Energía nuclear, ¿rentable y verde o ruina económica y medioambiental?

Justo antes de que acabara el año, la Comisión Europea emitió un informe en el que propone un proyecto de etiquetado verde para la energía nuclear y el gas natural. Todo ello con un propósito: permitir una financiación más favorable de las instalaciones relacionadas con este tipo de energías.

Esto se produce en un entorno de crisis energética en el que los precios siguen subiendo mientras la Unión Europea ve como se hace realmente complicado cumplir con los objetivos pactados de reducción de emisiones.

Existen dos métodos para lograr energía: fusión nuclear y fisión nuclear

Todo ello ha hecho que el viejo debate sobre la energía nuclear se haya intensificado, planteándose de nuevo dudas sobre la idoneidad de apostar por ella. El Gobierno de España lo tiene claro: la nuclear no es el camino. Pero mientras debe hacer frente a una dependencia energética del exterior que, en muchos casos, le obliga a recibir electricidad proveniente de centrales nucleares, como es el caso de la que llega de Francia.

Para muchos, la energía nuclear es el futuro y, sobre todo, la clave de una descarbonización efectiva y eficiente. ¿Qué hay de cierto en todo ello? Intentemos arrojar algo de luz al respecto.

Qué es la energía nuclear

Comencemos aprendiendo conceptos básicos sobre la energía nuclear que nos permitirán poner todo lo demás en contexto. La energía nuclear es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que puede dividirse un elemento químico manteniendo sus propiedades. En el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos neutrones y protones.

Pero la energía nuclear se puede utilizar para producir electricidad, aunque primero la energía debe ser liberada. Existen dos métodos para lograrlo: fusión nuclear y fisión nuclear.

En el primer caso, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. Así es como el sol produce energía. Mientras que en la fisión nuclear, los núcleos se separan para formar núcleos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan este último método para producir electricidad.

Una cuestión importante es que, cuando se produce una de estas dos reacciones nucleares, los átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica y de radiación. La energía calorífica generada se utiliza para producir vapor y generar electricidad.

Finalizamos esta pequeña clase sobre energía nuclear señalando que una central nuclear es una instalación industrial en la que se genera electricidad a partir de la energía térmica producida mediante reacciones de fisión en la vasija de un reactor nuclear.

El componente central de una central es el reactor, que es la instalación donde se aloja el combustible nuclear y que cuenta con sistemas que permiten iniciar, mantener y detener, de modo controlado, reacciones nucleares de fisión que liberan grandes cantidades de energía térmica.

La energía térmica liberada se utiliza para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta presión y temperatura. Este vapor hace girar una turbina que está conectada a un generador que transforma la energía mecánica del giro de la turbina en energía eléctrica, lista para su utilización industrial.

Cuánto contamina la energía nuclear

Un informe reciente de la Comisión Económica de Naciones Unidas para Europa (UNECE) determina que la energía nuclear es la fuente eléctrica menos contaminante teniendo en cuenta el ciclo de vida completo del proceso, es decir, desde la obtención de la materia prima, pasando por la fabricación de todos los elementos involucrados y hasta la generación de la energía y el posterior proceso de reciclaje.

Esta aseveración incluye las energías renovables, que si bien no producen prácticamente costes ni emiten gases o partículas contaminantes durante su generación, también necesitan de un proceso previo y posterior de fabricación y reciclaje de elementos como las placas solares o los aerogeneradores, entre otros elementos.

Las tecnologías candidatas evaluadas fueron el carbón, el gas natural, la energía hidroeléctrica, la energía nuclear, la energía solar concentrada, la fotovoltaica y la eólica. 12 regiones globales fueron objeto de la evaluación, lo que permitió variar los factores de carga, las tasas de fuga de metano o el consumo de electricidad de la red, entre otros factores.

El informe también destaca que la mayor parte de las emisiones de gases de efecto invernadero que las tecnologías renovables generan están incorporadas en la infraestructura (hasta el 99% para la energía fotovoltaica), lo que sugiere grandes variaciones en los impactos del ciclo de vida debido al origen de la materia prima, la combinación de energía utilizada para la producción, los modos de transporte en las diversas etapas de fabricación e instalación, etc.

De igual modo, el informe señala otros efectos sobre el medio ambiente de las distintas tecnologías. Que el carbón sea la fuente de energía peor parada no es sorprendente, pero sí es llamativo que las renovables afecten al medio ambiente en lo que respecta al uso de la tierra, muy alto en energía solar, el uso de agua, sobre todo en paneles solares de silicio, o los recursos materiales para su construcción donde la solar fotovoltaica y eólica no salen bien paradas teniendo en cuenta los metales no ferrosos.

