El mundo en el que vivimos necesita de la energía para poder funcionar, ya sea térmica, química, eléctrica, cinética o nuclear. ¿Para qué? Para los distintos tipos de transporte, la iluminación, la producción de los alimentos que ingerimos hasta una lista interminable de cuestiones necesarias para nuestra supervivencia y confort.
Durante años hemos utilizado distintas fuentes de energía cuyo abuso le hicieron un gran daño a nuestro ambiente. Es el caso de las energías que provienen de los combustibles fósiles. Estas energías se obtienen mediante la quema de combustibles fósiles, cuyo proceso libera dióxido de carbono y gases de efecto invernadero, lo que provocan la principal causa del calentamiento global y del cambio climático.
Pero, claro está, hay alternativa. Una de ellas es la energía nuclear, que es infinitamente más limpia y menos dañina que otras formas de obtener energía.
En este artículo analizaremos de qué se trata esta fuente de energía del futuro, cómo puede contribuir a la transición energética, qué aplicaciones tiene y qué ventajas y desventajas se desprenden de su uso.
El mundo necesita de manera urgente una transición energética.
¿Qué es la energía nuclear?
Cuando hablamos de energía nuclear nos referimos a un tipo de energía que tiene lugar cuando se produce una liberación de forma espontánea en las reacciones nucleares.
Se trata de una alternativa a la energía producida por los combustibles fósiles y es, entre otras cosas, una herramienta de independencia energética para aquellos países que no poseen petróleo.
Este proceso de liberación de energía en el núcleo de un átomo se puede dar por dos tipos de reacciones nucleares: la fisión nuclear y la fusión nuclear.
La fisión nuclear es la que comúnmente se utiliza en las centrales nucleares y sirve para generar energía eléctrica. Su proceso consiste en la división de un núcleo, producto de la captación de un neutrón incidente, en núcleos más livianos denominados productos de fisión.
Pero no son solo nuevos núcleos los que se forman producto de la fisión, sino que, además, este proceso da lugar a neutrones, rayos gamma y en lo que respecta a nuestro tema, la liberación de grandes cantidades de energía.
La reacción nuclear no es más que la interacción entre núcleos atómicos y las partículas elementales.
Para mayor claridad, las partículas elementales son aquellas que componen la materia y no tienen estructura interna conocida, es decir, que no se componen de partículas más pequeñas. Es el caso del neutrón, el electrón y el protón.
Es precisamente la energía nuclear, contenida en el núcleo de un átomo, la que mantiene unidos a neutrones y protones. Lo que se necesita para hacer uso de la energía, es, justamente, que sea liberada.
Como explicamos, cuando se separan los átomos, se forman átomos más livianos, ya que experimentan una pérdida de masa. Es esa masa que pierden los núcleos atómicos la que se convierte en energía calorífica y de radiación que es utilizada, por ejemplo, para la producción de energía eléctrica.
Aplicaciones y generación de energía
La energía nuclear es útil para una serie de aplicaciones de la vida cotidiana y del mundo industrial.
Podemos encontrar energía nuclear en los detectores de humo de un departamento, en la industria agrícola, en la medicina y hasta en el transporte.
Pero, sobre todo, es importante y necesaria en estos días para la generación de energía eléctrica en las centrales nucleares. Aunque esta sea una de las aplicaciones más conocidas, la energía nuclear va más allá.
Por ejemplo, la energía nuclear también se utiliza para desalinizar el agua del mar, convirtiéndola en agua potable. Los reactores nucleares pueden suministrar calor en el proceso de desalinización, lo que brinda una fuente confiable y sostenible de agua dulce en áreas donde existe escasez.
A su vez, otra de las aplicaciones importantes se da en el campo de las investigaciones científicas y aplicaciones médicas. Estos reactores son fundamentales para la producción de radioisótopos utilizados en terapias de radiación, diagnóstico por imagen y en la investigación de nuevos materiales y medicamentos.
Generación de calor y electricidad
Como hemos analizado previamente, las centrales nucleares producen electricidad al aprovechar el calor generado por la fisión nuclear.
Este método de generación es altamente eficiente y emite bajas cantidades de gases de efecto invernadero, lo cual transforma a la energía nuclear en una energía limpia.
Ahora bien, por lo general, este proceso es utilizado para alimentar con electricidad a ciudades enteras y se desarrolla en las ya mencionadas centrales nucleares. Un 17% de la electricidad generada en el mundo se obtiene de esta fuente.
