La energía nuclear es el uso de reacciones nucleares para producir electricidad . La energía nuclear se puede obtener a partir de reacciones de fisión nuclear , desintegración nuclear y fusión nuclear . Actualmente, la gran mayoría de la electricidad procedente de la energía nuclear se produce mediante la fisión nuclear de uranio y plutonio en centrales nucleares . Los procesos de desintegración nuclear se utilizan en aplicaciones específicas, como generadores termoeléctricos de radioisótopos en algunas sondas espaciales como la Voyager 2 . La generación de electricidad a partir de energía de fusión sigue siendo el foco de la investigación internacional.
La mayoría de las centrales nucleares utilizan reactores térmicos con uranio enriquecido en un ciclo de combustible de un solo paso . El combustible se elimina cuando el porcentaje de átomos que absorben neutrones llega a ser tan grande que ya no se puede mantener una reacción en cadena , normalmente tres años. Luego se enfría durante varios años en piscinas de combustible gastado in situ antes de transferirlo a un almacenamiento a largo plazo. El combustible gastado, aunque de bajo volumen, es un residuo de alta actividad radiactiva . Si bien su radiactividad disminuye exponencialmente, debe permanecer aislado de la biosfera durante cientos de miles de años, aunque las tecnologías más nuevas (como los reactores rápidos ) tienen el potencial de reducir esto significativamente. Debido a 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 fisibles y fértiles para fabricar combustible nuevo, aunque este proceso es más caro que producir combustible nuevo a partir de uranio extraído . Todos los reactores generan algo de plutonio-239 , que se encuentra en el combustible gastado, y debido a que el Pu-239 es el material preferido para las armas nucleares , el reprocesamiento se considera un riesgo de proliferación de armas .
La primera central nuclear se construyó en los años 50. La capacidad nuclear instalada mundial creció hasta 100 GW a finales del decenio de 1970 y luego se expandió rápidamente durante el decenio de 1980, hasta alcanzar los 300 GW en 1990. El accidente de Three Mile Island de 1979 en los Estados Unidos y el desastre de Chernobyl de 1986 en la Unión Soviética dieron lugar a un aumento de regulación y oposición pública a las plantas nucleares. Estos factores, junto con el alto costo de construcción, dieron como resultado que la capacidad instalada global solo aumentara a 390 GW para 2022. Estas plantas suministraron 2.586 teravatios hora (TWh) de electricidad en 2019, equivalente a aproximadamente el 10% de la generación eléctrica mundial , y fueron la segunda fuente de energía baja en carbono más grande después de la hidroelectricidad . En agosto de 2023, [actualizar]hay 410 reactores de fisión civiles en el mundo , con una capacidad total de 369 GW, [1] 57 en construcción y 102 planificados, con una capacidad combinada de 59 GW y 96 GW, respectivamente. Estados Unidos tiene la mayor flota de reactores nucleares, generando casi 800 TWh de electricidad con bajas emisiones de carbono al año con un factor de capacidad promedio del 92%. El factor de capacidad global promedio es del 89%. [1] La mayoría de los nuevos reactores en construcción son reactores de generación III en Asia.
Sus defensores sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía segura y sostenible que reduce las emisiones de carbono . Esto se debe a que la generación de energía nuclear causa uno de los niveles más bajos de muertes por unidad de energía generada en comparación con otras fuentes de energía. El carbón , el petróleo , el gas natural y la hidroelectricidad han causado cada uno más muertes por unidad de energía debido a la contaminación del aire y los accidentes . Las centrales nucleares tampoco emiten gases de efecto invernadero y generan menos emisiones de carbono durante su ciclo de vida que las "renovables" comunes. Los nuevos peligros radiológicos asociados con la energía nuclear son las principales motivaciones del movimiento antinuclear , que sostiene que la energía nuclear plantea muchas amenazas a las personas y al medio ambiente, citando el potencial de accidentes como el desastre nuclear de Fukushima en Japón en 2011, y es Demasiado caro/lento de implementar en comparación con fuentes de energía alternativas sostenibles .
El descubrimiento de la fisión nuclear se produjo en 1938, tras más de cuatro décadas de trabajo en la ciencia de la radiactividad y la elaboración de una nueva física nuclear que describía los componentes de los átomos . Poco después del descubrimiento del proceso de fisión, se comprendió que un núcleo en fisión puede inducir más fisiones del núcleo, induciendo así una reacción en cadena autosostenida. [3] Una vez que esto se confirmó experimentalmente en 1939, los científicos de muchos países solicitaron a sus gobiernos apoyo para la investigación de la fisión nuclear, justo en la cúspide de la Segunda Guerra Mundial , para el desarrollo de un arma nuclear . [4]
En Estados Unidos, estos esfuerzos de investigación llevaron a la creación del primer reactor nuclear artificial, el Chicago Pile-1 , que alcanzó la criticidad el 2 de diciembre de 1942. El desarrollo del reactor fue parte del Proyecto Manhattan , el esfuerzo aliado para crear bombas atómicas durante la Segunda Guerra Mundial. Condujo a la construcción de reactores de producción más grandes y de propósito único para la producción de plutonio apto para armas para su uso en las primeras armas nucleares. Estados Unidos probó la primera arma nuclear en julio de 1945, la prueba Trinity , y un mes después se produjeron los bombardeos atómicos sobre Hiroshima y Nagasaki .
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A pesar de la naturaleza militar de los primeros dispositivos nucleares, las décadas de 1940 y 1950 se caracterizaron por un fuerte optimismo sobre el potencial de la energía nuclear para proporcionar energía barata e ilimitada. [6] La electricidad fue generada por primera vez por un reactor nuclear el 20 de diciembre de 1951, en la estación experimental EBR-I cerca de Arco, Idaho , que inicialmente producía alrededor de 100 kW . [7] [8] En 1953, el presidente estadounidense Dwight Eisenhower pronunció su discurso " Átomos para la paz " en las Naciones Unidas , enfatizando la necesidad de desarrollar rápidamente usos "pacíficos" de la energía nuclear. A esto le siguió la Ley de Energía Atómica de 1954 , que permitió una rápida desclasificación de la tecnología de reactores estadounidenses y fomentó el desarrollo por parte del sector privado.
La primera organización que desarrolló energía nuclear práctica fue la Marina de los EE.UU. , con el reactor S1W destinado a propulsar submarinos y portaaviones . El primer submarino de propulsión nuclear, el USS Nautilus , se hizo a la mar en enero de 1954. [9] [10] El reactor S1W era un reactor de agua a presión . Se eligió este diseño porque era más simple, compacto y fácil de operar en comparación con diseños alternativos, por lo que era más adecuado para su uso en submarinos. Esta decisión haría que el PWR fuera el reactor elegido también para la generación de energía, lo que tendría un impacto duradero en el mercado eléctrico civil en los próximos años. [11]
El 27 de junio de 1954, la central nuclear de Óbninsk, en la URSS , se convirtió en la primera central nuclear del mundo en generar electricidad para una red eléctrica , produciendo alrededor de 5 megavatios de energía eléctrica. [12] La primera central nuclear comercial del mundo, Calder Hall en Windscale, Inglaterra, se conectó a la red eléctrica nacional el 27 de agosto de 1956. Al igual que otros reactores de generación I , la planta tenía el doble propósito de producir electricidad y plutonio-239 , este último para el naciente programa de armas nucleares de Gran Bretaña . [13]
La capacidad nuclear instalada global total inicialmente aumentó relativamente rápido, pasando de menos de 1 gigavatio (GW) en 1960 a 100 GW a finales de los años 1970. [9] Durante las décadas de 1970 y 1980, los crecientes costos económicos (relacionados con tiempos prolongados de construcción debido en gran medida a cambios regulatorios y litigios de grupos de presión) [14] y la caída de los precios de los combustibles fósiles hicieron que las plantas de energía nuclear entonces en construcción fueran menos atractivas. En los años 1980 en Estados Unidos y 1990 en Europa, el crecimiento plano de la red eléctrica y la liberalización de la electricidad también hicieron que la incorporación de nuevos grandes generadores de energía de base fuera económicamente poco atractiva.
La crisis del petróleo de 1973 tuvo un efecto significativo en países, como Francia y Japón , que habían dependido más del petróleo para la generación eléctrica que invertir en energía nuclear. [15] Francia construiría 25 plantas de energía nuclear durante los próximos 15 años, [16] [17] y en 2019, el 71% de la electricidad francesa fue generada por energía nuclear, el porcentaje más alto de cualquier nación del mundo. [18]
A principios de los años sesenta surgió en Estados Unidos cierta oposición local a la energía nuclear. [19] A finales de la década de 1960, algunos miembros de la comunidad científica comenzaron a expresar preocupaciones específicas. [20] Estas preocupaciones antinucleares estaban relacionadas con accidentes nucleares , proliferación nuclear , terrorismo nuclear y eliminación de desechos radiactivos . [21] A principios de la década de 1970, hubo grandes protestas sobre una propuesta de central nuclear en Wyhl , Alemania. El proyecto fue cancelado en 1975. El éxito antinuclear de Wyhl inspiró la oposición a la energía nuclear en otras partes de Europa y América del Norte. [22] [23]
A mediados de la década de 1970, el activismo antinuclear ganó un mayor atractivo e influencia, y la energía nuclear comenzó a convertirse en un tema de importante protesta pública. [24] [25] En algunos países, el conflicto por la energía nuclear "alcanzó una intensidad sin precedentes en la historia de las controversias tecnológicas". [26] [27] La creciente hostilidad pública hacia la energía nuclear llevó a un proceso de adquisición de licencias más largo, regulaciones y mayores requisitos para el equipo de seguridad, lo que encareció mucho las nuevas construcciones. [28] [29] En los Estados Unidos, más de 120 propuestas de reactores LWR fueron finalmente canceladas [30] y la construcción de nuevos reactores se paralizó. [31] El accidente de 1979 en Three Mile Island , sin víctimas mortales, jugó un papel importante en la reducción del número de nuevas construcciones de plantas en muchos países. [20]
Durante el decenio de 1980 se ponía en marcha, en promedio, un nuevo reactor nuclear cada 17 días. [32] A finales de la década, la capacidad nuclear instalada mundial alcanzó los 300 GW. Desde finales de la década de 1980, las nuevas incorporaciones de capacidad se desaceleraron significativamente, y la capacidad nuclear instalada alcanzó los 366 GW en 2005.
