Actualización sobre los SMR (Reactores Modulares Pequeños) – Sigue siendo el futuro de la energía nuclear

Sueños y temores nucleares

Nuclear energy is a controversial topic.

En primer lugar, por razones racionales, debido a su aspecto de seguridad, con la catástrofe de Chernóbil o Fukushima como recordatorio de lo que puede suceder cuando falla.

En segundo lugar, por la asociación menos racional con armas nucleares, así como el miedo a cualquier radiación, a menudo impulsado por la cultura popular y la ciencia ficción.

También se ha visto como un competidor de las energías renovables “verdaderas” como la eólica y la solar, y como una alternativa pobre a ellas.

Sin embargo, es una fuente de energía muy poderosa; de hecho, es la más densa disponible para la civilización humana, ya que una pequeña pastilla de uranio puede reemplazar cientos de litros de petróleo, una tonelada de carbón o 17,000 pies cúbicos de gas.

Fuente: Energy.gov

También es una fuente de energía muy baja en carbono, lo que lleva a algunos activistas climáticos a reconsiderar su visión sobre la nuclear. Esto es especialmente cierto ya que la nuclear puede proporcionar energía de base sin depender de las condiciones climáticas o la hora del día, algo que las renovables solo pueden lograr con parques masivos de baterías.

La nueva energía nuclear

Recientemente, ha surgido una nueva generación de defensores e ingenieros nucleares, listos para criticar el camino que ha tomado la industria hasta ahora. Sus quejas sobre la energía nuclear tal como está hoy son de dos tipos: tamaño y combustible.

¿Pequeño es hermoso?

Las centrales nucleares tienden a ser proyectos masivos. La producción está en gigavatios, las inversiones requeridas en decenas de miles de millones, y el tiempo de construcción en años, si no décadas. Esto causa algunos problemas:

• Dificultad para encontrar financiación fuera del apoyo gubernamental, debido al enorme retraso entre el inicio del proyecto y la fecha de la primera producción de energía.
• No es una buena opción para países pequeños o áreas remotas, y requiere, en cierta medida, que toda la red eléctrica se adapte a la central nuclear.
• Cuando algo sale mal, en lugar de un incidente localizado, puede convertirse en un desastre a escala continental.
• Cada proyecto masivo es un diseño experimental a medida, lo que bloquea a la industria de desarrollar cualquier tipo de estandarización en su proceso de producción.

Este último punto destaca especialmente después del fracaso de grandes centrales centralizadas en las últimas décadas, lo que tuvo el efecto de congelar efectivamente la industria. Incluso provocó su destrucción total (y probablemente permanente) en países como Alemania.

Cuanto más grande es una central, mayor es la producción de energía en un solo lugar. Esto hace que la refrigeración del reactor sea extra difícil y extra peligrosa si algo sale mal.

Así que la atención ahora se dirige a los pequeños reactores llamados SMR (Reactores Modulares Pequeños). Se producirían en serie, como barcos o maquinaria, y se transportarían en camión al sitio de la central. La parte modular proviene del hecho de que una planta nuclear basada en SMR incorporaría de 4 a 20 generadores de energía “modulares”, todos idénticos entre sí.

Incluso hay una tendencia a desarrollar microreactores para aplicaciones de nicho como calor industrial, bases militares, comunidades remotas o incluso bases lunares.

Fuente: IAEA

¿Los diseños y combustibles equivocados?

Diseños

Otra discusión es el diseño de las propias plantas. Algunos especialistas argumentan que los diseños refrigerados por agua son inherentemente menos seguros, ya que requieren un flujo constante de agua, dependiente de un complejo sistema de bombas y tuberías, exactamente lo que falló en el incidente de Fukushima.

Se están desarrollando diferentes diseños de refrigeración, con el objetivo de la seguridad pasiva, asegurando que un reactor se enfríe sin intervención externa si algo sale mal.

Elección de combustible

Otros critican el enfoque en el uranio como combustible. Por razones de física fundamental, este combustible se prefirió sobre alternativas porque la energía producida con uranio crea plutonio. Y el plutonio es un componente clave de las armas nucleares.

En la década de 1950-1980, cuando nació la mayor parte de la industria nuclear, esto se consideraba una cualidad. Esto fue después de la Guerra Fría, y la necesidad de materiales para armas nucleares era considerada por muchas naciones como un requisito para su propia seguridad. Esto es algo mucho menos aceptado por la opinión pública hoy en día, especialmente con la amenaza de proliferación nuclear y terrorismo.