«Sin excepción, toda tecnología de generación de electricidad provoca impactos ambientales a lo largo de su ciclo de vida. Y estos impactos pueden variar ampliamente según el sitio de implementación y otras opciones de diseño. Una política energética adecuada debe basarse en evaluaciones del ciclo de vida y tener en cuenta los impactos ambientales de todas las tecnologías de generación y la infraestructura de apoyo del sistema energético total», concluye UNECE en su informe.

Por su parte, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) señala en el informe The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions que, de todas las energías de bajas emisiones, la nuclear es la que menos minerales necesita extraer para producir una cantidad de electricidad equivalente.

¿Es peligrosa la energía nuclear?

No cabe duda de que la nuclear sostiene sobre sus hombros una tragedia de una magnitud casi incalculable como la que sufrió la Central de Chernobyl el 26 de abril de 1986.

Independientemente de que ello se produjera a consecuencia de una serie de irresponsables y egoístas decisiones, tanto por parte de los organismos competentes como de los responsables de la Central, lo que ha quedado en la mentalidad de millones de personas es que las centrales nucleares son intrínsecamente peligrosas.

Es innegable, la radiación es potencialmente mortal a un nivel incomparable en relación a cualquier otro fenómeno, pero no es menos cierto que los avances realizados en materia de seguridad a lo largo de los últimos 35 años ha sido considerables y que, tras el terremoto-maremoto de Fukushima, quedó más que probada la seguridad de las centrales nucleares ante este tipo de catástrofes no previstas.

Análisis de posibilidades y riesgos de la energía nuclear a cargo del canal DW en español.

La radiación nuclear se emplea por ejemplo en la gammagrafía y en la medicina nuclear. La gammagrafía utiliza las interacciones de los rayos gamma al penetrar por los diferentes tejidos. La medicina nuclear elimina los tejidos malignos a partir de la radiactividad de elementos radiactivos introducidos en el paciente.

Las radiaciones ionizantes en un organismo vivo se deben principalmente a la energía absorbida por las células y los tejidos que la forman. Esta energía produce descomposición química de las moléculas presentes que a menos de 100 mSv, no produce ninguna respuesta clínica. Pero, al aumentar la dosis, el organismo va presentando diferentes manifestaciones hasta llegar a la muerte. La dosis letal media es aquella a la cual el 50% de los individuos irradiados mueren, es decir, 4 Sv (4000 mSv). En ocasiones pueden aplicarse grandes dosis de radiación a áreas limitadas (como en la radioterapia), lo que provoca únicamente un daño local.

Según detalla el anteriormente mencionado informe de UNECE, los impactos de la radiación ionizante son causados ​​por la exposición de los seres humanos a la radiactividad.

La energía nuclear es la única tecnología que utiliza material radiactivo como principal combustible, y para el cual las emisiones radiactivas se miden y contabilizan sistemáticamente; en consecuencia, es la única tecnología en nuestra cartera que muestra emisiones de radiación ionizante con 475 gramos de Uranio-235 eq./kWh (basado en suposiciones conservadoras) o 14 gramos de Uranio-235 eq./kWh (suposiciones realistas).

En este sentido, el informe saca la conclusión de que, en comparación, la energía del carbón muestra un rango de 9-15 gramos 235U eq./kWh. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que la exposición ocupacional también ocurre con otras tecnologías (es decir, la energía geotérmica durante su ciclo de vida y, en menor medida, la energía fotovoltaica durante la fase de extracción). El resto ocurre, en pequeñas cantidades (alrededor de unos pocos gramos por kWh) en la cadena inicial, principalmente conversión y enriquecimiento.

Cuánto cuesta

No son pocos los detractores de la energía nuclear que sostienen que esta sería inviable sin el apoyo financiero estatal. Es cierto, pero también lo es que las renovables llevan muchos años necesitando de ese mismo apoyo para asentarse como una opción viable y que incluso es algo que cada usuario financia parcialmente a través de la factura eléctrica.

El informa Projected Costs of Generating Electricity de la anteriormente mencionada AIE sostiene que los costes nucleares son más bajos que los de la mayoría de las renovables, pues estas necesitan un amplio respaldo para ser viables, y que los costes más bajos de todas las energías corresponden a la operación a largo plazo de las centrales nucleares existentes.

Aunque no existen datos concretos sobre el coste real de la energía nuclear, las estimaciones hablan de una cifra de entre 40 y 100 euros MW/hora, dependiendo del tiempo que cada central nuclear lleve operando y, por tanto, hasta qué punto haya amortizado la inversión realizada para su construcción y puesta en marcha. Según los expertos, las centrales nucleares deben cumplir al menos 40 años de vigencia para ser rentables. Un informe del Joint Research Center (JRC, servicio científico del citado organismo), apunta que «los análisis demuestran que las medidas adecuadas para prevenir impactos radiológicos debidos a la extracción de uranio, operación de las centrales nucleares y tratamiento de los residuos radiactivos, pueden implementarse utilizando la tecnología existente a costes razonables».