El desastre de Chernobyl de 1986 en la URSS , que involucró a un reactor RBMK , alteró el desarrollo de la energía nuclear y llevó a un mayor enfoque en el cumplimiento de las normas regulatorias y de seguridad internacionales. [33] Se considera el peor desastre nuclear de la historia tanto en términos de víctimas totales, con 56 muertes directas, como financieramente, con la limpieza y el costo estimado en 18 mil millones de rublos (68 mil millones de dólares estadounidenses en 2019, ajustados a la inflación). [34] [35] La organización internacional para promover la concienciación sobre la seguridad y el desarrollo profesional de los operadores de instalaciones nucleares, la Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO), se creó como resultado directo del accidente de Chernobyl de 1986. La catástrofe de Chernóbil contribuyó decisivamente a la reducción del número de nuevas construcciones de centrales en los años siguientes. [20] Influenciada por estos acontecimientos, Italia votó en contra de la energía nuclear en un referéndum en 1987, [36] convirtiéndose en el primer país en eliminar completamente la energía nuclear en 1990.
A principios de la década de 2000, la energía nuclear esperaba un renacimiento nuclear , un aumento de la construcción de nuevos reactores, debido a las preocupaciones sobre las emisiones de dióxido de carbono . [37] Durante este período, se comenzaron a construir reactores más nuevos de generación III , como el EPR .
Las perspectivas de un renacimiento nuclear se vieron retrasadas por otro accidente nuclear. [37] [39] El accidente nuclear de Fukushima Daiichi de 2011 fue causado por el terremoto y tsunami de Tōhoku , uno de los terremotos más grandes jamás registrados. La central nuclear de Fukushima Daiichi sufrió tres fusiones de núcleos por fallo del sistema de refrigeración de emergencia por falta de suministro eléctrico. Esto resultó en el accidente nuclear más grave desde el desastre de Chernobyl.
El accidente provocó un reexamen de la seguridad nuclear y la política de energía nuclear en muchos países. [40] Alemania aprobó planes para cerrar todos sus reactores para 2022, y muchos otros países revisaron sus programas de energía nuclear. [41] [42] [43] [44] Después del desastre, Japón cerró todos sus reactores nucleares, algunos de ellos de forma permanente, y en 2015 comenzó un proceso gradual para reiniciar los 40 reactores restantes, tras controles de seguridad y basados en sobre criterios revisados para operaciones y aprobación pública. [45]
En 2022, el gobierno japonés, bajo el liderazgo del primer ministro Fumio Kishida , ha declarado que se reabrirán 10 centrales nucleares más desde el desastre de 2011. [46] Kishida también está presionando para que se investigue y construya nuevas plantas nucleares más seguras para salvaguardar a los consumidores japoneses del fluctuante mercado de combustibles fósiles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de Japón. [47] Kishida tiene la intención de que Japón se convierta en un importante exportador de energía y tecnología nuclear a los países en desarrollo de todo el mundo. [47]
Para 2015, las perspectivas de la OIEA para la energía nuclear se habían vuelto más prometedoras, reconociendo la importancia de la generación con bajas emisiones de carbono para mitigar el cambio climático . [48] A partir de 2015 [actualizar], la tendencia mundial era que las nuevas centrales nucleares puestas en funcionamiento se equilibraran con el número de centrales antiguas que se retiraban. [49] En 2016, la Administración de Información Energética de EE. UU. proyectó como "caso base" que la generación mundial de energía nuclear aumentaría de 2.344 teravatios hora (TWh) en 2012 a 4.500 TWh en 2040. Se esperaba que la mayor parte del aumento previsto ocurriera en Asia. [50] A partir de 2018, hay más de 150 reactores nucleares previstos, incluidos 50 en construcción. [51] En enero de 2019, China tenía 45 reactores en funcionamiento, 13 en construcción y planea construir 43 más, lo que la convertiría en el mayor generador de electricidad nuclear del mundo. [52] En 2021, se informó que 17 reactores estaban en construcción. China construyó muchos menos reactores de lo planeado originalmente, su proporción de electricidad procedente de energía nuclear fue del 5% en 2019 [53] y los observadores han advertido que, junto con los riesgos, la economía cambiante de la generación de energía puede hacer que las nuevas plantas de energía nuclear "no funcionen". ya no tienen sentido en un mundo que se inclina hacia energías renovables más baratas y fiables". [54] [55]
En octubre de 2021, el gabinete japonés aprobó el nuevo Plan de Generación de Electricidad hasta 2030 elaborado por la Agencia de Recursos Naturales y Energía (ANRE) y un comité asesor, tras consulta pública. El objetivo nuclear para 2030 exige reiniciar otros diez reactores. El primer ministro Fumio Kishida anunció en julio de 2022 que el país debería considerar la posibilidad de construir reactores avanzados y ampliar las licencias de funcionamiento más allá de los 60 años. [56]
A partir de 2022, con los precios mundiales del petróleo y el gas en aumento, mientras Alemania está reiniciando sus plantas de carbón para hacer frente a la pérdida de gas ruso que necesita para complementar su Energiewende , [57] muchos otros países han anunciado planes ambiciosos para revitalizar la envejecida energía nuclear. generar capacidad con nuevas inversiones. El presidente francés, Emmanuel Macron, anunció su intención de construir seis nuevos reactores en las próximas décadas, colocando la energía nuclear en el centro de la campaña de Francia hacia la neutralidad de carbono para 2050. [58] Mientras tanto, en Estados Unidos, el Departamento de Energía , en colaboración con entidades comerciales , TerraPower y X-energy , planea construir dos reactores nucleares avanzados diferentes para 2027, con más planes para la implementación nuclear en sus objetivos de seguridad energética y energía verde a largo plazo. [59]
Las centrales nucleares son centrales térmicas que generan electricidad aprovechando la energía térmica liberada por la fisión nuclear . Una central nuclear de fisión está compuesta generalmente por: un reactor nuclear , en el que tienen lugar las reacciones nucleares generadoras de calor; un sistema de refrigeración, que elimina el calor del interior del reactor; una turbina de vapor , que transforma el calor en energía mecánica ; un generador eléctrico , que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. [61]
Cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo de uranio-235 o de plutonio , puede dividir el núcleo en dos núcleos más pequeños, lo que es una reacción de fisión nuclear. La reacción libera energía y neutrones. Los neutrones liberados pueden chocar con otros núcleos de uranio o plutonio, provocando nuevas reacciones de fisión, que liberan más energía y más neutrones. Esto se llama reacción en cadena . En la mayoría de los reactores comerciales, la velocidad de reacción está contenida por barras de control que absorben el exceso de neutrones. La controlabilidad de los reactores nucleares depende del hecho de que una pequeña fracción de los neutrones resultantes de la fisión se retrasan . El retraso entre la fisión y la liberación de neutrones ralentiza los cambios en las velocidades de reacción y da tiempo para mover las barras de control para ajustar la velocidad de reacción. [61] [62]
El ciclo de vida del combustible nuclear comienza con la extracción de uranio . Luego, el mineral de uranio se convierte en un concentrado de mineral compacto , conocido como torta amarilla (U 3 O 8 ), para facilitar el transporte. [63] Los reactores de fisión generalmente necesitan uranio-235 , un isótopo fisionable del uranio . La concentración de uranio-235 en el uranio natural es muy baja (alrededor del 0,7%). Algunos reactores pueden utilizar este uranio natural como combustible, dependiendo de su economía de neutrones . Estos reactores generalmente tienen moderadores de grafito o agua pesada . Para los reactores de agua ligera, el tipo más común de reactor, esta concentración es demasiado baja y debe aumentarse mediante un proceso llamado enriquecimiento de uranio . [63] En los reactores civiles de agua ligera, el uranio normalmente se enriquece hasta un 3,5-5% de uranio-235. [64] Luego, el uranio generalmente se convierte en óxido de uranio (UO 2 ), una cerámica, que luego se sinteriza por compresión en pastillas de combustible, una pila de las cuales forma barras de combustible de la composición y geometría adecuadas para el reactor en particular. [64]
Después de algún tiempo en el reactor, el combustible habrá reducido el material fisible y aumentado los productos de fisión, hasta que su uso se vuelva impracticable. [64] En este punto, el combustible gastado se trasladará a una piscina de combustible gastado que proporciona enfriamiento para el calor térmico y protección contra la radiación ionizante. Después de varios meses o años, el combustible gastado se enfría radiactiva y térmicamente lo suficiente como para trasladarlo a contenedores de almacenamiento secos o reprocesarlo. [64]
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El uranio es un elemento bastante común en la corteza terrestre: es aproximadamente tan común como el estaño o el germanio , y es unas 40 veces más común que la plata . [65] El uranio está presente en concentraciones mínimas en la mayoría de las rocas, la tierra y el agua del océano, pero generalmente se extrae económicamente sólo cuando está presente en altas concentraciones. La extracción de uranio puede ser subterránea, a cielo abierto o por lixiviación in situ . Un número cada vez mayor de las minas de mayor producción son operaciones subterráneas remotas, como la mina de uranio McArthur River , en Canadá, que por sí sola representa el 13% de la producción mundial. En 2011, los recursos mundiales conocidos de uranio, económicamente recuperables al precio máximo arbitrario de 130 dólares EE.UU./kg, eran suficientes para durar entre 70 y 100 años. [66] [67] [68] En 2007, la OCDE estimó 670 años de uranio económicamente recuperable en recursos convencionales totales y minerales de fosfato, suponiendo la tasa de uso actual. [69]
Los reactores de agua ligera hacen un uso relativamente ineficiente del combustible nuclear, utilizando principalmente sólo el muy raro isótopo uranio-235. [70] El reprocesamiento nuclear puede hacer que estos desechos sean reutilizables, y los reactores más nuevos también logran un uso más eficiente de los recursos disponibles que los más antiguos. [70] Con un ciclo de combustible de reactor rápido puro con una quema de todo el uranio y los actínidos (que actualmente constituyen las sustancias más peligrosas en los desechos nucleares), se estima que hay 160.000 años de uranio en recursos convencionales totales y mineral de fosfato. al precio de 60 a 100 dólares EE.UU./kg. [71] Sin embargo, el reprocesamiento es costoso, posiblemente peligroso y puede usarse para fabricar armas nucleares. [72] [73] [74] [75] [76] Un análisis encontró que los precios del uranio podrían aumentar en dos órdenes de magnitud entre 2035 y 2100 y que podría haber una escasez cerca del final del siglo. [77] Un estudio de 2017 realizado por investigadores del MIT y WHOI encontró que "al ritmo de consumo actual, las reservas globales convencionales de uranio terrestre (aproximadamente 7,6 millones de toneladas) podrían agotarse en poco más de un siglo". [78] El suministro limitado de uranio-235 puede inhibir una expansión sustancial con la tecnología nuclear actual. [79] Si bien se exploran diversas formas de reducir la dependencia de dichos recursos, [80] [81] [82] se considera que las nuevas tecnologías nucleares no estarán disponibles a tiempo para fines de mitigación del cambio climático o para competir con alternativas de energías renovables además de son más caros y requieren investigación y desarrollo costosos. [79] [83] [84] Un estudio encontró que no está claro si los recursos identificados se desarrollarán lo suficientemente rápido como para proporcionar un suministro ininterrumpido de combustible a las instalaciones nucleares ampliadas [85] y varias formas de minería pueden verse desafiadas por barreras ecológicas, costos, y requerimientos de terreno. [86] [87] Los investigadores también informan de una considerable dependencia de las importaciones de energía nuclear. [88] [89] [90] [91]
