Las claves de la energía nuclear

Aunque la “energía nuclear” hace referencia a todos los procesos que tienen lugar en el núcleo atómico, habitualmente empleamos el término para referirnos a la forma de producir energía aprovechándonos de las características de las reacciones atómicas. Se trata del modo más habitual, con diferencia, del que hacemos uso de estas tecnologías, a pesar de la tristemente mayor fama de las armas nucleares. La energía nuclear genera un 10,9% de la energía eléctrica de todo el mundo, aunque tiene todo el potencial para cubrir mucha más. Hablemos de las claves de la energía nuclear.

Funcionamiento de una central nuclear

En esencia, toda central nuclear opera como una estación térmica. El agua calentada, ya sea por los procesos nucleares, por energía solar, o por la quema de un combustible, pasa a través de una turbina, haciéndola funcionar gracias a la presión del vapor. El alternador de la turbina genera energía eléctrica. Sin embargo, en el caso de las centrales nucleares, ¿cómo son esos procesos que generan el calor necesario?

Existen dos formas de obtener energía mediante las fuerzas nucleares: la fusión y la fisión. Actualmente, solo tenemos plenamente operativas centrales de fisión, que es el mismo principio que permite a una bomba termonuclear explotar. En un reactor de fisión, un material de masa atómica muy elevada (típicamente uranio o plutonio) es colocado de forma tan que supere ciertos límites de masa crítica. Cuando este es bombardeado con neutrones, estos pueden llegar a impactar en los átomos, desestabilizando todo el núcleo y forzándolo a dividirse, generando otros elementos diferentes, de menor peso atómico. Este acto, además, libera más neutrones, que continúan impactando contra otros átomos.

Diagrama de fisión nuclear

El proceso genera gigantescas cantidades de calor, que es lo que las centrales nucleares emplean para hacer funcionar las turbinas que obtienen electricidad. Puesto que estas reacciones, si no se controlan, generan una cantidad de energía cada vez mayor en una relación exponencial, es necesario controlar todo el proceso cuidadosamente. Para evitar un accidente, son necesarios numerosos elementos. El refrigerante, que evita que las barras de combustible alcancen una temperatura tal que se lleguen a fundir hace también las veces del mecanismo por el cual se lleva calor al agua de la turbina. También existen moderadores, que frenan los neutrones para facilitar que impacten contra otros átomos, blindajes, para evitar fugas de radiación, y barras de control, usualmente de cadmio, que absorben los neutrones y paran la reacción nuclear casi instantáneamente en caso de que sea necesario.

Es cierto que los reactores de fisión pueden causar nefastos accidentes, pero estos se han producido siempre en situaciones de negligencia o por causas ambientales. En realidad, no debemos desestimar tan a la ligera una forma de producir energía que no genera residuos ambientales en absoluto. Eso sí, genera basura radioactiva, los materiales resultantes de la fisión contienen enormes cantidades de energía nuclear, y no dejarán de emitir radiación ionizante durante miles de años. Sin embargo, existen formas de reaprovechar esos residuos, empleándolos para generar más energía (aunque a menor potencia), con lo que su vida activa se puede reducir hasta el rango de unos cientos de años.

Cementerio nuclear en El Cabril, Andalucía

Sin embargo, existe una manera de obtener energía nuclear limpia, sin riesgos mayores de accidentes, y sin generar residuos contaminantes: la fusión nuclear. El Sol, como todas las estrellas, genera energía gracias a un proceso por el cual, debido a las enormes temperaturas y presiones en su interior, las fuerzas nucleares fuertes, que evitan que los núcleos se acerquen entre sí, son vencidas. Por ello, los átomos de elementos ligeros se van fundiendo, generando elementos más pesados, y liberando en forma de energía un 0,5% de la masa de los materiales iniciales (una cantidad mucho mayor de lo que parece a simple vista). Las estrellas continúan fundiendo entre sí elementos más pesados, hasta que llegan al hierro, momento en el que la fusión no es capaz de obtener más energía, y la estrella muere.

Podemos emular las condiciones de presión y de temperatura presentes en el interior de las estrellas, y así, emular a estos astros en un proceso completamente seguro que, de forma asegurada, tiene el potencial de solventar cualquier crisis energética. Sin embargo, aún no hemos logrado solventar algunas de las cuestiones que harían viable económicamente a la fusión: los problemas de contener el combustible con presiones estelares, paso necesario para generar la fusión, y de mantener las enormes temperaturas necesarias.

Prototipo de generador de fusión nuclear

Sin embargo, una vez que resolvamos los problemas, los reactores de fusión nuclear serán posibles. De hecho, ya hemos creado reacciones de fusión controladas, por lo que su viabilidad es incuestionable. En un reactor de este tipo, se fusiona deuterio y tritio, ambos isótopos del hidrógeno, y el producto resultante no es otro que helio.

Tanto el deuterio como el tritio son fáciles de obtener, y, a efectos prácticos, son inagotables. El tritio se puede obtener del litio, material muy abundante en la Tierra; y el deuterio se encuentra de forma natural en el agua, a razón de 33mg por litro. Al fusionar 33 mg de titrio con 33 de deuterio, se obtiene una cantidad de energía similar a la que producen 350 litros de gasolina. El producto de desecho, el helio, no es radioactivo en absoluto, se encuentra de forma natural en la atmósfera terrestre, es inactivo, y no genera efecto invernadero, por lo que podría ser liberado directamente, aunque también puede ser empleado para fines industriales.

Generador experimental Tokamak de fusión

Además, un proceso de fisión nuclear, en caso de accidente, va perdiendo energía paulatinamente, por lo que no son necesarios muchos de los mecanismos de control de accidentes que se emplean en las plantas de fisión. En el momento en que hay un accidente y se suspenden las altas presiones y los mecanismos de confinamiento, la reacción no es capaz de autocontenerse, por lo que se detiene al instante.

Otros datos de la energía nuclear

En España, la primera central nuclear de fisión fue construida en 1968 (Planta José Cabrera-Zorita). Aunque se han edificado más, solo 5 operan hoy, como consecuencia de los temores sobre la energía nuclear que han surgido en los últimos años. En 2017, un 21,5% de la energía generada lo hizo en este tipo de estaciones, un porcentaje del doble de la proporción global.

Planta José Cabrera-Zorita, en proceso de desmantelamiento

Uno de los principales países que dependen de la fisión atómica para abastecerse es Japón. Sin embargo, la peculiar ubicación del archipiélago, en una zona volcánica, con frecuentes terremotos, hace que la posibilidad de que ocurran accidentes no sea tan inusual. Es lo que sucedió en 2011, en la Prefectura de Fukushima, cuando el tsunami que causó un maremoto inundó la planta, parando los generadores de emergencia que mantenían el sistema de refrigeración, lo que conllevó la fusión de las barras de combustible y brechas en los escudos de radiación.

Por este motivo, parece evidente que deben redoblarse los esfuerzos por hacer viable económicamente la fusión atómica. Además, solo tenemos reservas de uranio en la Tierra para unos 30 años más, por lo que la generación de electricidad con fusión parece abocada a desaparecer a medio plazo. La Unión Europea es una de las regiones globales más dependiente de la energía atómica, lo cual evita que vertamos al medio ambiente unos 700 millones de toneladas de dióxido de carbono anuales: un tercio de nuestra electricidad proviene de fisionar átomos.

Otros usos de la energía nuclear

Además de la fisión y de la fusión, existen otras formas de obtener energía nuclear para distintos fines. Por ejemplo, las sondas que hemos enviado al espacio profundo, donde la energía solar ya no basta para alimentar células fotovoltaicas, han portado generadores de radioisótopos: baterías que funcionan transformando en electricidad el calor despedido por la descomposición de partículas pesadas en partículas más simples. Estas partículas pesadas suelen ser isótopos creados artificialmente con vidas medias suficientemente largas como para mantener operativa a la sonda el tiempo suficiente, pero también lo bastante cortas como para que la cantidad de energía obtenida baste. Uno de los isótopos más empleados para esto es el 238Pu (Plutonio).

Algunas de las sondas marcianas también han sido equipadas con este tipo de baterías, como las sondas Viking. Otro de los fines para los que se han empleado baterías de radioisótopos ha sido equiparlas en marcapasos. De esta manera, uno de esos dispositivos, que debe durar toda la vida del paciente, ya no tiene que verse reemplazado cada 2 o 3 años, sino que tendría una autonomía de por vida. Sin embargo, dejaron de fabricarse en los años 80’, ante el advenimiento de las nuevas baterías de litio, con una vida útil mucho más larga que las anteriores baterías convencionales.

Sonda Viking

También cabe mencionar las armas nucleares. Este armamento, tristemente célebre, emplea un explosivo convencional para comprimir súbitamente plutonio o uranio, de forma que se inicie una reacción descontrolada de fisión nuclear, resultando en la liberación inmediata de toda la energía potencial contenida en forma de calor.

Ventajas de la energía nuclear

  • La energía generada en centrales atómicas evita el vertido de gases invernadero de forma íntegra.
  • Las centrales de fusión tendrían un suministro de combustible prácticamente ilimitado, por lo que solucionaríamos cualquier problema energético gracias a ellas.
  • Las centrales de fusión no generan residuos significativos
  • Son extremadamente potentes.

Desventajas de la energía nuclear

  • Existe riesgo de que se produzcan vertidos tóxicos en caso de accidente.
  • Almacenar los residuos de la fisión nuclear es costoso, complicado, y estos han de mantenerse en confinamiento durante siglos.
  • Las centrales nucleares son muy caras de mantener y de construir.

Aunque, en España, un buen porcentaje de la energía proviene de fuentes limpias (de la energía hidroeléctrica, sobre todo), confiar más en la central nuclear podría eliminar nuestra dependencia del gas natural, del petróleo, y del carbón. Si deseas seguir ahorrando con tu tarifa eléctrica de energía verde, echale un vistazo a estas ofertas. Compañías como EndesaGas Natural Fenosa o Iberdrola cuentan con tarifas de energía 100% renovable. Además, existen pequeñas empresas como Enara o Gesternova cuyo catálogo completo de tarifas son de procedencia verde 100%. Puedes acceder a nuestro buscador para encontrar las mejores tarifas de energía renovable para tu hogar.

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