Energía
Pequeños reactores modulares (SMR): panorama de los proyectos nucleares de 2023
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Sueños y temores nucleares
La energía nuclear genera debate. Este artículo examina los pequeños reactores modulares desde la perspectiva de finales de 2023; los proyectos y plazos de entonces no garantizan su ejecución actual.
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.
También preocupan los vínculos de ciertas tecnologías con las armas nucleares y el temor a la radiación. La proliferación es un problema real, mientras que el riesgo radiológico debe evaluarse según la dosis y la exposición.
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.
El combustible nuclear tiene una densidad energética muy elevada. Según la comparación del Departamento de Energía estadounidense, una pequeña pastilla de combustible de uranio puede aportar energía equivalente a una tonelada de carbón, cientos de litros de petróleo o 17.000 pies cúbicos de gas natural.
Fuente: Energy.gov
La energía nuclear presenta bajas emisiones durante su ciclo de vida y puede generar de forma estable sin depender del viento o de la hora. La producción eólica y solar variable puede complementarse con almacenamiento, interconexiones, gestión de la demanda y generación flexible. No todas las renovables son variables ni las baterías la única solución.
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.
- Una unidad grande puede resultar excesiva para una red pequeña o una zona remota y exigir inversiones importantes en la red.
- Los accidentes graves pueden tener efectos fuera de la instalación; su alcance depende del suceso, el diseño y las medidas de protección.
- Las adaptaciones de cada obra y los requisitos locales pueden limitar las ventajas de la estandarización, aunque también existen modelos estandarizados de reactores grandes.
Los retrasos y sobrecostes de algunos grandes proyectos han dificultado nuevas inversiones. El cierre de los últimos reactores eléctricos alemanes en 2023 fue una decisión política de abandono de esta fuente, no la desaparición de toda actividad o conocimiento nuclear del país.
Una mayor potencia supone más calor que evacuar. La seguridad depende del conjunto del diseño y de los sistemas de refrigeración, no solo del tamaño.
Los pequeños reactores modulares (SMR) buscan fabricar más componentes en instalaciones industriales y trasladar unidades preparadas al emplazamiento. El OIEA suele emplear un límite de 300 MWe por unidad. Una central puede tener uno o varios módulos; no son obligatorios entre cuatro y veinte, ni todos los diseños pueden transportarse enteros en camión.
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
La seguridad pasiva utiliza circulación natural, gravedad y otros procesos físicos para evacuar calor sin electricidad externa o intervención activa. Fukushima mostró los riesgos de perder alimentación y refrigeración. Sin embargo, los diseños refrigerados por agua también pueden tener sistemas pasivos; utilizar agua no determina por sí solo la seguridad.
Elección de combustible
La elección del uranio respondió a factores técnicos, históricos y económicos. En un reactor, parte del uranio-238 puede convertirse en plutonio, lo que exige salvaguardias y control de materiales. La producción eléctrica civil no tiene necesariamente como finalidad fabricar material para armas.
Entre 1950 y 1980, es decir, durante la Guerra Fría, algunos países vincularon sus programas nucleares con necesidades militares. La no proliferación, la vigilancia de materiales y la protección frente al terrorismo siguen siendo requisitos importantes.
El torio se estudia como material fértil alternativo, pero el torio natural no es por sí mismo combustible fisible: debe transformarse en uranio-233 y necesita material fisible para iniciar el proceso. No hace automáticamente más seguro un reactor que el uranio; importan el diseño y el ciclo del combustible.
Un tropiezo en la innovación
A comienzos de la década de 2020, muchos defensores de la tecnología consideraban los SMR una dirección importante para el futuro nuclear.
“Con los SMR, hemos abierto todo un espectro de clientes.”
NuScale y UAMPS terminaron el Carbon Free Power Project en noviembre de 2023 porque no había suficientes compromisos de clientes para continuar. Esto reabrió el debate sobre los costes de los SMR. Los grandes proyectos convencionales también sufrieron retrasos y sobrecostes en Finlandia y Estados Unidos.
Al mismo tiempo, la inflación y la financiación presionaban otros proyectos energéticos, con efectos distintos según la tecnología y los contratos.
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.
Las materias primas, la mano de obra, las cadenas de suministro y los tipos de interés afectaron los presupuestos de numerosas centrales y obligaron a revisar cálculos y contratos.
La opinión del artículo es que deben evaluarse de forma coherente los factores de coste compartidos por los combustibles fósiles, las renovables y la energía nuclear. Esto no elimina los riesgos particulares de cada tecnología.
Solo comenzando
El Carbon Free Power Project iba a ser una de las primeras aplicaciones comerciales de ese diseño. Su cancelación no determina la viabilidad de todos los SMR, pero constituye una advertencia relevante sobre costes y demanda.