También existen recursos de uranio no convencionales. El uranio está presente naturalmente en el agua de mar en una concentración de aproximadamente 3 microgramos por litro, [92] [93] [94] y se considera que 4.400 millones de toneladas de uranio están presentes en el agua de mar en cualquier momento. [95] En 2014 se sugirió que sería económicamente competitivo producir combustible nuclear a partir de agua de mar si el proceso se implementara a gran escala. [96] Al igual que los combustibles fósiles, en escalas de tiempo geológicas, el uranio extraído a escala industrial del agua de mar se repondría tanto por la erosión fluvial de las rocas como por el proceso natural de uranio disuelto de la superficie del fondo del océano, los cuales mantienen la solubilidad. equilibrios de concentración de agua de mar a un nivel estable. [95] Algunos comentaristas han argumentado que esto fortalece los argumentos para que la energía nuclear se considere una energía renovable . [97]
El funcionamiento normal de las centrales e instalaciones nucleares produce residuos radiactivos , o desechos nucleares. Este tipo de residuos también se producen durante el desmantelamiento de las plantas. Hay dos categorías amplias de desechos nucleares: desechos de baja actividad y desechos de alta actividad. [99] El primero tiene baja radiactividad e incluye artículos contaminados, como ropa, lo que representa una amenaza limitada. Los residuos de alta actividad son principalmente el combustible gastado de los reactores nucleares, que es muy radiactivo y debe enfriarse y luego eliminarse o reprocesarse de forma segura. [99]
La corriente de residuos más importante de los reactores nucleares es el combustible nuclear gastado , que se considera residuo de alta actividad . En el caso de los LWR, el combustible gastado suele estar compuesto por un 95 % de uranio, un 4 % de productos de fisión y aproximadamente un 1 % de actínidos transuránicos (principalmente plutonio , neptunio y americio ). [101] Los productos de fisión son responsables de la mayor parte de la radiactividad a corto plazo, mientras que el plutonio y otros transuránicos son responsables de la mayor parte de la radiactividad a largo plazo. [102]
Los desechos de alta actividad (HLW) deben almacenarse aislados de la biosfera y con suficiente protección para limitar la exposición a la radiación. Después de ser retirados de los reactores, los haces de combustible usados se almacenan durante seis a diez años en piscinas de combustible gastado , que proporcionan enfriamiento y protección contra la radiación. Después de eso, el combustible se enfría lo suficiente como para poder transferirlo de manera segura al almacenamiento en barriles secos . [103] La radiactividad disminuye exponencialmente con el tiempo, de modo que habrá disminuido un 99,5% después de 100 años. [104] Los productos de fisión de vida corta (SLFP, por sus siglas en inglés) más intensamente radiactivos se desintegran en elementos estables en aproximadamente 300 años, y después de unos 100.000 años, el combustible gastado se vuelve menos radiactivo que el mineral de uranio natural. [98] [105]
Los métodos comúnmente sugeridos para aislar los desechos de LLFP de la biosfera incluyen la separación y transmutación , [98] tratamientos sinroc o almacenamiento geológico profundo. [106] [107] [108] [109]
Los reactores de neutrones térmicos , que actualmente constituyen la mayor parte de la flota mundial, no pueden quemar el plutonio apto para reactores que se genera durante el funcionamiento del reactor. Esto limita la vida útil del combustible nuclear a unos pocos años. En algunos países, como Estados Unidos, el combustible gastado se clasifica en su totalidad como residuo nuclear. [110] En otros países, como Francia, se reprocesa en gran medida para producir un combustible parcialmente reciclado, conocido como combustible de óxidos mixtos o MOX . En el caso del combustible gastado que no se reprocesa, los isótopos más preocupantes son los elementos transuránicos de vida media , liderados por el plutonio apto para reactores (vida media de 24.000 años). [111] Algunos diseños de reactores propuestos, como el reactor rápido integral y los reactores de sales fundidas , pueden utilizar como combustible el plutonio y otros actínidos en el combustible gastado de los reactores de agua ligera, gracias a su espectro de fisión rápida . Esto ofrece una alternativa potencialmente más atractiva a la eliminación geológica profunda. [112] [113] [114]
El ciclo del combustible del torio produce productos de fisión similares, aunque crea una proporción mucho menor de elementos transuránicos a partir de eventos de captura de neutrones dentro de un reactor. El combustible de torio gastado, aunque más difícil de manipular que el combustible de uranio gastado, puede presentar riesgos de proliferación algo menores. [115]
La industria nuclear también produce un gran volumen de desechos de baja actividad , con baja radiactividad, en forma de artículos contaminados como ropa, herramientas manuales, resinas purificadoras de agua y (tras el desmantelamiento) los materiales con los que está construido el propio reactor. Los desechos de baja actividad se pueden almacenar en el sitio hasta que los niveles de radiación sean lo suficientemente bajos como para eliminarlos como desechos comunes, o se pueden enviar a un sitio de eliminación de desechos de baja actividad. [116]
En los países con energía nuclear, los desechos radiactivos representan menos del 1% del total de desechos industriales tóxicos, muchos de los cuales siguen siendo peligrosos durante largos períodos. [70] En general, la energía nuclear produce mucho menos material de desecho en volumen que las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles. [117] Las plantas que queman carbón, en particular, producen grandes cantidades de cenizas tóxicas y ligeramente radiactivas resultantes de la concentración de materiales radiactivos naturales en el carbón. [118] Un informe de 2008 del Laboratorio Nacional de Oak Ridge concluyó que la energía del carbón en realidad produce más radiactividad que se libera al medio ambiente que la operación de energía nuclear, y que la dosis equivalente efectiva de radiación de las plantas de carbón para la población es 100 veces mayor que la de la operación de plantas nucleares. [119] Aunque las cenizas de carbón son mucho menos radiactivas en peso que el combustible nuclear gastado, se producen en cantidades mucho mayores por unidad de energía generada. También se libera directamente al medio ambiente en forma de cenizas volantes , mientras que las plantas nucleares utilizan blindajes para proteger el medio ambiente de materiales radiactivos. [120]
El volumen de residuos nucleares es pequeño en comparación con la energía producida. Por ejemplo, en la central nuclear Yankee Rowe , que generó 44 mil millones de kilovatios hora de electricidad cuando estuvo en servicio, su inventario completo de combustible gastado está contenido en dieciséis barriles. [121] Se estima que para producir un suministro de energía de por vida para una persona con un nivel de vida occidental (aproximadamente 3 GWh ) se necesitaría del orden del volumen de una lata de refresco de uranio poco enriquecido , lo que daría como resultado un volumen similar. de combustible gastado generado. [122] [123] [124]
Después del almacenamiento provisional en una piscina de combustible gastado , los haces de conjuntos de barras de combustible usados de una central nuclear típica suelen almacenarse in situ en recipientes de almacenamiento en contenedores secos . [125] Actualmente, los desechos se almacenan principalmente en sitios de reactores individuales y hay más de 430 lugares en todo el mundo donde el material radiactivo continúa acumulándose.
La eliminación de residuos nucleares suele considerarse el aspecto políticamente más divisivo en el ciclo de vida de una instalación de energía nuclear. [126] Con la falta de movimiento de desechos nucleares en los reactores de fisión nuclear natural de 2 mil millones de años de antigüedad en Oklo , se cita a Gabón como "una fuente de información esencial hoy". [127] [128] Los expertos sugieren que los depósitos subterráneos centralizados que estén bien administrados, vigilados y monitoreados serían una gran mejora. [126] Existe un "consenso internacional sobre la conveniencia de almacenar residuos nucleares en depósitos geológicos profundos ". [129] Con la llegada de nuevas tecnologías, se han propuesto otros métodos, incluida la eliminación de perforaciones horizontales en áreas geológicamente inactivas. [130] [131]
No existen en funcionamiento depósitos subterráneos de desechos de alta actividad construidos expresamente a escala comercial. [129] [132] [133] Sin embargo, en Finlandia, el depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo de la central nuclear de Olkiluoto está en construcción en 2015. [134]
La mayoría de los reactores de neutrones térmicos funcionan con un ciclo de combustible nuclear de una sola vez , debido principalmente al bajo precio del uranio fresco. Sin embargo, muchos reactores también funcionan con materiales fisionables reciclados que permanecen en el combustible nuclear gastado. El material fisionable más común que se recicla es el plutonio apto para reactores (RGPu), que se extrae del combustible gastado, se mezcla con óxido de uranio y se transforma en combustible de óxido mixto o MOX . Dado que los LWR térmicos siguen siendo el reactor más común en todo el mundo, este tipo de reciclaje es el más común. Se considera que aumenta la sostenibilidad del ciclo del combustible nuclear, reduce el atractivo del combustible gastado para el robo y reduce el volumen de desechos nucleares de alta actividad. [135] El combustible MOX gastado generalmente no puede reciclarse para su uso en reactores de neutrones térmicos. Esta cuestión no afecta a los reactores de neutrones rápidos , que por tanto son los preferidos para aprovechar todo el potencial energético del uranio original. [136] [137]
El principal componente del combustible gastado de los LWR es uranio ligeramente enriquecido . Esto puede reciclarse y convertirse en uranio reprocesado (RepU), que puede usarse en un reactor rápido, usarse directamente como combustible en reactores CANDU o volverse a enriquecer para otro ciclo a través de un LWR. El reenriquecimiento de uranio reprocesado es común en Francia y Rusia. [138] El uranio reprocesado también es más seguro en términos de potencial de proliferación nuclear. [139] [140] [141]
El reprocesamiento tiene el potencial de recuperar hasta el 95% del combustible de uranio y plutonio del combustible nuclear gastado, así como de reducir la radiactividad a largo plazo dentro de los desechos restantes. Sin embargo, el reprocesamiento ha sido políticamente controvertido debido al potencial de proliferación nuclear y las diversas percepciones de una mayor vulnerabilidad al terrorismo nuclear . [136] [142] El reprocesamiento también genera un mayor costo de combustible en comparación con el ciclo de combustible de una sola vez. [136] [142] Si bien el reprocesamiento reduce el volumen de desechos de alto nivel, no reduce los productos de fisión que son las causas principales de la generación de calor residual y la radiactividad durante los primeros siglos fuera del reactor. Por lo tanto, los residuos reprocesados todavía requieren un tratamiento casi idéntico durante los primeros cientos de años.