Además, el uranio es fundamentalmente un combustible más arriesgado, con más riesgos de reacciones en cadena fuera de control. Por eso muchos entusiastas nucleares y startups ahora abogan por explorar reactores de torio en su lugar.

Un tropiezo en la innovación

Si hubieras preguntado a cualquier especialista hace solo 1-2 años, la mayoría habría dicho que sentían que los SMR serían el futuro de la industria nuclear.

“Con los SMR, hemos abierto todo un espectro de clientes.”

CEO de Rolls Royce

Pero con la reciente cancelación del Carbon Free Power Project de Nuscale, surgió la pregunta de si los SMR pueden ser competitivos en costos con las renovables y la nuclear convencional. O la nuclear en su conjunto, considerando los decenas de miles de millones de dólares en sobrecostos de las plantas nucleares “tradicionales” más recientemente inauguradas en Finlandia y EE. UU..

Este aumento de costos podría ser preocupante si no fuera una situación idéntica para toda la industria energética, incluidas las renovables.

Es algo que investigamos con mayor detalle en nuestro artículo “El colapso de la energía renovable 2023“.

En resumen, los fabricantes de turbinas eólicas y paneles solares, así como los constructores de plantas nucleares, han sufrido una conjunción de problemas:

• Aumento de los costos de materias primas como metales, concreto y energía, todos necesarios para proyectos industriales.
• Inflación general, que eleva el costo de la mano de obra calificada.
• Disrupciones en la cadena de suministro, debido a la pandemia, problemas en las rutas comerciales internacionales, y la guerra comercial y sanciones de Occidente contra Rusia y China.
• Aumento de las tasas de interés, incrementando considerablemente los costos en proyectos intensivos en capital como la generación de energía.

Todos estos fenómenos perjudican la capacidad de los productores de energía, TODOS los productores de energía, de ofrecer plantas a un costo tan bajo como se había planeado. Pero salvo que planeemos no usar energía en el futuro, esto es algo que necesitará ser revaluado.

Los combustibles fósiles, las renovables o la nuclear, todos costarán más en un entorno económico de alta inflación y altas tasas. Por lo tanto, la reacción del mercado de “elegir” renovables y SMR ante el aumento de costos en este contexto no es realmente racional.

Solo comenzando

Las preocupaciones sobre la cancelación de plantas piloto también pueden estar perdiendo el objetivo. El Carbon Free Power Project era, por definición, un proyecto piloto.

Se espera que las reducciones de costos de los SMR en comparación con otros proyectos nucleares provengan de 2 fuentes:

1. Amortización de los costos de I+D sobre decenas y cientos de plantas de energía idénticas.
2. Flujo de trabajo constante en la línea de ensamblaje, permitiendo la optimización y la economía de escala.

Por lo tanto, es probable que cualquier SMR sea algo caro durante sus primeras 5 o incluso 10 plantas de energía. Solo cuando alcance su máxima velocidad se manifestarán los beneficios económicos del diseño. Es lo mismo que ocurre con un coche prototipo, que cuesta más por unidad que un modelo bien establecido y producido en masa.

Este también es un fenómeno bien conocido en industrias innovadoras, llamado los “Valles de la Muerte”. Entre cada etapa, hay un pico de entusiasmo, seguido de un pico de pesimismo. Los inversores a largo plazo y la inversión pública llevan a las industrias innovadoras a través de estos períodos negativos y fomentan el progreso a largo plazo.

Fuente: ThirdDerivative.org

Y aunque el diseño específico de Nuscale resulte demasiado costoso, esto dice algo sobre el combustible de sales fundidas, el torio, los combustibles HALEU o las barcazas nucleares (ver más abajo).

En general, parece que la industria ha comenzado a innovar de nuevo, probablemente impulsada por la crisis energética desencadenada por la guerra en Ucrania. Con el aumento de tensiones en Oriente Medio, no es improbable una repetición de la crisis energética de los años 70, lo que replicaría su efecto en la industria nuclear, haciendo que países como Francia generen el 70 % de su electricidad con energía nuclear.

Una selección de innovadores de SMR

Este artículo examina algunos de los diseños innovadores de SMR, una lista completa se puede encontrar en el sitio web de la World Nuclear Association.

NuScale Power Corporation (SMR)

SMR Gráfico de precios

NuScale es líder en un nuevo tipo de diseño de reactor nuclear llamado Reactores Modulares Pequeños (SMR).

El diseño principal de NuScale puede ser transportado por camiones y producirá 77 MWe por módulo, con hasta 12 módulos por planta terminada, alcanzando casi 1 GW de potencia nominal.