Se espera que las reducciones de costos de los SMR en comparación con otros proyectos nucleares provengan de 2 fuentes:
- Amortización de los costos de I+D sobre decenas y cientos de plantas de energía idénticas.
- Flujo de trabajo constante en la línea de ensamblaje, permitiendo la optimización y la economía de escala.
Las primeras unidades pueden ser caras por el desarrollo, los permisos y el arranque de la producción. El aprendizaje y la fabricación en serie pueden abaratar costes, pero no existe una garantía que aparezca después de la quinta o décima central.
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
Aunque un modelo de NuScale resulte demasiado caro, eso no determina automáticamente las perspectivas de las sales fundidas, el torio, el HALEU o las centrales flotantes (véase más abajo).
La crisis energética tras la guerra en Ucrania aumentó el interés por la seguridad del suministro y la tecnología nuclear. Las crisis petroleras de los años setenta también influyeron en decisiones nacionales, como la expansión francesa. Una nueva crisis no produciría necesariamente los mismos resultados en todos los países.
Una selección de innovadores de SMR
Este artículo presenta algunos desarrolladores de SMR; puede consultarse una visión más amplia en la World Nuclear Association.
NuScale Power Corporation (SMR)
SMR Gráfico de precios
SMR Gráfico de precios
NuScale desarrolla pequeños reactores modulares (SMR).
El modelo promovido en 2023 ofrecía 77 MWe por módulo y configuraciones de hasta doce unidades, con 924 MWe nominales en total. El transporte de componentes prefabricados busca reducir los trabajos en el emplazamiento.
Fuente: Nuscale
Tras los estudios y permisos adecuados, un SMR puede aprovechar parte de la infraestructura de una antigua central de carbón. En enero de 2023, la NRC certificó el diseño original de NuScale de 50 MWe por módulo. El modelo de 77 MWe obtuvo la aprobación de diseño estándar en 2025; esto no constituye por sí solo una licencia para construir una central concreta.
La compañía había anunciado compromisos financieros y desarrollo de proyectos en Rumanía. Los más de 15 interesados descritos como comprometidos y más de 120 posibles clientes eran cifras comerciales de la época, no todos pedidos definitivos. Entre los posibles usuarios figuraban clientes industriales como acerías que buscan descarbonizar sus operaciones y asegurar fuentes de energía baratas y fiables.
El cierre del proyecto UAMPS presionó las acciones de NuScale en 2023 y planteó dudas sobre la economía del primer proyecto. Esta descripción bursátil se refiere a aquel periodo.
General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)
GE Gráfico de precios
GE Gráfico de precios
GE, en colaboración con Hitachi, está desarrollando el reactor modular pequeño BWRX-300, con una potencia eléctrica aproximada de 300 MW. El negocio nuclear de GE pasó a GE Vernova en la separación de 2024. La acción GE actual representa GE Aerospace, no una participación directa en GE Vernova.
Fuente: GE
Ontario Power Generation y SaskPower habían elegido la tecnología para sus respectivos proyectos canadienses, en distintas fases de desarrollo y permisos.
En EE. UU., tiene un acuerdo con la Tennessee Valley Authority (TVC ) y está en conversaciones con varias otras compañías de servicios públicos.
En Polonia se discutía en 2023 una ambición de hasta 79 unidades para 2038, no una flota completa ya encargada o construida. También había selecciones tecnológicas y conversaciones en Estonia, Chequia, Suecia y Reino Unido. Elegir una tecnología no siempre equivale a una decisión final de inversión.
El interés por el BWRX-300 puede reflejar su tecnología y la experiencia y alianzas de sus desarrolladores. La reputación de las matrices no garantiza la financiación ni la terminación de cada proyecto.
Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)
Rolls-Royce (RRU.DE ) es un grupo de motores aeronáuticos e ingeniería avanzada. Es una entidad jurídica distinta de Rolls-Royce Motor Cars, fabricante de automóviles perteneciente a BMW Group.
Rolls-Royce SMR desarrollaba un modelo británico modular de unos 470 MWe. Supera el umbral habitual de 300 MWe del OIEA, aunque la empresa utilice la denominación SMR.
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 en Chequia (incluyendo con la empresa de ingeniería nuclear Škoda JS), y Polonia.
El enfoque europeo e industrial de Rolls-Royce SMR estaba relacionado con la seguridad energética. Los riesgos del transporte marítimo se trataron en nuestro artículo ”Problemas de suministro de combustibles fósiles – Crisis inminente de transporte y energía”. El cierre del Canal de Suez era un escenario de riesgo, no un hecho garantizado.