Actualmente, el reprocesamiento de combustible civil procedente de reactores de potencia se realiza en Francia, el Reino Unido, Rusia, el Japón y la India. En Estados Unidos, el combustible nuclear gastado no se reprocesa actualmente. [138] La instalación de reprocesamiento de La Hague en Francia ha operado comercialmente desde 1976 y es responsable de la mitad del reprocesamiento mundial en 2010. [143] Produce combustible MOX a partir de combustible gastado derivado de varios países. Hasta 2015 se habían reprocesado más de 32.000 toneladas de combustible gastado, la mayoría procedente de Francia, el 17% de Alemania y el 9% de Japón. [144]
La reproducción es el proceso de convertir material no fisible en material fisible que pueda utilizarse como combustible nuclear. El material no fisionable que puede utilizarse para este proceso se denomina material fértil , y constituye la gran mayoría de los residuos nucleares actuales. Este proceso de reproducción ocurre naturalmente en los reactores reproductores . A diferencia de los reactores de neutrones térmicos de agua ligera, que utilizan uranio-235 (0,7% de todo el uranio natural), los reactores reproductores de neutrones rápidos utilizan uranio-238 (99,3% de todo el uranio natural) o torio. Varios ciclos del combustible y combinaciones de reactores reproductores se consideran fuentes de energía sostenibles o renovables. [145] [146] En 2006 se estimó que con la extracción de agua de mar, probablemente habría cinco mil millones de años de recursos de uranio para su uso en reactores reproductores. [147]
Se ha utilizado tecnología reproductora en varios reactores, pero a partir de 2006, el alto costo de reprocesar el combustible de manera segura requiere precios del uranio de más de 200 dólares EE.UU./kg antes de que se justifique económicamente. [148] Sin embargo, se están desarrollando reactores reproductores por su potencial para quemar todos los actínidos (los componentes más activos y peligrosos) del actual inventario de desechos nucleares, al mismo tiempo que producen energía y crean cantidades adicionales de combustible para más reactores a través de la proceso de crianza. [149] [150] A partir de 2017, hay dos reproductores que producen energía comercial, el reactor BN-600 y el reactor BN-800 , ambos en Rusia. [151] El reactor reproductor Phénix en Francia fue apagado en 2009 después de 36 años de operación. [151] Tanto China como la India están construyendo reactores reproductores. El prototipo de reactor reproductor rápido indio de 500 MWe se encuentra en la fase de puesta en marcha [152] y hay planes para construir más. [153]
Otra alternativa a los reproductores de neutrones rápidos son los reactores reproductores de neutrones térmicos que utilizan uranio-233 obtenido a partir de torio como combustible de fisión en el ciclo del combustible del torio . [154] El torio es aproximadamente 3,5 veces más común que el uranio en la corteza terrestre y tiene diferentes características geográficas. [154] El programa de energía nuclear de tres etapas de la India presenta el uso de un ciclo de combustible de torio en la tercera etapa, ya que tiene abundantes reservas de torio pero poco uranio. [154]
El desmantelamiento nuclear es el proceso de desmantelar una instalación nuclear hasta el punto que ya no requiera medidas de protección radiológica, [155] devolviendo la instalación y sus partes a un nivel lo suficientemente seguro como para destinarlo a otros usos. [156] Debido a la presencia de materiales radiactivos, el desmantelamiento nuclear presenta desafíos técnicos y económicos. [157] Los costos de desmantelamiento generalmente se distribuyen a lo largo de la vida útil de una instalación y se ahorran en un fondo de desmantelamiento. [158]
Generación eléctrica mundial 2021 por fuente. La generación total fue de 28 petavatios-hora . [160]
La energía nuclear civil suministró 2.586 teravatios hora (TWh) de electricidad en 2019, equivalente a aproximadamente el 10 % de la generación eléctrica mundial , y fue la segunda mayor fuente de energía con bajas emisiones de carbono después de la hidroelectricidad . [38] [161] Dado que la electricidad representa aproximadamente el 25% del consumo mundial de energía , la contribución de la energía nuclear a la energía global fue de aproximadamente el 2,5% en 2011. [162] Esto es un poco más que la producción mundial combinada de electricidad a partir de energía eólica, solar, biomasa y energía geotérmica, que en conjunto proporcionaron el 2% del consumo mundial de energía final en 2014. [163] La participación de la energía nuclear en la producción mundial de electricidad ha caído del 16,5% en 1997, en gran parte porque la economía de la energía nuclear se ha vuelto más difícil. [164]
En marzo de 2022, [actualizar]hay 439 reactores de fisión civiles en el mundo , con una capacidad eléctrica combinada de 392 gigavatios (GW). También hay 56 reactores nucleares en construcción y 96 reactores previstos, con una capacidad combinada de 62 GW y 96 GW, respectivamente. [165] Estados Unidos tiene la flota más grande de reactores nucleares, generando más de 800 TWh por año con un factor de capacidad promedio del 92%. [166] La mayoría de los reactores en construcción son reactores de generación III en Asia. [167]
Las diferencias regionales en el uso de la energía nuclear son grandes. Estados Unidos produce la mayor cantidad de energía nuclear del mundo, y la energía nuclear proporciona el 20 % de la electricidad que consume, mientras que Francia produce el mayor porcentaje de su energía eléctrica a partir de reactores nucleares: el 71 % en 2019. [18] En la Unión Europea , la energía nuclear proporciona el 26% de la electricidad en 2018. [168] La energía nuclear es la mayor fuente de electricidad con bajas emisiones de carbono en los Estados Unidos, [169] y representa dos tercios de la electricidad con bajas emisiones de carbono de la Unión Europea. electricidad. [170] La política de energía nuclear difiere entre los países de la Unión Europea, y algunos, como Austria, Estonia , Irlanda e Italia , no tienen centrales nucleares activas.
Además, había aproximadamente 140 buques de guerra que utilizaban propulsión nuclear en funcionamiento, propulsados por unos 180 reactores. [171] [172] Estos incluyen barcos militares y algunos civiles, como rompehielos de propulsión nuclear . [173]
Continúan las investigaciones internacionales sobre usos adicionales del calor de proceso, como la producción de hidrógeno (en apoyo de una economía del hidrógeno ), la desalinización del agua de mar y el uso en sistemas de calefacción urbana . [174]
La economía de las nuevas centrales nucleares es un tema controvertido y las inversiones multimillonarias dependen de la elección de las fuentes de energía. Las plantas de energía nuclear suelen tener altos costos de capital para construir la planta. Por esta razón, la comparación con otros métodos de generación de energía depende en gran medida de suposiciones sobre los plazos de construcción y el financiamiento de capital para las plantas nucleares. Los costos del combustible representan alrededor del 30 por ciento de los costos operativos, mientras que los precios están sujetos al mercado. [175]
El alto coste de construcción es uno de los mayores desafíos para las centrales nucleares. Se estima que una nueva planta de 1.100 MW costará entre 6.000 y 9.000 millones de dólares. [176] Las tendencias de los costos de la energía nuclear muestran una gran disparidad por país, diseño, tasa de construcción y nivel de familiaridad en la experiencia. Los únicos dos países de los que hay datos disponibles que vieron disminuciones de costos en la década de 2000 fueron India y Corea del Sur. [177]
El análisis de la economía de la energía nuclear también debe tener en cuenta quién soporta los riesgos de incertidumbres futuras. A partir de 2010, todas las centrales nucleares en funcionamiento han sido desarrolladas por monopolios de servicios eléctricos regulados o de propiedad estatal . [178] Desde entonces, muchos países han liberalizado el mercado de la electricidad, donde estos riesgos, y el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital, son asumidos por los proveedores y operadores de plantas y no por los consumidores, lo que lleva a una evaluación significativamente diferente de la economía de nuevas centrales nucleares. [179]
El coste nivelado de la electricidad (LCOE) de una nueva central nuclear se estima en 69 USD/MWh, según un análisis de la Agencia Internacional de Energía y la Agencia de Energía Nuclear de la OCDE . Esto representa la estimación de costo medio para una central nuclear enésima de su tipo que se completará en 2025, con una tasa de descuento del 7%. Se descubrió que la energía nuclear era la opción de menor costo entre las tecnologías gestionables . [180] Las energías renovables variables pueden generar electricidad más barata: el costo medio de la energía eólica terrestre se estimó en 50 USD/MWh, y el de la energía solar a escala comercial en 56 USD/MWh. [180] Con el costo de emisión de CO 2 supuesto de 30 USD/tonelada, la energía a partir de carbón (88 USD/MWh) y gas (71 USD/MWh) es más cara que las tecnologías bajas en carbono. Se consideró que la electricidad procedente del funcionamiento a largo plazo de las centrales nucleares mediante extensión de vida útil era la opción de menor coste, a 32 USD/MWh. [180] Las medidas para mitigar el calentamiento global , como un impuesto al carbono o el comercio de emisiones de carbono , pueden favorecer la economía de la energía nuclear. [181] [182] Los eventos climáticos extremos, incluidos los eventos que se vuelven más severos por el cambio climático, están disminuyendo en un pequeño grado la confiabilidad de todas las fuentes de energía, incluida la energía nuclear, dependiendo de la ubicación. [183] [184]
Los nuevos reactores modulares pequeños , como los desarrollados por NuScale Power , tienen como objetivo reducir los costos de inversión para nuevas construcciones al hacer que los reactores sean más pequeños y modulares, de modo que puedan construirse en una fábrica.