Una central nuclear es una instalación industrial cuya principal función es la generación de electricidad.
Todo el proceso que ocurre en la central nuclear es posible gracias a un reactor, que almacena el combustible nuclear, y que mantiene controlada la fisión nuclear que libera energía térmica en grandes cantidades.
Una vez que se libera la energía térmica, se utiliza para calentar agua hasta que se transforme en vapor de alta presión y temperatura.
Aquí es donde aparece la figura del generador al que se le conecta una turbina que gira gracias al movimiento del vapor. Es el generador el que transforma la energía mecánica que se produce por el giro de la turbina en energía eléctrica.
Combustibles nucleares
Como en todos los procesos de generación de los distintos tipos de energía, para que la misma sea exitosa, se necesita un combustible.
En el caso de la energía nuclear, el combustible utilizado en mayor medida es el uranio-235. Esto se debe principalmente a que es altamente fisible, es decire su núcleo puede escindirse por fisión al interactuar con un neutrón, y se puede disponer de él fácilmente.
Otro combustible utilizado es el plutonio-239, que se produce a partir de la transformación del uranio-238 en un reactor nuclear mediante el proceso de captura de neutrones.
Sin embargo, hoy en día, los investigadores trabajan en el desarrollo de nuevos combustibles nucleares, como los reactores rápidos de fisión y los reactores de fusión, que prometen una mayor eficiencia y la reducción de los residuos.
Discusión sobre el uranio como principal combustible en reactores nucleares
El uranio es un elemento químico clave en la obtención de energía nuclear. Esto es así por una simple razón; al dividir sus átomos, se obtienen grandes cantidades de energía que básicamente son fuente de energía eléctrica ilimitada.
Una de las características más conocidas del uranio es la radioactividad que se desprende de sus sales. Es por eso que se trata de un elemento que sin los cuidados suficientes puede causar grandes daños a la salud.
Si no se tiene precaución, el uranio se transforma y puede producir radiación beta y gamma, las cuales penetran el cuerpo y pueden provocar la muerte de las células y enfermedades.
Pero el gran problema ambiental que supone la energía nuclear tiene que ver con los residuos radioactivos que genera. Se trata de elementos químicos que son producto de la fisión y que no tienen ninguna utilidad práctica, pero que suponen un gran peligro si no son debidamente almacenados y controlados.
Es por la existencia de estos residuos que históricamente se ha generado una controversia, sobre todo por parte de los ambientalistas, en torno a la energía nuclear como fuente generadora de energía.
Sin embargo, como hemos visto hasta ahora, la energía nuclear está adquiriendo una imagen más positiva, ya que, a comparación del daño que le producen los combustibles fósiles a la atmósfera, las consecuencias de las centrales nucleares son mucho menores.
Otros combustibles nucleares utilizados en aplicaciones específicas
Además de los combustibles mencionados, existen otros cuyo uso no es tan popular, pero que igualmente son necesarios para tareas específicas como aquellas de aplicación militar o para investigación.
Es el caso del combustible para un reactor RBMK, el cual fue usado en la central nuclear de Chernobyl; el combustible compacto TRISO; y el combustible CerMet, utilizado en los reactores de la US Navy.
Ventajas de la energía nuclear
Tal como hemos venido planteando en este artículo, la energía nuclear aparece como una de las alternativas energéticas más limpias y eficientes de cara al futuro. Tendrá, sin duda, un papel fundamental en la transición energética debido a sus variadas ventajas que analizaremos a continuación.
Reducción del impacto ambiental
El impacto ambiental que genera la quema de combustibles fósiles es el causante principal del aumento del calor en la atmósfera y por ende del cambio climático y del calentamiento global.
Es por tal razón que comienza a ser necesario que aparezcan alternativas menos contaminantes. Si bien la energía nuclear tiene el inconveniente previamente analizado de los desechos radioactivos, de su producción no se emite ningún gas, por lo que es, por lejos, menos dañino para el ambiente.
Eficiencia energética disponibilidad de recursos
Pero a su vez, las ventajas de la energía nuclear no se relacionan solamente con el cuidado y la protección del ambiente, sino que también es más eficiente en comparación a otras fuentes de energía.
Esto es principalmente porque las centrales nucleares pueden producir a máxima potencia durante casi todo el año. De hecho, según la Administración de Información de la Energía de los Estados Unidos, la energía nuclear ha sido en ese país entre 1,5 y 2 veces más eficiente que las unidades de gas natural y carbón.
