TerraPower es una empresa estadounidense de ingeniería de diseño y desarrollo de reactores nucleares con sede en Bellevue, Washington . TerraPower está desarrollando una clase de reactores nucleares rápidos denominados reactores de ondas viajeras (TWR). [1]
El TWR coloca un pequeño núcleo de combustible enriquecido en el centro de una masa mucho mayor de material no fisible, en este caso uranio empobrecido . Los neutrones de la fisión en el núcleo " generan " nuevo material fisible en la masa circundante, produciendo plutonio-239 . Con el tiempo, se genera suficiente combustible en el área que rodea al núcleo para que pueda experimentar fisión, enviando neutrones a más profundidad en la masa y continuando el proceso mientras el núcleo original expira. A lo largo de un período de décadas, la reacción se mueve desde el núcleo del reactor hacia el exterior, por lo que se produce una "onda viajera".
En septiembre de 2015, TerraPower firmó un acuerdo con la estatal China National Nuclear Corporation para construir un prototipo de unidad de reactor de 600 MWe en Xiapu en la provincia de Fujian , China , de 2018 a 2025. [2] Se planearon plantas de energía comerciales, que generarían alrededor de 1150 MWe, para fines de la década de 2020. [3] Sin embargo, en enero de 2019 se anunció que el proyecto había sido abandonado debido a las limitaciones de transferencia de tecnología impuestas por la administración Trump . [4]
En octubre de 2020, el Departamento de Energía de los Estados Unidos eligió a la empresa como beneficiaria de una subvención equivalente por un total de entre 400 y 4.000 millones de dólares durante los siguientes 5 a 7 años para construir un reactor de demostración utilizando su diseño "Natrium". Natrium utiliza sodio líquido como refrigerante (lo que reduce el coste mediante un circuito primario a presión ambiente). Luego transfiere ese calor a sal fundida, que se puede almacenar en tanques y utilizar para generar vapor a demanda, lo que permite que el reactor funcione de forma continua a potencia constante, al tiempo que permite la generación de electricidad despachable . [5]
TerraPower está financiada en parte por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) y el Laboratorio Nacional de Los Álamos . [6] Uno de los principales inversores de TerraPower es Bill Gates (a través de Cascade Investment ). Otros son Charles River Ventures y Khosla Ventures , que supuestamente invirtieron 35 millones de dólares en 2010. TerraPower está dirigida por el director ejecutivo Chris Levesque. En diciembre de 2011, Reliance Industries de la India compró una participación minoritaria a través de una de sus filiales y su presidente Mukesh Ambani se unió a la junta. Otros participantes de TerraPower incluyen [7] científicos e ingenieros del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , la Instalación de Pruebas Fast Flux , Microsoft y varias universidades, así como directivos de Siemens , Areva NP , el proyecto ITER , Ango Systems Corporation y el DOE.
SK Group acordó invertir 250 millones de dólares en 2022. La ronda fue codirigida por SK Inc. y SK Innovation y Gates. El DOE otorgó a TerraPower financiación de costos compartidos a través del Programa de Demostración de Reactores Avanzados (ARDP) para probar, licenciar y construir un reactor avanzado en un plazo de siete años.
TerraPower seleccionó a Kemmerer, Wyoming, como el sitio para un reactor de sodio de 345 MWe que utiliza un sistema de almacenamiento de energía de sal fundida . El reactor puede aumentar temporalmente la producción a 500 MWe, lo que permite que la planta se integre con recursos renovables. [8] En junio de 2024, se inició la construcción del sitio, comenzando la preparación para el reactor aún no aprobado. [9] Se estima que costará $4 mil millones, con el DOE cubriendo la mitad de ese costo y Gates aportando $1 mil millones de su dinero. [10]
Los objetivos de la empresa incluyen: [11]
TerraPower eligió los reactores de ondas viajeras (TWR) como su tecnología principal. Su principal beneficio es la alta utilización de combustible que no requiere reprocesamiento nuclear y podría eliminar la necesidad de enriquecer uranio. [12] Los TWR están diseñados para convertir nucleidos fértiles típicamente no fisionables ( U-238 ) en nucleidos fisionables ( Pu-239 ) in situ y luego trasladar la producción de energía de la región "quemada" a la región "reproducida". Esto permite los beneficios de un ciclo de combustible cerrado sin el gasto y el riesgo de proliferación de las plantas de enriquecimiento/reprocesamiento. Se podría incluir en el reactor suficiente combustible para entre 40 y 60 años de operación durante la fabricación. El reactor podría instalarse bajo tierra, donde podría funcionar durante unos 100 años. [13] TerraPower describió el diseño de su reactor como un diseño de Generación IV . [14]
Al utilizar uranio empobrecido como combustible, el nuevo tipo de reactor podría reducir las reservas de uranio empobrecido. [15] TerraPower señala que Estados Unidos alberga 700.000 toneladas métricas de uranio empobrecido y que 320 toneladas métricas podrían abastecer a 100 millones de hogares durante un año. [16] Los informes afirman que la alta eficiencia de combustible de TWR, combinada con la capacidad de utilizar uranio recuperado de agua de río o de mar, significa que hay suficiente combustible disponible para generar electricidad para 10 mil millones de personas en los niveles de consumo per cápita de Estados Unidos en escalas de tiempo de un millón de años. [17]