Ciertos diseños tuvieron considerables aspectos económicos positivos iniciales, como el CANDU , que logró un factor de capacidad y confiabilidad mucho más altos en comparación con los reactores de agua ligera de generación II hasta la década de 1990. [185]
Las centrales nucleares, aunque son capaces de seguir en cierta medida la carga de la red , normalmente funcionan lo más posible para mantener el costo de la energía eléctrica generada lo más bajo posible, suministrando principalmente electricidad de carga base . [186] Debido al diseño del reactor de reabastecimiento de combustible en línea, los PHWR (del cual forma parte el diseño CANDU) continúan ocupando muchos récords mundiales de generación continua de electricidad por más tiempo, a menudo más de 800 días. [187] El récord específico a partir de 2019 lo ostenta un PHWR en la central atómica de Kaiga , que generó electricidad de forma continua durante 962 días. [188]
Los costos no considerados en los cálculos del LCOE incluyen fondos para investigación y desarrollo, y desastres (se estima que el desastre de Fukushima costó a los contribuyentes ≈$187 mil millones [189] ). Se descubrió que en algunos casos los gobiernos obligan a "los consumidores a pagar por adelantado posibles sobrecostos" [84] o subsidian la energía nuclear antieconómica [190] , o se les exige que lo hagan. [55] Los operadores nucleares están obligados a pagar por la gestión de residuos en la UE. [191] En Estados Unidos, el Congreso supuestamente decidió hace 40 años que la nación, y no las empresas privadas, sería responsable de almacenar los desechos radiactivos y los contribuyentes pagarían los costos. [192] El Informe Mundial sobre Residuos Nucleares 2019 encontró que "incluso en países en los que el principio de que quien contamina paga es un requisito legal, se aplica de manera incompleta" y señala el caso de la instalación de eliminación geológica profunda alemana Asse II , donde la recuperación de grandes cantidades de residuos deben ser pagados por los contribuyentes. [193] De manera similar, los gobiernos cubren una parte de sus costos, incluidos los combustibles fósiles y las energías renovables. [194]
El uso más común de la energía nuclear en el espacio es el uso de generadores termoeléctricos de radioisótopos , que utilizan la desintegración radiactiva para generar energía. Estos generadores de energía son de escala relativamente pequeña (pocos kW) y se utilizan principalmente para alimentar misiones y experimentos espaciales durante largos períodos en los que la energía solar no está disponible en cantidad suficiente, como en la sonda espacial Voyager 2 . [195] Se han lanzado algunos vehículos espaciales utilizando reactores nucleares : 34 reactores pertenecen a la serie soviética RORSAT y uno era el estadounidense SNAP-10A . [195]
Tanto la fisión como la fusión parecen prometedoras para aplicaciones de propulsión espacial , generando velocidades de misión más altas con menos masa de reacción . [195] [196]
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Las centrales nucleares tienen tres características únicas que afectan su seguridad, en comparación con otras centrales eléctricas. En primer lugar, en un reactor nuclear hay materiales intensamente radiactivos. Su liberación al medio ambiente podría ser peligrosa. En segundo lugar, los productos de fisión , que constituyen la mayoría de las sustancias intensamente radiactivas del reactor, siguen generando una cantidad significativa de calor de desintegración incluso después de que se ha detenido la reacción en cadena de la fisión . Si no se puede eliminar el calor del reactor, las barras de combustible pueden sobrecalentarse y liberar materiales radiactivos. En tercer lugar, en determinados diseños de reactores es posible que se produzca un accidente de criticidad (un rápido aumento de la potencia del reactor) si no se puede controlar la reacción en cadena. Estas tres características deben tenerse en cuenta al diseñar reactores nucleares. [197]
Todos los reactores modernos están diseñados de manera que se evite un aumento incontrolado de la potencia del reactor mediante mecanismos de retroalimentación natural, un concepto conocido como coeficiente de reactividad de vacío negativo. Si la temperatura o la cantidad de vapor en el reactor aumenta, la velocidad de fisión inherentemente disminuye. La reacción en cadena también se puede detener manualmente insertando barras de control en el núcleo del reactor. Los sistemas de enfriamiento del núcleo de emergencia (ECCS) pueden eliminar el calor de desintegración del reactor si fallan los sistemas de enfriamiento normales. [198] Si el ECCS falla, múltiples barreras físicas limitan la liberación de materiales radiactivos al medio ambiente incluso en caso de accidente. La última barrera física es el gran edificio de contención . [197]
Con una tasa de mortalidad de 0,03 por TWh , la energía nuclear es la segunda fuente de energía más segura por unidad de energía generada, después de la energía solar, en términos de mortalidad cuando se considera el historial histórico. [199] La energía producida a partir del carbón, el petróleo, el gas natural y la energía hidroeléctrica ha causado más muertes por unidad de energía generada debido a la contaminación del aire y los accidentes energéticos . Esto se encuentra al comparar las muertes inmediatas causadas por otras fuentes de energía con las muertes por cáncer indirectas, tanto inmediatas como latentes o previstas, causadas por accidentes de energía nuclear. [200] [201] Cuando se comparan las muertes directas e indirectas (incluidas las muertes resultantes de la minería y la contaminación del aire) causadas por la energía nuclear y los combustibles fósiles, [202] se calcula que el uso de la energía nuclear ha evitado alrededor de 1,84 millones de muertes. de la contaminación del aire entre 1971 y 2009, al reducir la proporción de energía que de otro modo habría sido generada por combustibles fósiles. [203] [204] Tras el desastre nuclear de Fukushima de 2011, se ha estimado que si Japón nunca hubiera adoptado la energía nuclear, los accidentes y la contaminación de las plantas de carbón o gas habrían causado más años de vida perdidos. [205]
Los impactos graves de los accidentes nucleares a menudo no son directamente atribuibles a la exposición a la radiación, sino más bien a efectos sociales y psicológicos. La evacuación y el desplazamiento prolongado de las poblaciones afectadas crearon problemas para muchas personas, especialmente los ancianos y los pacientes hospitalizados. [206] La evacuación forzada de un accidente nuclear puede provocar aislamiento social, ansiedad, depresión, problemas médicos psicosomáticos, comportamiento imprudente y suicidio. Un estudio exhaustivo realizado en 2005 sobre las secuelas del desastre de Chernobyl concluyó que el impacto en la salud mental es el mayor problema de salud pública causado por el accidente. [207] Frank N. von Hippel , un científico estadounidense, comentó que un miedo desproporcionado a las radiaciones ionizantes ( radiofobia ) podría tener efectos psicológicos a largo plazo en la población de las zonas contaminadas tras el desastre de Fukushima. [208]
Se han producido algunos accidentes nucleares y radiológicos graves . La gravedad de los accidentes nucleares se clasifica generalmente utilizando la Escala Internacional de Sucesos Nucleares (INES) introducida por la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA). La escala clasifica los eventos anómalos o accidentes en una escala que va del 0 (una desviación del funcionamiento normal que no supone ningún riesgo para la seguridad) al 7 (un accidente grave con efectos generalizados). Ha habido tres accidentes de nivel 5 o superior en la industria de la energía nuclear civil, dos de los cuales, el accidente de Chernobyl y el accidente de Fukushima , están clasificados en el nivel 7.
Los primeros accidentes nucleares importantes fueron el desastre de Kyshtym en la Unión Soviética y el incendio de Windscale en el Reino Unido, ambos en 1957. El primer accidente importante en un reactor nuclear en Estados Unidos ocurrió en 1961 en el SL-1 , un reactor experimental del ejército estadounidense . Reactor de energía nuclear en el Laboratorio Nacional de Idaho . Una reacción en cadena incontrolada provocó una explosión de vapor que mató a los tres miembros de la tripulación y provocó una fusión . [211] [212] Otro accidente grave ocurrió en 1968, cuando uno de los dos reactores refrigerados por metal líquido a bordo del submarino soviético K-27 sufrió una falla del elemento combustible , con la emisión de productos de fisión gaseosos al aire circundante. resultando en 9 tripulantes muertos y 83 heridos. [213]
El accidente nuclear de Fukushima Daiichi fue causado por el terremoto y tsunami de Tohoku de 2011 . El accidente no ha causado ninguna muerte relacionada con la radiación, pero ha provocado contaminación radiactiva de las zonas circundantes. Se espera que la difícil operación de limpieza cueste decenas de miles de millones de dólares en 40 años o más. [214] [215] El accidente de Three Mile Island en 1979 fue un accidente de menor escala, clasificado en el nivel 5 de INES. No hubo muertes directas o indirectas causadas por el accidente. [216]
El impacto de los accidentes nucleares es controvertido. Según Benjamin K. Sovacool , los accidentes relacionados con la energía de fisión ocuparon el primer lugar entre las fuentes de energía en términos de coste económico total y representaron el 41 por ciento de todos los daños materiales atribuidos a accidentes energéticos. [217] Otro análisis encontró que los accidentes de carbón, petróleo, gas licuado de petróleo y hidroeléctricos (principalmente debido al desastre de la presa Banqiao ) han tenido mayores impactos económicos que los accidentes de energía nuclear. [218] El estudio compara las muertes por cáncer latente atribuibles a la energía nuclear con las muertes inmediatas de otras fuentes de energía por unidad de energía generada, y no incluye el cáncer relacionado con los combustibles fósiles y otras muertes indirectas creadas por el uso del consumo de combustibles fósiles en su "accidente grave". " (un accidente con más de cinco víctimas mortales). El accidente de Chernóbil en 1986 causó aproximadamente 50 muertes por efectos directos e indirectos, y algunas lesiones graves temporales por el síndrome de radiación aguda . [219] La mortalidad futura prevista por el aumento de las tasas de cáncer se estima en 4.000 en las próximas décadas. [220] [221] [222] Sin embargo, los costos han sido grandes y están aumentando.
La energía nuclear funciona bajo un marco de seguros que limita o estructura las responsabilidades por accidentes de acuerdo con convenios nacionales e internacionales. [223] A menudo se argumenta que este posible déficit en la responsabilidad representa un costo externo no incluido en el costo de la electricidad nuclear. Este coste es pequeño y representa alrededor del 0,1% del coste nivelado de la electricidad , según un estudio de la Oficina de Presupuesto del Congreso de Estados Unidos. [224] Estos costos de seguro fuera de lo normal para los peores escenarios no son exclusivos de la energía nuclear. De manera similar, las centrales hidroeléctricas no están completamente aseguradas contra eventos catastróficos como fallas de represas . Por ejemplo, la falla de la presa de Banqiao causó la muerte de entre 30.000 y 200.000 personas y 11 millones de personas perdieron sus hogares. Dado que las aseguradoras privadas basan las primas del seguro de presas en escenarios limitados, el Estado también proporciona seguros contra desastres importantes en este sector. [225]
Los terroristas podrían atacar plantas de energía nuclear en un intento de liberar contaminación radiactiva en la comunidad. La Comisión del 11 de septiembre de Estados Unidos ha dicho que las plantas de energía nuclear eran objetivos potenciales originalmente considerados para los ataques del 11 de septiembre de 2001 . Un ataque a la piscina de combustible gastado de un reactor también podría ser grave, ya que estas piscinas están menos protegidas que el núcleo del reactor. La liberación de radiactividad podría provocar miles de muertes a corto plazo y un mayor número de muertes a largo plazo. [226]
En Estados Unidos, la NRC lleva a cabo ejercicios "Force on Force" (FOF) en todas las centrales nucleares al menos una vez cada tres años. [226] En los Estados Unidos, las plantas están rodeadas por una doble hilera de vallas altas que son monitoreadas electrónicamente. Los terrenos de la planta están patrullados por una fuerza considerable de guardias armados. [227]
El sabotaje interno también es una amenaza porque los internos pueden observar y evitar las medidas de seguridad. Los crímenes internos exitosos dependían de la observación y el conocimiento de las vulnerabilidades de seguridad por parte de los perpetradores. [228] Un incendio causó daños por valor de 5 a 10 millones de dólares en el Indian Point Energy Center de Nueva York en 1971. [229] El pirómano era un trabajador de mantenimiento de la planta. [230]
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La proliferación nuclear es la propagación de armas nucleares , material fisionable y tecnología nuclear relacionada con armas a estados que aún no poseen armas nucleares. Muchas tecnologías y materiales asociados con la creación de un programa de energía nuclear tienen una capacidad de doble uso, en el sentido de que también pueden usarse para fabricar armas nucleares. Por esta razón, la energía nuclear presenta riesgos de proliferación.
El programa de energía nuclear puede convertirse en una ruta que conduzca a un arma nuclear. Un ejemplo de ello es la preocupación por el programa nuclear de Irán . [233] La reutilización de industrias nucleares civiles para fines militares sería una violación del Tratado de No Proliferación , al que se adhieren 190 países. En abril de 2012, hay treinta y un países que tienen plantas de energía nuclear civiles, [234] de los cuales nueve tienen armas nucleares . La gran mayoría de estos estados con armas nucleares han producido armas antes que las centrales nucleares comerciales.
Un objetivo fundamental para la seguridad global es minimizar los riesgos de proliferación nuclear asociados con la expansión de la energía nuclear. [233] La Asociación Mundial de Energía Nuclear fue un esfuerzo internacional para crear una red de distribución en la que los países en desarrollo necesitados de energía recibirían combustible nuclear a un precio reducido, a cambio de que esa nación aceptara renunciar a su propio desarrollo local de un sistema de enriquecimiento de uranio. programa. El Consorcio Europeo de Enriquecimiento de Uranio por Difusión Gaseosa / Eurodif , con sede en Francia , es un programa que implementó con éxito este concepto, con España y otros países sin instalaciones de enriquecimiento comprando una parte del combustible producido en la instalación de enriquecimiento controlada por Francia, pero sin una transferencia de tecnología. . [235] Irán fue uno de los primeros participantes desde 1974 y sigue siendo accionista de Eurodif a través de Sofidif .
Un informe de las Naciones Unidas de 2009 decía que:
El resurgimiento del interés por la energía nuclear podría dar lugar a la difusión mundial de tecnologías de enriquecimiento de uranio y reprocesamiento de combustible gastado, que presentan riesgos evidentes de proliferación, ya que estas tecnologías pueden producir materiales fisibles que se pueden utilizar directamente en armas nucleares. [236]
Por otro lado, los reactores de potencia también pueden reducir los arsenales de armas nucleares cuando se reprocesan materiales nucleares de grado militar para usarlos como combustible en plantas de energía nuclear. El Programa de Megatones a Megavatios se considera el programa de no proliferación más exitoso hasta la fecha. [231] Hasta 2005, el programa había procesado 8 mil millones de dólares de uranio altamente enriquecido y apto para armas en uranio poco enriquecido adecuado como combustible nuclear para reactores de fisión comerciales diluyéndolo con uranio natural . Esto corresponde a la eliminación de 10.000 armas nucleares. [237] Durante aproximadamente dos décadas, este material generó casi el 10 por ciento de toda la electricidad consumida en los Estados Unidos, o aproximadamente la mitad de toda la electricidad nuclear de los Estados Unidos, con un total de alrededor de 7.000 TWh de electricidad producida. [238] En total se estima que ha costado 17 mil millones de dólares, una "ganga para los contribuyentes estadounidenses", y Rusia se benefició con 12 mil millones de dólares del acuerdo. [238] Beneficios muy necesarios para la industria de supervisión nuclear rusa, que después del colapso de la economía soviética , tuvo dificultades para pagar el mantenimiento y la seguridad del uranio altamente enriquecido y las ojivas nucleares de la Federación Rusa. [239] El Programa Megatones a Megavatios fue aclamado como un gran éxito por los defensores de las armas nucleares, ya que ha sido en gran medida la fuerza impulsora detrás de la fuerte reducción en el número de armas nucleares en todo el mundo desde que terminó la guerra fría. [231] Sin embargo, sin un aumento de los reactores nucleares y una mayor demanda de combustible fisionable, el costo del desmantelamiento y la reducción de la mezcla ha disuadido a Rusia de continuar con su desarme. En 2013, Rusia no parece estar interesada en ampliar el programa. [240]
Al ser una fuente de energía con bajas emisiones de carbono y con relativamente pocos requisitos de uso de la tierra, la energía nuclear puede tener un impacto ambiental positivo. También requiere un suministro constante de cantidades significativas de agua y afecta el medio ambiente a través de la minería y la molienda. [241] [242] [243] [244] Sus mayores impactos negativos potenciales sobre el medio ambiente pueden surgir de sus riesgos transgeneracionales de proliferación de armas nucleares que pueden aumentar los riesgos de su uso en el futuro, riesgos de problemas asociados con la gestión del residuos radiactivos como la contaminación de las aguas subterráneas, riesgos de accidentes y riesgos de diversas formas de ataques a lugares de almacenamiento de residuos o plantas de reprocesamiento y de energía. [72] [245] [246] [247] [248] [244] [249] [250] Sin embargo, estos siguen siendo en su mayoría solo riesgos ya que históricamente solo ha habido unos pocos desastres en plantas de energía nuclear con impactos ambientales relativamente sustanciales conocidos.