La eficiencia energética tiene que ver con la posibilidad de lograr una mayor producción con el menor costo posible. Los datos que arroja la energía nuclear en este sentido la hacen una opción más que elegible, ya que los costos de operación que conllevan en relación a los giga watts producidos son más baratos que otras alternativas.
Disponibilidad de recursos
Por otra parte, a diferencia de otros combustibles como el petróleo, el uranio que existe en el mundo es suficiente para satisfacer la demanda de las centrales nucleares de cara al futuro. Se trata de uno de los minerales más abundantes en la naturaleza.
Se encuentra en diversas partes del mundo, pero su máxima concentración está en países como Kazajistán (41,7%), Australia (12,1%) y Canadá (12,7%).
Contribución al desarrollo científico y tecnológico.
Otra de las ventajas de la energía nuclear tiene que ver con el desarrollo de la ciencia y de la tecnología, ya que contribuye al avance de la siderurgia, la metalurgia, la medicina y la mecánica.
Desventajas de la energía nuclear
Más allá de las ventajas ya mencionadas, existe una serie de cuestiones a considerar acerca de la energía nuclear:
Residuos nucleares y su gestión
Una de las principales preocupaciones acerca de las centrales nucleares tiene que ver con la cantidad de desechos radiactivos que generan.
Se trata de elementos químicos con una vida media muy elevada, que no tienen utilidad alguna y que son muy peligrosos para el ambiente y para la salud de las personas.
Lo cierto es que, si son tratados con la seguridad correspondiente, estos desechos no deberían ser un problema, pero gestionarlos se vuelve un desafío porque es necesario tener un lugar donde almacenarlos dentro de la propia central nuclear.
Por lo general, en los primeros años, los desechos son almacenados en grandes piletas de agua con refrigerante y blindaje. Luego, pasan a silos de hormigón donde quedarán hasta que dejen de ser tóxicos.
Preocupaciones sobre seguridad y proliferación nuclear
Otra desventaja tiene que ver con la seguridad en las centrales nucleares. Como vimos, el uranio es un elemento peligroso por sí mismo debido a que a través de la fisión se produce una gran liberación de energía, y además se trata de un mineral altamente radioactivo.
Todas estas características pueden dar lugar a un accidente que ponga en riesgo los alrededores de la planta. Si bien las chances de un accidente son bajas, han existido a lo largo de la historia algunos casos como la famosa catástrofe de Chernobyl, que provocó una gran cantidad de muertos y enfermos e hizo imposible habitar la ciudad.
A su vez, otro fenómeno que preocupa es el de la proliferación nuclear. Se trata de la cantidad de países que empiezan a innovar sus armamentos y a introducirse en las armas nucleares.
No pasó mucho tiempo desde el conocimiento del potencial de la energía liberada en los átomos del uranio hasta la fabricación de bombas con un peligro inimaginable. Es histórico el suceso de Hiroshima que dio fin a la segunda guerra con el lanzamiento de una bomba nuclear que exterminó dicha ciudad junto a todos sus habitantes.
Si bien el período de máxima tensión ocurrió durante la guerra fría, hoy los estados siguen mejorando y realizando explosivos nucleares muy peligrosos que podrían ser elementos de destrucción masiva.
Consideraciones de costos y tiempos de construcción
Por último, cabe destacar que la construcción de una central nuclear implica, para los estados o para las empresas energéticas, un elevado costo.
No solo es costoso construir la central con todos los recaudos de seguridad que ello implica, sino que también es costoso su mantenimiento.
Seguridad y gestión de residuos
Tal como hemos marcado, las centrales nucleares necesariamente deben cumplir con recaudos estrictos de seguridad. A su vez, esa seguridad está relacionada con la gestión de los residuos radiactivos que son producto de la fisión.
Seguridad en centrales nucleares
La seguridad en las centrales nucleares es otro aspecto crucial en lo que respecta a este tipo de producción de energía.
Aunque los accidentes nucleares son muy poco frecuentes, sus consecuencias pueden ser devastadoras tanto para el entorno como para las personas. La prevención y mitigación de estos riesgos son fundamentales para el correcto funcionamiento de una planta.
Las centrales nucleares implementan una serie de medidas de seguridad, como la utilización de barreras físicas y barreras biológicas para evitar la liberación de sustancias radiactivas.
Además, se realizan rigurosos controles de calidad, inspecciones y mantenimiento periódico en todas las etapas del proceso nuclear.
Estas medidas, junto con una cultura de seguridad sólida que debe ser impartida entre los trabajadores de las centrales, contribuyen a garantizar la seguridad de las instalaciones y minimizar el impacto en el medio ambiente.
Tal es la importancia de estas medidas de seguridad que el dejar de cumplirlas podría ocasionar graves incidentes como el de Chernobyl. Se estima que la ciudad no será habitable hasta dentro de 20.000 años a causa del desastre nuclear ocurrido.
Las fallas en una central pueden venir por errores humanos o por error de las instalaciones, pero lo cierto es que lo importante es que exista un organismo de control que evalúe que todo se esté llevando a cabo de forma correcta y que el cumplimiento de las medidas sea total.
Gestión de residuos nucleares
La gestión de residuos nucleares es uno de los aspectos más críticos de la energía nuclear. Dado que los desechos nucleares pueden ser altamente radiactivos y tardan miles de años en degradarse, es fundamental garantizar que su gestión y su manejo sean adecuados.
Existen diversas estrategias para gestionar estos residuos, como el almacenamiento temporal, el reprocesamiento y el almacenamiento geológico profundo.
Por un lado, el almacenamiento temporal implica mantener los residuos nucleares en instalaciones seguras, como piletas con refrigerantes o silos de hormigón, durante un período de tiempo limitado, lo que permite su posterior gestión.
Por otro lado, el reprocesamiento consiste en extraer componentes reutilizables de los residuos nucleares para su posterior uso en reactores nucleares.
Por último, el almacenamiento geológico profundo implica la ubicación de los desechos en capas profundas del subsuelo, donde se espera que estén aislados de la biosfera durante períodos de tiempo extremadamente largos.
Cabe aclarar que los proyectos de almacenamiento geológico profundo deben cumplir estrictas regulaciones y realizar estudios de impacto ambiental para garantizar que la salud humana y el medio ambiente estén protegidos.
Impacto de la energía nuclear
El impacto de la energía nuclear es masivo y global. Tal como hemos mencionado, una gran parte del mundo tiene electricidad gracias a esta manera de producir energía.
Contribución a sectores clave
Como hemos mencionado, la energía nuclear no es solamente una fuente de generación de energía eléctrica, sino que va más allá.
Ha contribuido a sectores clave para la sociedad como por ejemplo la medicina. Esta última ha aprovechado los beneficios de la energía nuclear en diferentes áreas.
Una de ellas es la producción de radioisótopos utilizados en diagnósticos médicos y tratamientos de enfermedades. Estos isótopos, como el tecnecio-99m, el yodo-131 y el cobalto-60, juegan un papel esencial en la medicina nuclear, permitiendo la realización de diagnóstico por imágenes y tratamientos que alcanzan una gran precisión.
Por otra parte, otra industria que se ha visto beneficiada con la energía nuclear es la metalurgia.
La irradiación de materiales metálicos con neutrones provenientes de reactores nucleares puede alterar las propiedades de los metales, mejorando su resistencia y durabilidad.
Incluso la energía nuclear ha impulsado la creación de materiales avanzados y aleaciones útiles que han sido una gran innovación, como el tantalio y el molibdeno.
Por último, otra de las industrias que se vio beneficiada es la agrícola. La agricultura, a través de la técnica de la irradiación de alimentos, ha logrado grandes innovaciones.
Este proceso consiste en exponer los alimentos a radiación ionizante, lo que ayuda a prolongar su vida útil al reducir la presencia de microorganismos y plagas, sin que se alteren sus propiedades nutricionales.
Por último, la energía nuclear también ha contribuido al desarrollo de cultivos mejorados y técnicas de inseminación artificial en la cría de ganado.
Energía nuclear en Argentina
Argentina, como otros países del mundo, hace uso de la energía nuclear para diversos fines. Se estima que cerca del 10% de la energía eléctrica que consume el país es producida mediante la fisión en las centrales nucleares.
Hoy en día, el país cuenta con tres centrales nucleares: Atucha I, Atucha II y Embalse.
Atucha I y II están ubicadas en el mismo complejo nuclear en la localidad de Zárate en la provincia de Buenos Aires, mientras que la central Embalse se encuentra en Río Tercero, provincia de Córdoba. Se espera que para 2028 esté terminada una cuarta planta.
La República Argentina ha sido pionera en la región en materia de energía nuclear y fue el primer país en adoptar este tipo de tecnología.
