A medida que crece la demanda de electricidad en Estados Unidos y las empresas de tecnología buscan construir centros de datos cada vez más grandes para alimentar sistemas de inteligencia artificial, una pregunta importante que surge es cómo generar toda esa energía.
Según la Agencia Internacional de Energía, los grandes centros de datos de todo el mundo utilizaron alrededor de 460 teravatios-hora de electricidad en 2022, una cifra que los analistas esperan que siga creciendo en el futuro.
Una posible solución que se propone es la energía nuclear: producida en grandes centrales nucleares existentes, antiguas reactivadas, otras nuevas que podrían construirse con subsidios gubernamentales y otros tipos más pequeños de centrales nucleares que están en desarrollo y aún no están disponibles.
La discusión en torno a la alimentación de centros de datos con inteligencia artificial involucró específicamente un tipo de planta de energía nuclear llamada pequeño reactor modular. Según la Agencia Internacional de Energía Atómica, se están investigando y desarrollando alrededor de 70 diseños diferentes en todo el mundo, incluidos reactores que algún día podrían servir a comunidades pequeñas o remotas, aplicaciones militares e incluso barcos en el mar o naves espaciales.
Los defensores dicen que estos diseños de reactores proporcionan energía constante sin emisiones de carbono que cambian el clima. También pueden ubicarse cerca de lugares que necesitan su energía, reduciendo la dependencia de la red eléctrica. No estarán disponibles comercialmente hasta dentro de algunos años: los proyectos de demostración podrían comenzar a construirse antes de 2030, y los comerciales podrían comenzar a operar a mediados de la década de 2030. Y todavía no existe un plan del Departamento de Energía de Estados Unidos para manejar los desechos radiactivos que producirían.
Soy un ingeniero cuyo trabajo se centra en la industria nuclear, incluida la gestión de residuos y el desmantelamiento de reactores nucleares. Esto es lo que es este tipo de reactor, cómo funciona y qué puede hacer:
Los pequeños reactores modulares, en la parte superior, se encuentran entre los otros dos tamaños de reactor y sirven a diferentes tamaños de comunidades, en la parte inferior. A. Vargas/OIEA Conceptos básicos
Hay tres tamaños generales de reactores nucleares, de los cuales sólo uno, las centrales nucleares convencionales, se ha construido comercialmente. Las centrales eléctricas convencionales se construyen en sitios permanentes en grandes lotes alrededor de núcleos de reactores de hasta 30 pies (10 metros) de altura. Por lo general, generan más de 1.000 megavatios de energía, suficiente para alimentar entre 700.000 y 1 millón de hogares.
Otras especies todavía están en investigación y son mucho más pequeñas. Los microrreactores tienen núcleos que son lo suficientemente pequeños como para caber en un semirremolque. Pueden instalarse en terrenos del tamaño aproximado de un campo de fútbol y generar menos de 20 megavatios.
En el medio se encuentran pequeños reactores modulares. Sus núcleos tienen unos 3 metros (9 pies) de diámetro y 6 metros (18 pies) de altura. Toda la explotación ocupa una superficie de unas 50 hectáreas y puede producir hasta 300 megavatios de electricidad.
Debido al tamaño de los reactores, pueden construirse en fábricas a partir de diversos componentes y luego transportarse por camión, ferrocarril o agua hasta el lugar donde se ensamblan.
Todos los diferentes tipos de pequeños reactores modulares generan calor de la misma manera: dividiendo átomos pesados y atrapando el calor en diversos materiales (como agua, metal líquido o sal fundida) que circulan a través del agua para crear vapor que impulsa una turbina.
También están diseñados con características de seguridad para reducir el riesgo y la gravedad de accidentes que podrían liberar radiación o material radiactivo al medio ambiente. Por ejemplo, los sistemas pasivos y los basados en principios fundamentales como la gravedad pueden detener las reacciones nucleares antes de que alcancen niveles en los que podrían producirse explosiones o fugas. Estos reactores también producen menos calor y tienen cantidades mucho menores de material nuclear que los grandes reactores tradicionales, lo que también puede reducir el riesgo de radiactividad.
El módulo central del pequeño reactor nuclear envuelto en verde está listo para ser transferido al barco. Liu Xuan/VCG vía Getty Images Construcción e implementación
Los pequeños reactores modulares son adecuados para suministrar electricidad en lugares remotos o regiones sin una gran red eléctrica, lugares donde las grandes centrales nucleares no son prácticas.
Su diseño compacto y ubicación flexible los hacen ideales para pequeñas regiones geográficas o instalaciones industriales, como plantas desalinizadoras, o en países que recién comienzan a desarrollar la energía nuclear.
Pueden construirse y ponerse en funcionamiento en dos o tres años, es decir, antes de la década o más que se necesita para obtener los permisos y la construcción de plantas de energía nuclear estándar y para construir completamente una gran planta de energía nuclear.
Aún quedan varios desafíos técnicos antes de que se puedan construir y poner en servicio pequeños reactores modulares. