En el debate mundial sobre la transición ecológica, la energía nuclear ha vuelto a ocupar un lugar central. Tras haber sido marginada durante mucho tiempo por sus elevados costes, sus problemas de seguridad y la oposición de la opinión pública, tres factores principales impulsan ahora su revalorización: la urgencia de la descarbonización, la inestabilidad geopolítica vinculada a los combustibles fósiles y, por último, pero no por ello menos importante, el potencial de las tecnologías digitales para revolucionar el diseño, el control y la seguridad de las centrales. Y si añadimos a este panorama el potencial de la fusión nuclear -la reacción que alimenta el Sol-, el asunto se vuelve aún más interesante.
Pero, ¿puede la energía nuclear ser una solución ganadora en la combinación energética de bajas emisiones? ¿Y qué retos quedan para su desarrollo sostenible, también acelerado por la digitalización? Preguntas que necesitan respuestas, de las que depende gran parte de la construcción de un futuro con Carbono Cero.
La fisión de hoy, la fusión de mañana
En la actualidad, la energía nuclear representa una parte nada desdeñable de la electricidad con bajas emisiones de carbono del mundo: con más de 400 reactores nucleares activos, representa en torno al 10% de la generación mundial de electricidad, y la cuota se eleva a casi el 20% en las economías avanzadas. En términos absolutos, la energía nuclear es, después de la hidroeléctrica, la segunda fuente mundial de electricidad con bajas emisiones. A escala mundial, la generación nuclear está creciendo ligeramente y se espera que alcance un máximo histórico en 2025 debido a la reanudación de la producción en algunas zonas -como Japón- y a la puesta en servicio de nuevas unidades en varios mercados, como China, India, Europa y Corea. En la actualidad se están construyendo más de 60 reactores nucleares -equivalentes a unos 70 GW de capacidad- y están previstos más de 100 en varios países. El interés parece crecer en la actualidad, hasta el punto de que más de 40 países están considerando la ampliación o introducción de la energía nuclear en sus combinaciones energéticas para satisfacer necesidades estratégicas como la seguridad energética, la descarbonización y la creciente demanda de electricidad.
La tecnología nuclear actual se basa en la fisión -proceso basado en la división de átomos pesados (como el uranio) en reactores controlados-, que sigue siendo fundamental a corto y medio plazo.
En este frente, las tendencias tecnológicas apuntan, en particular, a mejorar los costes y la seguridad: por un lado, se están ampliando los ciclos de vida de los reactores existentes, porque prolongar el funcionamiento es una de las opciones más inmediatas y rentables para producir electricidad con bajas emisiones. Por otro, se están desarrollando reactores avanzados de IV Generación y pequeños reactores modulares (SMR ): una nueva ola de innovación que promete mayor seguridad, menores costes unitarios gracias a la modularidad y flexibilidad de uso. Aunque es posible que muchas de las innovaciones previstas no vean la luz comercial antes de los años 2030-2040, la fisión sigue siendo la única forma de energía nuclear disponible a gran escala en la actualidad.
Las perspectivas, sin embargo, se amplían si se considera la fusión nuclear: el proceso que alimenta el Sol, en el que núcleos atómicos ligeros se unen, liberando una gran cantidad de energía.
Un proceso teóricamente más seguro, más limpio y prácticamente ilimitado, que es ahora objeto de una carrera científica mundial: reproducir la fusión controlada con un balance energético positivo requiere un nivel de conocimientos muy elevado, y el nivel de complejidad tecnológica del reto es de los más altos del panorama actual. No obstante, la investigación ha avanzado mucho en los últimos años, hasta el punto de que varios expertos coinciden en que el primer reactor de fusión capaz de inyectar electricidad a la red podría estar realizado a mediados de siglo.
Fusión nuclear, los grandes proyectos del sector
Una de las principales estrategias para lograr una reacción de fusión nuclear controlada es el confinamiento magnético: una tecnología que, dentro de un reactor toroidal -el dispositivo más desarrollado es el Tokamak-, utiliza potentes campos magnéticos para manejar el plasma a muy alta temperatura en el que se produce la fusión.
En los últimos años se han logrado importantes resultados en este campo. En febrero de 2022, por ejemplo, el reactor JET (Joint European Torus) del Reino Unido consiguió producir 59 MJ de energía en un intervalo de tiempo de 5 segundos, equivalente a una potencia de unos 11 MW: un logro que superó con creces el anterior récord de 1997 -cuando la producción de energía se situó en torno a los 22 MJ- y demostró la capacidad de mantener las condiciones de fusión estacionarias. Por otra parte, éste es uno de los principales retos pendientes: el proyecto internacional ITER, por ejemplo, pretende funcionar a 500 MW durante al menos 400 segundos de forma continua, con 50 MW de potencia de calentamiento alimentada; no generará electricidad, pero su objetivo es precisamente demostrar la viabilidad -científica y de ingeniería- de la fusión por confinamiento magnético como fuente de energía limpia a gran escala.