El país está comprometido por el Acuerdo de París de Cambio Climático a reducir los gases de efecto invernadero, por lo cual existe un consenso generalizado entre sus dirigentes sobre la necesidad de innovar en nuevas formas de producción energética.
Energía nuclear y medio ambiente
El futuro de la energía en general está en discusión. Hoy más de la mitad de la energía que se produce en el mundo proviene de combustibles fósiles como el petróleo.
Los combustibles fósiles tienen diversos problemas, entre ellos la cuestión de que en un futuro no muy lejano comenzarán a escasear. Pero, además, la quema de estos, con la cual se obtiene energía, provoca un daño muy grande a la atmósfera.
Este daño está provocado por la liberación en grandes cantidades de gases como el dióxido de carbono, benzopireno, óxido de azufre y monóxido de carbono.
A causa de esto, el efecto invernadero se potencia, aumenta la temperatura media del planeta a través de un fenómeno conocido como calentamiento global, sube el nivel del mar a causa de los deshielos y se producen más sequías e inundaciones.
Por su parte, la energía nuclear casi no produce emisión de gases de efecto invernadero. Esto la hace una alternativa más sustentable en comparación a los combustibles fósiles.
Desarrollo futuro
Para que la energía nuclear pueda estar a la altura de los desafíos que se presenten, es necesaria una constante innovación que permita mejorar las tecnologías utilizadas y lograr un uso más seguro y eficiente.
Innovaciones y avances en tecnología nuclear
La constante búsqueda de mejoras para lograr una energía nuclear más productiva ha impulsado algunas innovaciones y avances.
En primer lugar, se están desarrollando reactores nucleares de cuarta generación para mejorar la eficiencia y la seguridad dentro de las plantas.
Estos reactores utilizan combustibles avanzados y nuevos sistemas de refrigeración que ofrecen un mayor rendimiento y un menor riesgo de accidentes.
Además, se está desarrollando la investigación con respecto a la fusión nuclear. Se trata de otra reacción nuclear diferente a la fisión.
La reacción aprovecha el mismo proceso que ocurre en el sol, fusionando átomos de hidrógeno para liberar energía. Aunque aún se encuentre en una etapa experimental, la fusión nuclear promete una fuente de energía limpia y segura con abundancia de materia prima.
Reactores nucleares avanzados y su potencial
Otra innovación en la industria de la energía nuclear es la de los reactores nucleares avanzados.
Se trata de una verdadera innovación tecnológica que incluye diseños como los reactores de neutrones rápidos y los reactores de sal fundida, que presentan ciertas ventajas entre las que podemos destacar una mayor eficiencia energética y la capacidad de utilizar combustibles nucleares más abundantes.
Además, algunos reactores avanzados pueden reciclar y reutilizar residuos nucleares, reduciendo su impacto ambiental.
El potencial de los reactores nucleares avanzados es amplio y diverso. Además de la generación de electricidad, estos reactores pueden desempeñar un papel protagónico en otras actividades como la desalinización del agua, la producción de hidrógeno como combustible limpio y en aplicaciones industriales de alto calor.
Perspectivas sobre la energía nuclear en la lucha contra el cambio climático
El cambio climático es uno de los problemas más serios que atraviesa el mundo de hoy en día.
Una de las principales causas del aumento de la temperatura media de la tierra se da con la emisión de gases de efecto invernadero producto de la quema de combustibles fósiles.
Es por eso que la energía nuclear debe ser una herramienta de transición energética para reemplazar poco a poco estos métodos de obtención de energía y contribuir a la descontaminación del planeta.
Conclusiones
A lo largo de este artículo hemos analizado en forma extensa cuál es el papel que tendrá la energía nuclear en el futuro.
Existen diversas razones por las cuales tiene que ser una protagonista de la transición energética junto a las energías renovables. Para ello, lógicamente, debe haber innovaciones y nuevas tecnologías que permitan mejorar la seguridad en las centrales y que la hagan más eficiente.
Son muchos los sectores que se ven beneficiados con este tipo de tecnología, que no es útil simplemente para producir energía eléctrica, sino que también tiene una gran aplicación en la medicina y en la agricultura.
Por otro lado, también hemos hecho referencia a su papel en el desarrollo de la ciencia y la tecnología.
A su vez, es necesario que se incremente su producción para que reemplace de manera progresiva a los combustibles fósiles y de esa manera colabore con la lucha contra el cambio climático.