Fuente: Nuscale

Este diseño es lo suficientemente pequeño como para implementarse en el sitio de una planta de carbón desmantelada, permitiendo reutilizar toda la infraestructura de seguridad y red ya construida. NuScale también fue el primer SMR certificado por la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (NRC).

La compañía ya ha asegurado contratos en Rumanía. También está considerando más de 15 clientes potenciales comprometidos a desplegar SMR y más de 120 clientes potenciales. Además, vienen clientes industriales como acerías que buscan descarbonizar sus operaciones y asegurar fuentes de energía baratas y fiables.

Sin embargo, está en el centro de interrogantes sobre la viabilidad económica de los SMR, después de que su Carbon Free Power Project con Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) se canceló debido al aumento de costos. El precio de la acción de la compañía ha caído drásticamente tras la noticia, aunque se ha recuperado algo desde entonces.

General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)

GE Gráfico de precios

GE, en colaboración con Hitachi, está desarrollando el reactor modular pequeño BWRX-300. Aprovecha la experiencia de ambas compañías en energía nuclear para crear este reactor de 300 MW.

Fuente: GE

GE ha sido seleccionada para proyectos piloto de SMR en Canadá por Ontario Power Generation y por SaskPower en Saskatchewan.

En EE. UU., tiene un acuerdo con la Tennessee Valley Authority (TVC ) y está en conversaciones con varias otras compañías de servicios públicos.

A nivel global, ha sido seleccionada para una flota de 79 SMR en Polonia, que la empresa Orlen desplegará para 2038. También ha sido seleccionada en Estonia, República Checa y Suecia, y está en conversaciones en el Reino Unido y el resto del mundo para futuras ventas.

El éxito de GE/Hitachi en la promoción del BWRX-300 es impresionante y podría ser el mayor éxito internacional en la industria de SMR. Es probable que la popularidad del diseño no se base únicamente en su ingeniería, sino en la reputación de sus empresas matrices, su red de influencia, así como la certeza de respaldo financiero disponible, en comparación con pequeñas startups.

Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)

Rolls-Royce (RRU.DE ) no solo es fabricante de automóviles de lujo, sino también líder en aeronáutica (notablemente motores a reacción) y tecnología de ingeniería avanzada.

La compañía busca convertirse en la líder británica en tecnología SMR. Su diseño ofrece 470 MW por módulo.

Fuente: Rolls Royce

Rolls Royce está discutiendo el despliegue de sus SMR en los Países Bajos. También está en conversaciones en Suecia y Finlandia, así como la República Checa (incluyendo con el fabricante de automóviles Skoda), y Polonia.

Rolls-Royce parece centrarse principalmente en los mercados europeos y aplicaciones industriales, probablemente una elección inteligente considerando la crisis energética que atraviesa el continente. Una crisis que podría empeorar con el posible cierre del Canal de Suez para importaciones de energía, algo que discutimos en nuestro artículo “Problemas de suministro de combustibles fósiles – Crisis inminente de transporte y energía”.

Westinghouse: Cameco (CCJ) and Brookfield Renewable Partners L.P. (BEP)

BEP Gráfico de precios

Westinghouse Nuclear ha sido pionera en la energía nuclear de EE. UU. desde los inicios de la industria. Recientemente ha sido adquirida conjuntamente por la minera de uranio Cameco (49 %) y la enorme utilidad baja en carbono BEP (51 %), parte de la aún mayor corporación de inversión Brookfield (BN), con 850 mil millones de dólares bajo gestión.

El diseño AP300 SMR de Westinghouse es una versión reducida de sus reactores convencionales AP1000. Actualmente, 4 AP1000 están operando en China, con 6 más en construcción en China y 2 en Georgia, EE. UU. (El proyecto Vogtle de Georgia también se ha vuelto infame por retrasos y sobrecostos), además de un proyecto para 3-6 reactores en Polonia y 6 en India.

Con una capacidad de potencia de 990 MW, este diseño SMR está entre los reactores convencionales y los “pequeños”.

Fuente: Westinghouse

Al no cotizar directamente, los inversores que quieran una parte de Westinghouse deberán decidir si están más interesados en la exposición a la actividad de energía renovable de BEP o a la actividad de minería de uranio de Cameco.

No obstante, Westinghouse es un gigante en energía nuclear, con una larga historia de establecer el estándar para la industria, notablemente el diseño de agua a presión que dominaría la industria nuclear durante décadas.

TerraPower

La empresa cotizada en bolsa de forma privada es notoriamente respaldada por Bill Gates. Mientras que las grandes corporaciones y Nuscale buscan principalmente mejorar el diseño convencional de las centrales nucleares mediante un cambio de tamaño y método de producción, TerraPower busca cambiarlo radicalmente.