Westinghouse: Cameco (CCJ) y Brookfield Renewable Partners L.P. (BEP)
BEP Gráfico de precios
BEP Gráfico de precios
La adquisición de Westinghouse se completó el 7 de noviembre de 2023: Cameco obtuvo el 49% y un grupo liderado por Brookfield, con Brookfield Renewable y socios institucionales, el 51%. El grupo Brookfield más amplio (BN) administraba entonces unos 850.000 millones de dólares.
El AP300 utiliza tecnología del AP1000, de mayor tamaño. A finales de 2023 operaban cuatro AP1000 en China y Vogtle 3 en Estados Unidos; Vogtle 4 aún no estaba en operación comercial. Había más proyectos en China y planes para Polonia e India. Vogtle se ha vuelto infame por retrasos y sobrecostos. No todas las unidades propuestas estaban en construcción.
El AP300 está diseñado para unos 300 MWe eléctricos y 900 MW térmicos, no 990 MW de electricidad.
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
TerraPower es una empresa no cotizada respaldada por Bill Gates. Además de modificar tamaños y fabricación, desarrolla tecnologías diferentes de reactores y almacenamiento.
Natrium es un reactor rápido refrigerado por sodio líquido, desarrollado en colaboración con GE Hitachi, con una potencia eléctrica básica de 345 MWe. Un almacenamiento térmico separado de sales fundidas permite aumentar temporalmente la producción eléctrica. La demostración se planificó en una zona carbonífera en transición de Wyoming. Otro programa es el reactor rápido de cloruros fundidos (MCFR).
En el MCFR, el material fisible está en una sal líquida que también transporta calor. El combustible de Natrium no funciona así. La expansión térmica y otras realimentaciones pueden contribuir al control, pero debe evaluarse la seguridad de todo el sistema.
Algunos diseños de combustible líquido buscan una gestión o alimentación más flexible. La recarga continua y la aceptación de cualquier enriquecimiento no son características automáticas de todos los reactores de sales fundidas ni de Natrium.
Los reactores rápidos no moderan los neutrones como los reactores térmicos convencionales. Esto puede mejorar el aprovechamiento de ciertos materiales, pero no aumenta automáticamente la eficiencia de conversión eléctrica ni reduce el coste.
Fuente: Terrapower
TerraPower también ha estudiado el reactor de onda viajera (TWR), con el objetivo de aprovechar mejor, entre otros materiales, el uranio empobrecido. Las afirmaciones sobre un aprovechamiento multiplicado son metas de desarrollo, no prueba de un reactor disponible que opere durante siglos sin una carga inicial fisible.
Los nuevos diseños deben demostrar su seguridad mediante ensayos y análisis ante los reguladores. Esto eleva las exigencias de desarrollo y permisos, pero no supone un rechazo universal a la innovación.
TerraPower puede beneficiarse de mejoras técnicas, pero también debe superar riesgos de financiación, combustible, suministros y licencias antes de operar comercialmente.
Terrestrial Energy
Terrestrial Energy (IMSR ) desarrolla su reactor integral de sales fundidas (IMSR).
La empresa busca gestionar el envejecimiento del moderador de grafito con una unidad integrada del núcleo que se sustituye aproximadamente cada siete años. La sustitución afecta a esa unidad, no a toda la central.
Las temperaturas más altas pueden mejorar la eficiencia y permitir calor industrial. Las ventajas de seguridad y coste deben demostrarse para el diseño concreto.
Moltex Energy
Moltex desarrolla un reactor que utiliza combustible derivado de combustible nuclear usado y reciclado, denominado Stable Salt Reactor – Wasteburner (SSR-W). El proyecto canadiense está vinculado con Point Lepreau, en Nuevo Brunswick.
La combinación del SSR-W, el proceso de reciclaje WATSS y el almacenamiento térmico GridReserve busca proporcionar electricidad flexible para complementar la generación eólica y solar.
Un modelo diferente es el reactor FLEX de MoltexFLEX, que persigue generación flexible, con bajas emisiones y costes competitivos.
La circulación y refrigeración pasivas pueden reducir los componentes activos de ciertos sistemas. Esto no significa que toda la central carezca de piezas móviles o de supervisión.
El combustible reciclado podría generar energía y reducir ciertos materiales de larga duración. Persisten los requisitos de reprocesamiento, gestión de residuos y licencias; no desaparecen todos los residuos radiactivos.
Rosatom
Rosatom tiene experiencia en reactores pequeños y navales. Además de centrales flotantes, desarrolla proyectos terrestres como el RITM-200N en Yakutia.