La energía nuclear es uno de los principales métodos de generación de energía con bajas emisiones de carbono para producir electricidad y, en términos de emisiones totales de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida por unidad de energía generada , tiene valores de emisión comparables o inferiores a los de la energía renovable . [252] [253] Un análisis de 2014 de la literatura sobre huella de carbono realizado por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) informó que la intensidad de emisión total incorporada del ciclo de vida de la energía nuclear tiene un valor medio de 12 g CO 2 eq / kWh . que es el más bajo entre todas las fuentes de energía comerciales de carga básica . [251] [254] Esto contrasta con el carbón y el gas natural con 820 y 490 g CO 2 eq/kWh. [251] [254] A partir de 2021, los reactores nucleares en todo el mundo han ayudado a evitar la emisión de 72 mil millones de toneladas de dióxido de carbono desde 1970, en comparación con la generación de electricidad a partir de carbón, según un informe. [204] [255]
La dosis promedio de radiación natural de fondo es de 2,4 milisievert por año (mSv/a) a nivel mundial. Varía entre 1 mSv/a y 13 mSv/a, dependiendo principalmente de la geología del lugar. Según las Naciones Unidas ( UNSCEAR ), las operaciones regulares de las centrales nucleares, incluido el ciclo del combustible nuclear, aumentan esta cantidad en 0,0002 mSv/a de exposición pública como promedio mundial. La dosis media procedente de las centrales nucleares en funcionamiento para las poblaciones locales que las rodean es inferior a 0,0001 mSv/a. [256] A modo de comparación, la dosis promedio para quienes viven dentro de un radio de 50 millas (80 km) de una central eléctrica de carbón es más de tres veces esta dosis, 0,0003 mSv/a. [257]
Chernobyl provocó que las poblaciones circundantes más afectadas y el personal de recuperación masculino recibieran un promedio inicial de 50 a 100 mSv durante unas pocas horas o semanas, mientras que el legado mundial restante del peor accidente de una planta de energía nuclear en exposición promedio es de 0,002 mSv/a y continúa cayendo a un ritmo decreciente, desde el máximo inicial de 0,04 mSv por persona como promedio para toda la población del hemisferio norte en el año del accidente en 1986. [256]
El debate sobre la energía nuclear se refiere a la controversia que ha rodeado el despliegue y uso de reactores de fisión nuclear para generar electricidad a partir de combustible nuclear con fines civiles. [25] [259] [26]
Los defensores de la energía nuclear la consideran una fuente de energía sostenible que reduce las emisiones de carbono y aumenta la seguridad energética al disminuir la dependencia de otras fuentes de energía que también [89] [90] [91] a menudo dependen de las importaciones. [260] [261] [262] Por ejemplo, los defensores señalan que anualmente, la electricidad generada con energía nuclear reduce 470 millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono que de otro modo provendrían de combustibles fósiles. [263] Además, la cantidad comparativamente baja de desechos que genera la energía nuclear se elimina de manera segura en las instalaciones de producción de energía nuclear a gran escala o se reutiliza o recicla para otros usos energéticos. [264] M. King Hubbert , quien popularizó el concepto de pico del petróleo , vio el petróleo como un recurso que se agotaría y consideró la energía nuclear como su reemplazo. [265] Sus defensores también afirman que la cantidad actual de desechos nucleares es pequeña y puede reducirse mediante la última tecnología de reactores más nuevos y que el historial de seguridad operativa de la electricidad de fisión en términos de muertes es hasta ahora "incomparable". [14] Kharecha y Hansen estimaron que "la energía nuclear mundial ha evitado un promedio de 1,84 millones de muertes relacionadas con la contaminación del aire y 64 gigatoneladas de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) equivalentes a CO 2 (GtCO 2 -eq) que habrían resultado de las emisiones fósiles". quema de combustible" y, si continúa, podría evitar hasta 7 millones de muertes y 240 GtCO 2 -eq de emisiones para 2050. [204]
Los defensores también llaman la atención sobre el costo de oportunidad de utilizar otras formas de electricidad. Por ejemplo, la Agencia de Protección Ambiental estima que el carbón mata a 30.000 personas al año, [266] como resultado de su impacto ambiental, mientras que 60 personas murieron en el desastre de Chernobyl. [267] Un ejemplo del impacto en el mundo real proporcionado por los proponentes es el aumento de 650.000 toneladas en las emisiones de carbono en los dos meses posteriores al cierre de la planta nuclear Vermont Yankee. [268]
Los opositores creen que la energía nuclear plantea muchas amenazas a la salud de las personas y al medio ambiente [269] [270] como el riesgo de proliferación de armas nucleares, gestión segura de residuos a largo plazo y terrorismo en el futuro. [271] [272] También sostienen que las plantas de energía nuclear son sistemas complejos donde muchas cosas pueden salir mal y han salido mal. [273] [274] Los costos del desastre de Chernobyl ascienden a ≈$68 mil millones a partir de 2019 y están aumentando, [34] se estima que el desastre de Fukushima les costó a los contribuyentes ~$187 mil millones, [189] y se estima que la gestión de desechos radiactivos le cuesta a los contribuyentes Operadores nucleares de la UE ~ 250 mil millones de dólares para 2050. [191] Sin embargo, en los países que ya utilizan energía nuclear, cuando no se considera el reprocesamiento, los costos intermedios de eliminación de desechos nucleares podrían fijarse relativamente en ciertos grados, pero desconocidos [275] "como la parte principal de estos costes provienen del funcionamiento de la instalación de almacenamiento intermedio". [276]
Los críticos encuentran que uno de los mayores inconvenientes de la construcción de nuevas plantas de energía de fisión nuclear son los elevados costos de construcción y operación en comparación con alternativas de fuentes de energía sostenibles. [54] [277] [83] [243] [278] Otros costos incluyen costos de investigación y desarrollo en curso, reprocesamiento costoso en los casos en que se practica [72] [73] [74] [76] y desmantelamiento. [279] [280] [281] Los defensores señalan que centrarse en el costo nivelado de la energía (LCOE), sin embargo, ignora la prima de valor asociada con la electricidad gestionable las 24 horas del día, los 7 días de la semana y el costo de los sistemas de almacenamiento y respaldo necesarios para integrar fuentes de energía variables. a una red eléctrica confiable. [282] "Por lo tanto, la energía nuclear sigue siendo la tecnología de bajas emisiones de carbono disponible con los costos más bajos esperados en 2025. Sólo los grandes embalses hidroeléctricos pueden proporcionar una contribución similar a costos comparables, pero siguen dependiendo en gran medida de las dotaciones naturales de cada país". [283]
En general, muchos opositores consideran que la energía nuclear no puede contribuir significativamente a la mitigación del cambio climático. En general, consideran que es demasiado peligroso, demasiado costoso, que su implementación demora demasiado y que es un obstáculo para lograr una transición hacia la sostenibilidad y la neutralidad de carbono, [83] [284] [285] [286] de manera efectiva . siendo una distracción [287] [288] competencia por recursos (es decir, humanos, financieros, tiempo, infraestructura y experiencia) para el despliegue y desarrollo de tecnologías de sistemas energéticos alternativos y sostenibles [84] [288] [83] [289] ( como, por ejemplo, la energía eólica, oceánica y solar [83] – incluida, por ejemplo, la solar flotante – así como formas de gestionar su intermitencia distintas de la generación de carga base nuclear [290], como la generación gestionable , la diversificación de las energías renovables, [291] [292] superredes , oferta y demanda de energía flexible que regula las redes inteligentes y el almacenamiento de energía [293] [294] [295] [296] [297] tecnologías). [298] [299] [300] [301] [302] [303] [304] [305] [250]
Sin embargo, hay investigaciones y debates en curso sobre los costos de la nueva energía nuclear, especialmente en regiones donde, entre otras cosas, es difícil proporcionar almacenamiento de energía estacional y que apuntan a eliminar gradualmente los combustibles fósiles en favor de energía baja en carbono más rápido que el promedio mundial. [306] Algunos consideran que los costos de transición financiera para un sistema energético europeo 100% basado en energías renovables que haya eliminado por completo la energía nuclear podrían ser más costosos para 2050 según las tecnologías actuales (es decir, sin considerar los avances potenciales, por ejemplo, en hidrógeno verde , transmisión y flexibilidad). capacidades, formas de reducir las necesidades energéticas, energía geotérmica y energía de fusión) cuando la red sólo se extiende por toda Europa. [307] Ambos lados del debate utilizan argumentos de economía y seguridad.
Para desacelerar el calentamiento global se requiere una transición hacia una economía baja en carbono , principalmente quemando mucho menos combustible fósil . Limitar el calentamiento global a 1,5 °C es técnicamente posible si no se construyen nuevas centrales eléctricas de combustibles fósiles a partir de 2019. [308] Esto ha generado un interés y una disputa considerables a la hora de determinar el mejor camino a seguir para reemplazar rápidamente los combustibles fósiles en la combinación energética mundial. , [309] [310] con intenso debate académico. [311] [312] A veces la AIE dice que los países sin energía nuclear deberían desarrollarla además de su energía renovable. [313]
Oferta mundial total de energía primaria de 162.494 TWh (o 13.792 Mtep ) por combustibles en 2017 (IEA, 2019) [314] : 6, 8
Varios estudios sugieren que, en teoría, podría ser posible cubrir la mayor parte de la generación de energía mundial con nuevas fuentes renovables. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) ha dicho que si los gobiernos lo apoyaran, el suministro de energía renovable podría representar cerca del 80% del uso de energía mundial para 2050. [315] Mientras que en las naciones desarrolladas la geografía económicamente viable para la nueva energía hidroeléctrica es Al faltar estos recursos, dado que todas las zonas geográficamente adecuadas ya están en gran parte explotadas, [316] algunos defensores de la energía eólica y solar afirman que estos recursos por sí solos podrían eliminar la necesidad de la energía nuclear. [312] [317]
La energía nuclear es comparable, y en algunos casos inferior, a muchas fuentes de energía renovables en términos de vidas perdidas en el pasado por unidad de electricidad entregada. [202] [200] [318] Dependiendo del reciclaje de las tecnologías de energía renovable, los reactores nucleares pueden producir un volumen mucho menor de residuos, aunque mucho más tóxicos, costosos de gestionar y de mayor duración. [319] [246] También es necesario desarmar y retirar una planta nuclear, y gran parte de la planta nuclear desmantelada debe almacenarse como desechos nucleares de baja actividad durante algunas décadas. [320] La eliminación y gestión de la amplia variedad [321] de desechos radiactivos, de los cuales hay más de un cuarto de millón de toneladas en 2018, pueden causar daños y costos futuros en todo el mundo durante más o durante cientos de miles de años. años [322] [323] [324] – posiblemente más de un millón de años, [325] [326] [327] [328] debido a problemas tales como fugas, [329] recuperación maligna, vulnerabilidad a ataques (incluido el reprocesamiento [ 75] [72] y centrales eléctricas ), contaminación de aguas subterráneas, radiación y fugas a la superficie, fugas de salmuera o corrosión bacteriana. [330] [325] [331] [332] El Centro Conjunto de Investigación de la Comisión Europea descubrió que a partir de 2021 las tecnologías necesarias para la eliminación geológica de residuos nucleares ya están disponibles y se pueden implementar. [333] Los expertos en corrosión señalaron en 2020 que posponer más el problema del almacenamiento "no es bueno para nadie". [334] El plutonio separado y el uranio enriquecido podrían usarse para armas nucleares , que – incluso con el control centralizado actual (por ejemplo, a nivel estatal) y el nivel de prevalencia – se consideran un riesgo global difícil y sustancial de impactos futuros sustanciales en los seres humanos. la salud, la vida, la civilización y el medio ambiente. [72] [245] [246] [247] [248]