«Existe un amplio consenso científico y técnico sobre que el almacenamiento de residuos radiactivos de alta actividad y larga vida en formaciones geológicas son un medio apropiado y seguro para aislarlos de la biosfera durante escalas de tiempo muy largas», prosigue el informe. De igual modo, múltiples informes avalan que un almacén geológico profundo, una vez sellado, no necesita mantenimiento ni supervisión y por lo tanto no tiene gastos de gestión.

Qué pasa con los residuos

Pero, independientemente del coste que ello pueda tener, llegamos al que para muchos es el principal problema derivado del uso de la energía nuclear: la generación del residuo radiactivo y su posterior tratamiento.

En este punto, cabe destacar que existen cementerios de diferentes categorías en función del nivel de radioactividad de los residuos generados por las centrales nucleares.

Los de radiación más baja, como la ropa o las herramientas utilizadas en las centrales, se diluyen con el tiempo, mientras que otros elementos son sometidos a tratamientos para reducir o eliminar su carga radioactiva. Además, los que contienen un nivel superior de radioactividad son metidos en recipientes de acero solidificados con alquitrán o cemento para proceder a su almacenamiento hasta que su periodo radiactivo finalice, que suele ser de alrededor de 30 años.

Finalmente, los más peligrosos, como por ejemplo los residuos de combustible radiactivo, son transportados a cementerios nucleares en contenedores metálicos resistentes a la corrosión.

En este sentido, hay que diferenciar entre dos tipos de cementerios nucleares: los temporales, ubicados en almacenes e instalaciones, y los que se conocen como repositorios geológicos profundos, que quedan sellados y están ubicados en zonas estables, aisladas de terremotos y lejos de la superficie.

En España, noveno productor mundial de energía nuclear (55,83 GW(e) en 2020), tenemos un único cementerio nuclear situado en el término municipal de Hornachuelos (Córdoba). La instalación, que contiene un tercio de material radiactivo de baja y media actividad y dos tercios de cemento, se sitúa sobre una antigua mina de uranio y Enresa (Empresa Nacional de Residuos Radiactivos) se encarga de su gestión.

La fusión nuclear

Finalizamos este artículo con un análisis de lo que muchos consideran el futuro de la energía nuclear, ya que debería resolver muchos de los problemas que esta plantea en la actualidad.

Al principio mencionamos las diferencias entre fisión y fusión nuclear, señalando que la primera es la que las centrales nucleares utilizan para generar la energía. ¿Por qué no utilizar la fusión, que utiliza dos isótopos muy comunes como son el deuterio y el tritio y no genera residuos radiactivos directos?

Para que tenga lugar una reacción de fusión, es necesario alcanzar altas cotas de energía que permitan que los núcleos se aproximen a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas de repulsión electrostática.

Para ello, se deben cumplir los siguientes requisitos:

• Para lograr la energía necesaria se pueden utilizar aceleradores de partículas o recurrir al calentamiento a temperaturas muy elevadas. Esta última solución se denomina fusión térmica y consiste en calentar los átomos hasta lograr una masa gaseosa denominada plasma, compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados.
• Asimismo, es necesario garantizar el confinamiento y control del plasma a altas temperaturas en la cavidad de un reactor de fusión el tiempo necesario para que se produzca la reacción.
• También es necesario lograr una densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan dar lugar a las reacciones de fusión.

Sin embargo, tal y como explica el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN), «los confinamientos convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las altas temperaturas».

Por este motivo, se encuentran en desarrollo dos métodos de confinamiento:

1. Fusión por Confinamiento Inercial (FCI): consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Para ello se impacta una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio por un haz de láser provocando su implosión. De este modo, se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal permitiendo que se produzca la reacción de fusión. Actualmente hay reactores de investigación con el objetivo de producir energía a través de este proceso.
2. Fusión por Confinamiento Magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak.

A moso de conclusión final, la Comisión Europea, basándose en un informe del Joint Research Center (servicio científico del citado organismo), dice que «la energía nuclear contribuye todavía más a la mitigación del cambio climático a través de la sinergia con las energías renovables».

Además, «al utilizarse como tecnología de carga base, proporciona un funcionamiento flexible para complementar a las energías renovables variables. Por lo tanto, la energía eólica y solar se despliegan de manera más eficiente». En conclusión, la energía nuclear «evita el uso de tecnologías de generación de altas emisiones de carbono que a menudo se utilizan como respaldo», siendo el gas natural un claro ejemplo de ello.

La cuestión, para muchos, es que la transición energética no pasa por imponer las energías renovables a toda cosa, sino en apostar por las energías que permitan cumplir los compromisos de reducción de emisiones de CO₂ a la vez que garantizan el suministro eléctrico, sin que ello cause un daño significativo a las personas y al medio ambiente. Y la energía nuclear parece tener muchos puntos a favor en ese sentido.