La central flotante Akademik Lomonosov comenzó su operación comercial en 2020 con dos reactores de 35 MWe cada uno. Sirve a comunidades e industrias remotas del Ártico ruso.
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
Las regiones costeras pueden ser un mercado para estas centrales, pero la cifra del 80% de la población mundial no está sustentada sin definir la zona costera. Un modelo propuesto sería que Rosatom posea y opere la central y venda electricidad también a otros países.
Una central flotante puede trasladarse a un emplazamiento preparado. El uso tras un desastre requiere permisos, seguridad, atraque y conexión eléctrica; no es una solución inmediata automática.
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.
La danesa Seaborg desarrollaba reactores compactos de sales fundidas para centrales flotantes. Las propuestas de hasta 800 MW correspondían a varios módulos en conjunto, no a un solo reactor.
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
X-energy (XE ) desarrolla el combustible TRISO-X para sus reactores.
TRISO-X sigue utilizando uranio enriquecido: HALEU contiene más del 5% y menos del 20% de uranio-235. Las capas protectoras de pequeñas partículas retienen productos de fisión a altas temperaturas, pero no sustituyen todas las demás funciones de seguridad de la central.
El Xe-100 es un reactor de alta temperatura refrigerado por gas, de unos 80 MWe por módulo y de la cuarta generación. La empresa menciona una zona de planificación de emergencias de unos 400 metros frente a las diez millas habituales en grandes reactores estadounidenses. Es un enfoque específico de autorización, no un límite general de riesgo cero.
En 2023, la disponibilidad de HALEU era un riesgo importante. La dependencia de proveedores rusos generaba preocupación tras la guerra en Ucrania. Centrus produjo la primera cantidad estadounidense de HALEU en noviembre de 2023, pero ampliar la capacidad comercial requería más tiempo e inversión. La vieja estimación de cinco a diez años no es un calendario actual garantizado.
La compañía anunció en octubre de 2023 el fin del acuerdo con Ares Acquisition Corporation para cotizar mediante SPAC. Posteriormente, X-energy realizó una oferta pública inicial diferente en 2026, con símbolo XE en Nasdaq. La cotización actual no cambia la cancelación de 2023.
China
Durante mucho tiempo importadora de tecnología nuclear de Rusia y Occidente, China se está convirtiendo rápidamente en una innovadora líder en la industria.
Las cifras citadas en 2023 —unos 55 reactores operativos, 22 en construcción y 70 previstos— eran unidades de reactor, no igual número de emplazamientos con varios reactores. Informaciones de 2021 mencionaban la ambición de construir 150 reactores nuevos. En diciembre de 2023 comenzó la operación comercial del HTR-PM, reactor de alta temperatura refrigerado por gas y demostración de tecnología de cuarta generación.
China desarrolló por separado un reactor experimental de sales fundidas basado en torio. El torio describe el ciclo de combustible, no el método de refrigeración; este proyecto no debe confundirse con el HTR-PM.
También se presentó un concepto de reactor de sales fundidas para buques portacontenedores, con largos intervalos de combustible y bajas emisiones operativas como objetivos. No demostraba un buque terminado capaz de navegar indefinidamente sin combustible. Recuerda las ambiciones de Átomos para la Paz y del N.S. Savannah en los años sesenta. En 2023 continuaba el desmantelamiento de la instalación nuclear del Savannah, décadas después de su retirada del servicio.
US Savannah – Fuente: ANS
Copenhagen Atomics
Copenhagen Atomics desarrolla tecnología de sales fundidas con ciclo de torio y fabricación modular. La descripción de 2023 preveía una unidad en un contenedor de 40 pies a unos 560 °C; eran características del proyecto en desarrollo.
La potencia prevista era de 100 MW térmicos, no igual generación eléctrica. La demostración esperada en 2025 era una previsión. El precio de 100.000 dólares por un reactor completo no tiene respaldo en la información oficial actual: la empresa indica una meta de 50 millones de dólares por unidad de 100 MWth, además de una tarifa anual de servicio y costes separados del emplazamiento. Los precios y plazos son objetivos empresariales.
Fuente: Copenhagen Atomics
La empresa también aspiraba a desarrollar un reactor de aprovechamiento de residuos para 2028. Separar y transmutar ciertos isótopos puede reducir la radiotoxicidad a largo plazo, pero no convierte automáticamente todos los residuos peligrosos durante 100.000 años en inocuos tras 300 años. Era una meta de desarrollo, no una central ya operativa.
Combinar torio, sales fundidas, aprovechamiento de residuos y fabricación modular es ambicioso. El éxito depende de la demostración técnica, los materiales, la economía, la financiación y las autorizaciones, no solo del cambio regulatorio.