Un análisis realizado en 2015 por el profesor Barry W. Brook y sus colegas encontró que la energía nuclear podría desplazar o eliminar completamente los combustibles fósiles de la red eléctrica en 10 años. Este hallazgo se basó en el ritmo históricamente modesto y probado al que se añadió energía nuclear en Francia y Suecia durante sus programas de construcción en los años 1980. [335] [336] En un análisis similar, Brook había determinado anteriormente que el 50% de toda la energía global , incluidos los combustibles sintéticos para el transporte , etc., podría generarse en aproximadamente 30 años si la tasa de creación de fisión nuclear global fuera idéntica a la instalación históricamente probada. tasas calculadas en GW por año por unidad de PIB global (GW/año/$). [337] Esto contrasta con los estudios conceptuales para sistemas de energía 100% renovables , que requerirían una inversión global anual de un orden de magnitud más costosa, lo que no tiene precedentes históricos. [338] Estos escenarios renovables también necesitarían mucho más terreno dedicado a proyectos eólicos y solares terrestres. [337] [338] Brook señala que "las principales limitaciones de la fisión nuclear no son técnicas, económicas o relacionadas con el combustible, sino que están vinculadas a cuestiones complejas de aceptación social, inercia fiscal y política y evaluación crítica inadecuada de la situación real". limitaciones mundiales que enfrentan [las otras] alternativas bajas en carbono". [337]
Los datos científicos indican que, suponiendo los niveles de emisiones de 2021, a la humanidad solo le queda un presupuesto de carbono equivalente a 11 años de emisiones para limitar el calentamiento a 1,5 °C [339] [340], mientras que la construcción de nuevos reactores nucleares tomó una media de 7,2-10,9 años en 2018-2020, [332] sustancialmente más largo que, junto con otras medidas, ampliar el despliegue de energía eólica y solar –especialmente para nuevos tipos de reactores–, además de ser más riesgoso, a menudo retrasado y más dependiente del apoyo estatal. [341] [342] [285] [287] [83] [343] [298] Los investigadores han advertido que las nuevas tecnologías nucleares, que han estado en desarrollo desde hace décadas, [344] [83] [277] se prueban menos, tienen mayores riesgos de proliferación , tienen más problemas de seguridad nuevos, a menudo están lejos de la comercialización y son más caros [277] [83] [243] [345] – no están disponibles a tiempo. [79] [84] [346] [287] [347] [297] [348] Los críticos de la energía nuclear a menudo sólo se oponen a la energía de fisión nuclear pero no a la fusión nuclear; sin embargo, es poco probable que la energía de fusión se generalice comercialmente antes de 2050. [349] [350] [351] [352] [353]
La superficie terrestre media utilizada por las centrales nucleares estadounidenses por 1 GW de capacidad instalada es de 1,3 millas cuadradas (3,4 km 2 ). [354] [355] Para generar la misma cantidad de electricidad anualmente (teniendo en cuenta los factores de capacidad ) a partir de energía solar fotovoltaica se necesitarían aproximadamente 60 millas cuadradas (160 km 2 ), y desde un parque eólico aproximadamente 310 millas cuadradas (800 km 2 ). . [354] [355] No se incluyen en esto los terrenos necesarios para las líneas de transmisión asociadas, el suministro de agua, las líneas ferroviarias, la minería y el procesamiento de combustible nuclear, y para la eliminación de desechos. [356]
Los reactores de fisión actualmente en funcionamiento en todo el mundo son sistemas de segunda o tercera generación , y la mayoría de los sistemas de primera generación ya han sido retirados. La investigación sobre tipos de reactores avanzados de cuarta generación fue iniciada oficialmente por el Foro Internacional Generación IV (GIF) basándose en ocho objetivos tecnológicos, entre ellos mejorar la economía, la seguridad, la resistencia a la proliferación, la utilización de los recursos naturales y la capacidad de consumir los residuos nucleares existentes en la producción de electricidad. La mayoría de estos reactores difieren significativamente de los reactores de agua ligera en funcionamiento actualmente y se espera que estén disponibles para la construcción comercial después de 2030. [357]
La energía nuclear híbrida es un medio propuesto para generar energía mediante el uso de una combinación de procesos de fisión y fusión nuclear. El concepto data de la década de 1950 y fue defendido brevemente por Hans Bethe durante la década de 1970, pero permaneció en gran medida inexplorado hasta que resurgió el interés en 2009, debido a retrasos en la realización de la fusión pura. Cuando se construye una planta de energía de fusión nuclear sostenida, tiene el potencial de ser capaz de extraer toda la energía de fisión que queda en el combustible de fisión gastado, reducir el volumen de desechos nucleares en órdenes de magnitud y, lo que es más importante, eliminar todos los actínidos presentes en el combustible gastado, sustancias que plantean problemas de seguridad. [358]
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Las reacciones de fusión nuclear tienen el potencial de ser más seguras y generar menos desechos radiactivos que la fisión. [359] [360] Estas reacciones parecen potencialmente viables, aunque técnicamente son bastante difíciles y aún no se han creado a una escala que pueda usarse en una planta de energía funcional. La energía de fusión ha sido objeto de investigación teórica y experimental desde los años cincuenta. La investigación sobre la fusión nuclear está en marcha, pero no es probable que la energía de fusión se generalice comercialmente antes de 2050. [361] [362] [363]
Existen varios reactores e instalaciones de fusión nuclear experimentales. El mayor y más ambicioso proyecto internacional de fusión nuclear actualmente en marcha es el ITER , un gran tokamak en construcción en Francia. Está previsto que el ITER allane el camino para la energía de fusión comercial demostrando reacciones de fusión nuclear autosostenidas con ganancia de energía positiva. La construcción de la instalación ITER comenzó en 2007, pero el proyecto ha sufrido muchos retrasos y excesos presupuestarios. Ahora no se espera que la instalación comience a operar hasta el año 2027, 11 años después de lo previsto inicialmente. [364] Se ha propuesto una continuación de la central de fusión nuclear comercial, DEMO . [349] [365] También hay sugerencias para una planta de energía basada en un enfoque de fusión diferente, el de una planta de energía de fusión inercial .
Inicialmente se creía que la generación de electricidad mediante fusión era fácilmente alcanzable, como lo había sido la energía eléctrica de fisión. Sin embargo, las exigencias extremas de reacciones continuas y contención del plasma hicieron que las proyecciones se prolongaran varias décadas. En 2020, más de 80 años después de los primeros intentos , se pensaba que la comercialización de la producción de energía de fusión era poco probable antes de 2050. [349] [350] [351] [352] [353]
Para mejorar y acelerar el desarrollo de la energía de fusión, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) otorgó 46 millones de dólares a ocho empresas, incluidas Commonwealth Fusion Systems y Tokamak Energy Inc, en 2023. Esta ambiciosa iniciativa tiene como objetivo introducir la fusión a escala piloto dentro de un década. [366]
Aunque el reprocesamiento comercial implica instalaciones grandes y costosas, algunas de las cuales son identificables por su estructura, es factible una operación pequeña e improvisada utilizando suministros industriales estándar (Ferguson 1977, US GAO 1978). Una planta de este tipo podría construirse sin firmas visuales que revelaran su ubicación mediante imágenes aéreas, podría construirse en varios meses y, una vez operativa, podría producir cantidades de material fisionable para armas en varios días.
Sin embargo, se puede observar que la simulación en el escenario A3 se detiene en 2075 debido a una escasez: la relación R/P se anula. Los cálculos detallados también muestran que, aunque no se cancela en el escenario C2, la relación R/P se deteriora constantemente, cayendo de 130 años en 2013 a 10 años alrededor de 2100, lo que genera preocupaciones de escasez en esa época. Las limitaciones de exploración afectan, por tanto, a la seguridad del suministro.
La concentración promedio mundial en el agua de mar es de 0,05 μg/L (Harmsen y De Haan 1980).
La Ley de Política de Residuos Nucleares de 1982 (NWPA) definió el combustible irradiado como combustible nuclear gastado y los subproductos como residuos de alta actividad.
Una vez irradiado en un reactor, el combustible del ciclo torio-uranio contiene una mezcla de 232U (vida media de 68,9 años) cuya cadena de desintegración radiactiva incluye emisores (en particular 208Tl) de radiación gamma de alta energía (2,6
MeV). Esto dificulta el tratamiento del combustible de torio gastado, requiere manipulación/control remoto durante el reprocesamiento y durante la posterior fabricación del combustible, pero, por otro lado, puede considerarse como una barrera adicional a la no proliferación.
Las principales fuentes de energía actuales son principalmente no renovables: gas natural, petróleo, carbón, turba y energía nuclear convencional. También existen fuentes renovables, como la madera, las plantas, el estiércol, las caídas de agua, las fuentes geotérmicas, la energía solar, de las mareas, el viento y las olas, así como la fuerza muscular humana y animal. Los reactores nucleares que producen su propio combustible ('criadores') y, eventualmente, los reactores de fusión también entran en esta categoría.
Antes de que una planta de energía nuclear comience a operar, el titular de la licencia debe establecer u obtener un mecanismo financiero (como un fondo fiduciario o una garantía de su empresa matriz) para garantizar que habrá suficiente dinero para pagar el desmantelamiento final de la instalación.
En 2001, se habían construido unos 235 reactores navales.
La energía nuclear tiene menores riesgos para la salud relacionados con la electricidad que el carbón, el petróleo y el gas. ...las cargas para la salud son considerablemente menores en el caso de la generación a partir de gas natural, y aún menores en el caso de la energía nuclear. Este estudio incluye en su comparación las muertes latentes o indirectas, por ejemplo las causadas por la inhalación de partículas creadas por combustibles fósiles, eventos cardiopulmonares inducidos por smog, pulmón negro, etc.
En conjunto, la literatura sobre evaluación del ciclo de vida muestra que la energía nuclear es similar a otras energías renovables y mucho más baja que los combustibles fósiles en cuanto a emisiones totales de GEI durante el ciclo de vida.
Concluimos que nuestro ejercicio numérico confirma la revisión de la literatura, es decir, la economía de las centrales nucleares no es favorable para inversiones futuras, aunque ni siquiera se consideran los costos adicionales (desmantelamiento, almacenamiento a largo plazo) y los costos sociales de los accidentes. .
Hay pocas razones económicas para que Suecia reinvierta en energía nuclear. La abundante energía hidroeléctrica permite un sistema de energía renovable de bajo costo sin energía nuclear.
Se han propuesto varias opciones de flexibilidad para facilitar la integración de las ERV, incluida la interconexión de recursos geográficamente dispersos, la interconexión de diferentes tipos de ERV, la construcción de activos de generación flexibles y gestionables, el desplazamiento de cargas flexibles a través de la respuesta a la demanda, el desplazamiento de la generación de electricidad a través del almacenamiento, la reducción del exceso de generación y las interconexiones con el sistema de transporte. o los sectores de energía de calefacción, y mejorar las metodologías de pronóstico de ERV (Delucchi y Jacobson 2011). Estudios anteriores de integración de ERV han considerado diferentes combinaciones de opciones de equilibrio, pero pocos han considerado todas las opciones de flexibilidad simultáneamente.
A los oponentes de las energías renovables les encanta resaltar la variabilidad del sol y el viento como una forma de reforzar el apoyo a las plantas de carbón, gas y nucleares, que pueden operar más fácilmente según demanda o proporcionar energía de "carga base" (continua). El argumento se utiliza para socavar grandes inversiones en energía renovable, presentando una barrera retórica a tasas más altas de adopción de energía eólica y solar. Pero la realidad es mucho más favorable para las energías limpias.
Los pequeños reactores modulares se desarrollaron por primera vez en la década de 1950 para su uso en submarinos de propulsión nuclear. Desde entonces, Rolls-Royce ha diseñado reactores para siete clases de submarinos y dos prototipos de reactores terrestres independientes.
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