El diseño del TWR todavía se encuentra en investigación y desarrollo . El marco conceptual fue simulado por supercomputadoras con evidencia empírica de viabilidad teórica. El 6 de noviembre de 2009, los ejecutivos de TerraPower y Bill Gates visitaron las fábricas de Toshiba en Yokohama y Keihin en Japón , y concluyeron un acuerdo de confidencialidad con ellas el 1 de diciembre. [18] [19] [20] Toshiba había desarrollado un reactor ultracompacto, el 4S , que podría funcionar durante 30 años sin manipulación de combustible y generar 10 megavatios. [20] [21] [22] Algunas de las tecnologías 4S se consideran transferibles a los TWR. [19]
En octubre de 2015, se informó que la empresa estaba investigando un diseño de reactor de sal fundida con Southern Company como alternativa tecnológica. [23] [24] En febrero de 2022, se anunció que las dos empresas habían acordado construir un reactor de sal de espectro rápido de demostración en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL). [25] En 2023, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció un proyecto para construir un reactor de prueba que utiliza combustible altamente enriquecido (HEU) que contiene hasta un 90%235
U , contradiciendo el proyecto a largo plazo del país de eliminar el HEU de todos los reactores. [26]
Natrium combina un reactor de sodio fundido con un sistema de almacenamiento de energía de sal fundida de 1 GWh . El sodio ofrece un rango de temperatura de 785 Kelvin entre sus estados sólido y gaseoso, casi 8 veces el rango de 100 Kelvin del agua. Sin requerir una presurización costosa y riesgosa, el sodio puede absorber grandes cantidades de calor. No corre el riesgo de descomponerse a altas temperaturas como lo hace el agua. Natrium utiliza principalmente aceros inoxidables austeníticos para los componentes en contacto con sodio fundido, debido a la naturaleza de los componentes involucrados, se forma una capa protectora de óxido en los aceros en presencia del sodio, lo que inhibe una mayor corrosión. [27] Se han implementado sistemas de monitoreo de corrosión que utilizan pruebas ultrasónicas para detectar cualquier problema potencial. El mantenimiento y las inspecciones regulares ayudan a identificar y abordar los problemas de corrosión antes de que se vuelvan significativos.
El uranio de bajo enriquecimiento y alto enriquecimiento ( HALEU ) se utiliza como combustible para el reactor. El HALEU se enriquece para contener entre un 5 y un 20 por ciento de uranio, que se puede producir a partir del combustible gastado. Se espera que las plantas sean más pequeñas y cuatro veces más eficientes que las plantas convencionales. Las barras de control de sodio descienden utilizando únicamente la gravedad en caso de daño o falla del equipo. La potencia de salida es constante de 345 MWe. La planta está diseñada para funcionar al 100 por ciento de su potencia, las 24 horas del día, los 7 días de la semana. El sistema de almacenamiento está diseñado para funcionar en conjunto con fuentes de energía intermitentes, respondiendo a sus picos y caídas. Puede producir el 150 por ciento de la potencia de salida nominal, o 500 MWe durante 5,5 horas. [28]
En junio de 2021, TerraPower y PacifiCorp (de Warren Buffett ) anunciaron planes para construir un reactor de sodio conjunto. [29] Cuatro ciudades de Wyoming afectadas por el cierre de plantas de energía de combustibles fósiles estaban bajo consideración para el reactor de demostración: Gillette , Kemmerer , Glenrock y Rock Springs, Wyoming . [30] PacificCorp opera en Wyoming como Rocky Mountain Power y tiene una planta de energía de carbón en cada una de las ubicaciones candidatas. [31] Se anunció el 16 de noviembre de 2021 que Kemmerer había sido seleccionado. La ceremonia inaugural se llevó a cabo el 10 de junio de 2024. [32] La central eléctrica está diseñada para constar de 2 partes adyacentes: una "isla energética" y una " isla nuclear ". Está previsto que la construcción de una "isla nuclear" comience en 2026. [32] La planta de energía comercial podría estar operativa en 2030. [33] [34]
El DOE dividirá el costo total de construcción de cada planta con la industria privada. Cada proyecto recibe $ 80 millones este año y podría recibir un total de entre $ 400 millones y $ 4 mil millones en fondos durante los próximos 5 a 7 años. ... En lugar de agua, el reactor de sodio de 345 megavatios de TerraPower, Inc. y GE Hitachi usaría sodio metálico fundido como refrigerante. Debido a que el sodio tiene una temperatura de ebullición mucho más alta que el agua, el refrigerante no tendría que presurizarse, lo que reduciría la complejidad y el costo de la planta. El sodio transferiría su calor a la sal fundida, que luego podría fluir directamente a un generador de vapor o a un tanque de almacenamiento, para ser retenido para generar vapor y electricidad más tarde. ... Debido a que el refrigerante de sodio de sodio no está presurizado, el reactor requiere una estructura de contención más pequeña que un reactor convencional. La planta también "desacopla" el reactor y las partes generadoras de electricidad de la instalación, que están ubicadas en lados opuestos de los tanques de almacenamiento.
Gates ha invertido 1.000 millones de dólares en una planta de energía nuclear que comenzó a construirse en Kemmerer, Wyoming, esta semana. La nueva instalación, diseñada por TerraPower, fundada por Gates, será más pequeña que las plantas de energía nuclear de fisión tradicionales y, en teoría, más segura porque utilizará sodio en lugar de agua para enfriar el núcleo del reactor. TerraPower estima que la planta podría construirse por hasta 4.000 millones de dólares...
En cooperación con PacifiCorp y Rocky Mountain Power, el reactor nuclear reemplazará a una planta de carbón de Wyoming cuando se retire. No se ha determinado una ubicación específica, pero será en una de las plantas de Rocky Mountain Power en Wyoming: la planta Jim Bridger cerca de Rock Springs, la planta Dave Johnston cerca de Glenrock, la planta Naughton en Kemmerer o la planta Wyodak cerca de Gillette.