Su innovación clave es un reactor de sales fundidas, que la compañía está aprovechando en una asociación con GE-Hitachi para desarrollar el reactor Natrium, un reactor de 345 MWe. La tecnología debería desplegarse en una planta de carbón que se retire en Wyoming. También está trabajando en el Diseño del Reactor Rápido de Cloruro Fundido (MCFR).

Las sales fundidas actúan tanto como combustible, conteniendo los elementos radiactivos, como refrigerante. Esto podría hacerlo inherentemente más seguro, ya que temperaturas demasiado altas hacen que las sales se expandan, reduciendo espontáneamente la reacción nuclear y conduciendo a temperaturas más bajas.

También permitiría una recarga continua en lugar de tener que apagar el reactor cada 18‑24 meses. Además, podría aceptar combustible de uranio con varios grados de enriquecimiento, haciéndolo más flexible.

Como los neutrones no se ralentizan como en un reactor nuclear convencional, debería hacer que la reacción sea mucho más eficiente.

Fuente: Terrapower

Aunque estas innovaciones radicales en una industria muy conservadora y cautelosa no son suficientes para TerraPower. Está desarrollando su “objetivo a largo plazo” del diseño Traveling Wave Reactor (TWR®), que podría operar con uranio no enriquecido durante siglos y ser 30 x más eficiente que los diseños convencionales.

La industria nuclear, cautelosa de no repetir el error de los derrumbes de reactores del pasado, es actualmente extremadamente escéptica ante cualquier nuevo diseño radical. Esto podría jugar tanto a favor como en contra de TerraPower.

Por un lado, su enfoque radical e innovador podría crear un diseño único y mucho más seguro. Por otro, podrían enfrentarse a una dura batalla para convencer a las autoridades regulatorias nucleares, preocupadas, de aceptar siquiera el lanzamiento experimental de sus reactores nucleares.

Terrestrial Energy

Otra compañía de sales fundidas es Terrestrial Energy (IMSR ), con su Reactor Integral de Sales Fundidas.

La compañía afirma resolver un problema clave de los diseños de reactores de sales fundidas relacionado con la vida útil del moderador de grafito. Al hacer que el núcleo del reactor sea una unidad totalmente integrada, lo hace fácilmente reemplazable, con una vida útil de 7 años.

Este diseño también se beneficia de las mismas ventajas que otros reactores de sales fundidas, como mayor seguridad y mayor eficiencia gracias a temperaturas más altas.

Moltex Energy

Moltex es una empresa con sede en el Reino Unido que desarrolla un reactor que quema residuos nucleares, un tipo de reactor también conocido como Reactor de Sal Estable – Wasteburner (SSR‑W) en Point Lepreau en Canadá.

El diseño puede cambiar su producción de energía rápidamente, lo que lo convierte en una combinación perfecta para complementar las renovables intermitentes.

“Esta tecnología nuclear avanzada tiene la flexibilidad de las centrales de gas, pero genera electricidad a menor costo y sin emisiones de carbono,” MoltexFLEX

El reactor no tiene partes móviles y se enfría pasivamente, requiriendo mucho menos supervisión que un reactor convencional.

Debido a que Moltex depende de residuos nucleares, nunca podría reemplazar completamente los diseños estándar o SMR. Sin embargo, puede ocupar un nicho único al producir energía barata mientras reduce los residuos nucleares y proporciona una fuente de energía baja en carbono, muy reactiva y flexible bajo demanda.

Rosatom

La empresa estatal nuclear rusa ha sido líder en la industria durante décadas. Fue una de las primeras en desarrollar algo similar a un reactor pequeño. Actualmente, no parece estar realmente enfocada en el desarrollo de SMR, excepto en la energía nuclear marítima.

La idea ya desplegada es instalar en un barco una planta nuclear más pequeña similar a la que alimenta submarinos nucleares o portaaviones. Esta planta flotante puede luego desplegarse en áreas que la necesiten, en el caso de Rusia principalmente ciudades y sitios industriales en el Océano Ártico.

Este diseño también puede producirse en serie en astilleros dedicados que ya tienen experiencia en la construcción de buques de guerra nucleares.

Fuente: Power Technology.com

Con el 80 % de la población mundial viviendo en regiones costeras, este diseño podría volverse popular. Por ahora, el modelo de negocio previsto sería que Rosatom sea propietario y operario de la barcaza de energía, y venda la electricidad, incluso en países extranjeros.

También ofrece un cierto nivel de flexibilidad, con la posibilidad de mover una planta de energía a áreas golpeadas por desastres como huracanes, o a regiones remotas con poca infraestructura energética.

