de víctimas previsto para un aumento de la temperatura de 2 °C -entre 300 y 3.000 millones de muertes prematuras repartidas en uno o dos siglos-, la cuarta generación de energía nuclear vuelve a estar en el punto de mira, y con muchas décadas de desarrollo, modelización avanzada y tecnología de materiales a su favor, es probable que mejore su ya excelente historial de seguridad.
Una iniciativa prometedora, respaldada por fuertes inversiones privadas y por el Departamento de Energía de Estados Unidos, es la colaboración entre Terrapower de Bill Gates y GE Hitachi Nuclear Energy. Natrium (sodio en latín) tiene la oportunidad de demostrar su “reactor rápido de sodio, competitivo en costes, con un sistema de almacenamiento de energía en sales fundidas” a una escala comercial adecuada gracias, en parte, a una subvención del Departamento de Energía de 80 millones de dólares anunciada en octubre.
Figura 1. El reactor rápido de sodio está diseñado para funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, con una capacidad máxima de 345 MWe.
La planta de demostración de Natrium estará plenamente operativa y conectada a la red eléctrica en una ubicación aún desconocida a mediados o finales de la década actual. Su reactor de neutrones rápidos utilizará sodio líquido de alta temperatura como refrigerante para el reactor en lugar de agua.
Una de las principales ventajas del sodio es el enorme rango de temperaturas de 785 grados entre su estado sólido y gaseoso; el agua sólo ofrece un rango de 100 Kelvin, por lo que necesita ser presurizada para poder manejar mayores cantidades de energía térmica. Los altos niveles de presión pueden tener consecuencias explosivas, y también aumentan en gran medida el coste de la planta, ya que los componentes de alta presión de tipo nuclear no son baratos.
El sodio líquido transferirá una cantidad impresionante de calor fuera del reactor a presiones atmosféricas normales, con la ventaja añadida de que no se disociará en hidrógeno y oxígeno, por lo que las explosiones de hidrógeno al estilo de Fukushima están descartadas. Además, no es corrosivo, lo que evita un problema que pone en duda los reactores de sales fundidas.
Como muchos de los reactores nucleares de nueva generación que se están desarrollando, el diseño de Natrium utilizará uranio de alto y bajo enriquecimiento (High-Assay, Low Enriched Uranium, HALEU) como combustible nuclear. Mientras que el uranio natural sale de la tierra con un 0,7% del isótopo U-235 que se divide para generar energía nuclear, y el combustible tradicional de los reactores nucleares de uranio poco enriquecido (Low Enriched Uranium, LEU) se enriquece mediante procesos centrífugos o difusión de gas para contener entre un 3 y un 5% de U-235, el HALEU se enriquece aún más, entre un 5 y un 20%. En comparación, las armas nucleares necesitan uranio enriquecido a más del 90%.
El combustible HALEU puede producirse reprocesando el combustible gastado de las centrales nucleares tradicionales, y su mayor grado mejora el rendimiento y la eficiencia del reactor hasta el punto de permitir que los reactores avanzados sean mucho más pequeños que las plantas con uranio poco enriquecido. Natrium afirma que debería ser cuatro veces más eficiente en cuanto a combustible que los reactores de agua ligera.
Desde el punto de vista de la seguridad
En cuanto a la seguridad, las barras de control caerán por sí solas debido a la gravedad en caso de apagón, y la circulación natural del aire funcionará como refrigeración de emergencia. Gracias al diseño de sodio líquido, la central no necesita un enorme escudo de contención como los reactores de agua ligera, y el diseño sitúa el reactor bajo tierra, lo que aumenta de nuevo el factor de seguridad y reduce los costes.
La central de Natrium está diseñada para funcionar al 100%, 24 horas al día y 7 días a la semana, con una producción constante de 345 MWe en forma de calor. Este calor se transfiere al exterior a través del sistema de refrigeración de sodio líquido y se traslada a un sistema de almacenamiento de energía térmica en sales fundidas, similar al que se ha probado en muchas plantas de energía solar directa de todo el mundo. En el otro extremo de este sistema de almacenamiento hay un conjunto de turbinas de vapor que pueden tomar esa energía constante y generar suficiente electricidad para abastecer a unos 225.000 hogares.
Figura 2. El almacenamiento de energía térmica en sales fundidas que lleva el generador de Natrium permite almacenar diez veces más energía bajo demanda que los mayores proyectos de baterías a escala de red del planeta
Y aquí es donde el diseño de Natrium tiene una enorme fuerza adicional; ese sistema de almacenamiento significa que la planta de Natrium puede reaccionar a los picos de demanda o a las caídas intermitentes del suministro de energía renovable aprovechando ese calor almacenado y aumentando sus turbinas hasta el 150% de la potencia nominal del reactor, bombeando 500 MWe durante 5,5 horas o más.
Esto representa casi un gigavatio-hora de almacenamiento de energía extra a la demanda; mucho más que incluso los mayores proyectos de baterías a escala de red que se están desarrollando. Se trata de una ventaja enorme, sobre todo en el contexto de la descarbonización, en el que los sistemas reactivos a la carga como éste desempeñarán un papel fundamental de apoyo a las fuentes de energía renovables en los picos y valles de sus ciclos de generación menos predecibles.
La financiación de la planta de demostración del DoE es obviamente una excelente noticia para Natrium, que ahora consigue desarrollar y probar sus capacidades antes de pasar a desplegar plantas similares a escala, que serán significativamente más grandes y más eficientes. También es una especie de revancha para Terrapower, que estaba preparando la construcción de un reactor nuclear experimental en las afueras de Pekín para probar y demostrar su tecnología independiente de generadores del tipo “Traveling Wave”, cuando las sanciones del Gobierno de Estados Unidos sobre los acuerdos tecnológicos con China le obligaron a abandonar el proyecto en 2019.
Si todo sale bien, el diseño de Natrium promete ser rápido de construir y poner en marcha, y utilizar mucho menos hormigón para fines nucleares que los diseños tradicionales, un factor enorme para mantener el coste bajo y reducir la “prima verde” de la energía sin contaminantes. ¿Ayudarán estos diseños a devolver algo de brillo a la energía nuclear? Las oportunidades para estas empresas serán enormes a medida que se reduzcan los combustibles fósiles. El tiempo lo dirá.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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