Entre los demás proyectos en el campo del desarrollo de esta solución se encuentra SPARC, desarrollado por Commonwealth Fusion Systems, una empresa derivada del Instituto Tecnológico de Massachusetts: el objetivo es demostrar la producción de energía neta a partir de la fusión, es decir, conseguir producir más energía de la necesaria para iniciar y mantener la reacción. Por otro lado, el proyecto totalmente italiano DTT (Divertor Tokamak Test), promovido por laENEA, pretende crear un dispositivo -el desviador- que tiene por objeto crear una región entre el plasma a muy alta temperatura y la pared en la que se pueda controlar la interacción. Proyectos, éstos, de los que ya tuvimos ocasión de hablar en una entrevista en este canal, y a los que también contribuye activamente Eni, una de las empresas italianas que más tiempo lleva activa en el campo de la fusión magnética.
El aliado digital de la energía nuclear
A la hora de abordar estos retos, la contribución de las nuevas tecnologías digitales es y será cada vez más fundamental. Aspectos como el diseño, el control, la seguridad y la optimización dependen en gran medida de estas herramientas innovadoras, que permiten gestionar sistemas muy complejos con mayor eficiencia y fiabilidad.
Inteligencia Artificial, por ejemplo. Como ya se ha mencionado, en los reactores de fusión, el control del plasma es una cuestión muy compleja, que requiere decisiones muy rápidas y multidimensionales. Aquí es donde una investigación reciente ha demostrado que los algoritmos de aprendizaje automático pueden aprender a evitar inestabilidades peligrosas en el plasma y ayudar al sistema de control en tiempo real. Este es el trabajo realizado por un grupo de investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, que han demostrado cómo el sistema de IA, una vez entrenado con datos experimentales, puede reaccionar en milisegundos -mucho más rápido que un operador humano- ajustando automáticamente los parámetros del dispositivo de fusión para mantener el plasma estable.
El concepto de gemelo digital también encaja bien en este ámbito. Aplicada a la energía nuclear, esta tecnología puede de hecho permitir la creación de un modelo virtual detallado de un reactor o planta, actualizado constantemente con datos en tiempo real de la planta física: esto permite realizar simulaciones y pruebas predictivas en un entorno virtual, mejorando tanto el diseño como las operaciones. Su adopción también allana el camino para el mantenimiento predictivo y ofrece apoyo a la toma de decisiones de los operadores en situaciones complejas, mejorando la seguridad y la eficiencia de la planta.
Otra herramienta muy poderosa y crucial en este campo es la computación de alto rendimiento (High Performance Computing, HPC): su uso puede acelerar los complejos cálculos físicos necesarios para diseñar nuevos reactores o probar escenarios de seguridad. Pero eso no es todo. Un ejemplo interesante es el de HPC6, el nuevo sistema de supercomputación de Eni terminado y puesto en marcha en noviembre del año pasado, el más potente del mundo para fines industriales: la empresa, de hecho, utiliza el potencial de esta nueva herramienta -que desempeña un papel decisivo en toda la cadena energética- también para simular el comportamiento del plasma en la fusión por confinamiento magnético.
Un esfuerzo conjunto por un futuro sostenible
En resumen, la energía nuclear puede ser un aliado potencialmente importante desde el punto de vista estratégico en la transición hacia una economía con bajas emisiones de carbono. Sin embargo, la contribución que pueda aportar realmente dependerá en gran medida de la capacidad del sector para innovar y responder a las críticas que históricamente se le han hecho: esto significa reducir en gran medida los costes y los plazos de construcción de las centrales, pero sobre todo dar respuestas concretas en materia de seguridad y medio ambiente para ganarse -y mantener con el tiempo- la confianza de la opinión pública. Aspectos, estos, con respecto a los cuales esta ola de innovación en curso -impulsada también por las nuevas tecnologías digitales-, si se encauza por el buen camino, puede contribuir a proporcionar el apoyo necesario.
En el horizonte, el desarrollo de la fusión nuclear puede cambiar aún más las tornas. Si los grandes proyectos en marcha llegan a buen puerto, la humanidad dispondrá de una fuente de energía prácticamente ilimitada, limpia y con menos impactos a largo plazo: esto no significa posponer la acción climática a la espera de que esta solución se consolide, sino continuar -en paralelo a la adopción de otras soluciones sostenibles- con los enormes esfuerzos de investigación y desarrollo que son necesarios en este campo, como apuesta a largo plazo para dar a las generaciones futuras una importante opción energética.
La energía nuclear no es una panacea, pero sí una de las herramientas más importantes en la cartera del cambio climático. El papel que desempeñará en la transición, sin embargo, dependerá de las decisiones que tomemos hoy, de cómo gestionemos sus riesgos y de cómo aprovechemos sus ventajas: si la innovación y las políticas consiguen salvar la brecha de confianza y hacerla económica y socialmente aceptable, puede desempeñar un papel importante en la combinación energética del futuro. Con un esfuerzo conjunto de la comunidad científica, la industria y las instituciones, la energía nuclear puede hacer una importante contribución a la consecución de los objetivos climáticos mundiales, al tiempo que garantiza la seguridad energética y el desarrollo sostenible para las generaciones venideras.