Seaborg

El concepto de barcaza nuclear / estación de energía flotante de Rosatom no es exclusivo de Rusia, y considerando la situación geopolítica, es poco probable que el diseño ruso sea popular en los países occidentales y sus aliados en el futuro previsible.

Aquí es donde entra la empresa danesa Seaborg. La compañía está desarrollando un reactor compacto de sales fundidas que también es una planta de energía flotante de hasta 800 MW.

Fuente: Seaborg

El diseño marítimo de los reactores Seaborg lo hace adecuado para naciones costeras, con discusiones en marcha con Indonesia y Noruega.

Seaborg también está trabajando con el líder mundial en construcción naval Samsung Heavy Industries para desarrollar plantas nucleares flotantes combinadas con plantas de hidrógeno y amoníaco.

Así, Seaborg podría convertirse en una parte integral de una economía impulsada por hidrógeno y amoníaco nucleares, como se describe en nuestro artículo “El otro combustible de hidrógeno – Top 5 acciones de amoníaco verde”.

X-Energy

La innovación de X-Energy (XE ) en energía nuclear es usar un tipo de combustible diferente al uranio enriquecido convencional, el combustible TRISO‑X.

El combustible TRISO‑X utiliza “Uranio de bajo enriquecimiento de alto ensayo” (HALEU), lo que permite períodos de operación más largos, lo que debería reducir costos. Su diseño también debería incorporar en el propio combustible el sistema de contención, aumentando drásticamente su perfil de seguridad.

Su reactor Xe‑100 es un reactor de gas de alta temperatura (HTGR), un diseño de 80 MWe considerado como parte de la 4^th generación de plantas nucleares. Tales reactores reclaman un perímetro de seguridad de 400 m (frente a 10 millas para diseños convencionales).

Los diseños de X‑Energy pueden tener ventajas técnicas, pero también podrían ser vulnerables a problemas geopolíticos. El combustible HALEU se suministra mayormente a EE. UU. por Rosatom de Rusia, y esto podría estar en riesgo debido a la guerra en Ucrania. Suministros alternativos de Centrus (EE. UU.) o Orano (Francia) podrían tardar de 5 a 10 años en desarrollarse, poniendo en riesgo el suministro de combustible nuclear de la compañía.

La compañía anunció en octubre de 2023 que terminó su acuerdo con SPAC Ares Acquisition Corporation  para que X‑Energy se hiciera pública.

China

Durante mucho tiempo importadora de tecnología nuclear de Rusia y Occidente, China se está convirtiendo rápidamente en una innovadora líder en la industria.

El país alberga 55 plantas nucleares activas, tiene 22 en construcción y 70 más planificadas. En total, anunció en 2021 su ambición de construir 150 nuevas plantas. También logró la primera producción comercial del mundo para una planta nuclear de 4^th generación en diciembre de 2023.

Además de las grandes plantas convencionales, las empresas chinas también están desarrollando un reactor de torio refrigerado por aire que sería ideal para áreas áridas sin suficiente agua para los diseños tradicionales de agua a presión.

También se está desarrollando un diseño compacto de sales fundidas de torio para alimentar buques portacontenedores sin emisiones de carbono ni necesidad de reabastecimiento. Esto podría hacer realidad el sueño de los buques nucleares comerciales primero concebido en el programa “átomo para la paz” de los años 60, el US Savannah. Tal vez simbólicamente, el US Savannah fue anunciado para desmantelarse en enero de 2023.

US Savannah – Fuente: ANS

Copenhagen Atomics

La empresa danesa busca construir un reactor de sales fundidas alimentado por torio que encaje en contenedores estandarizados de 40 pies.

La compañía afirma que su reactor podría estar disponible comercialmente por $100,000 o en arrendamiento mientras entrega 100 MW de potencia térmica, con una temperatura de 560 °C. El primer producto de demostración se espera para 2025.

Fuente: Copenhagen Atomics

Para 2028, la empresa también espera haber construido su primer quemador de residuos.  Podrá tomar residuos radiactivos que durarían 100,000 años y convertir el período peligroso de los residuos en solo 300 años mientras produce energía.

Con un enfoque en todas las innovaciones nucleares más avanzadas a la vez (torio, sales fundidas, quemador de residuos, reactor del tamaño de un contenedor), Copenhagen Atomics probablemente sea una de las startups más ambiciosas de la industria nuclear. Por lo tanto, gran parte de su éxito o fracaso futuro dependerá de cuán rápido pueda cambiar el marco regulatorio para acoger diseños nucleares radicalmente nuevos, más que de los logros técnicos de la compañía.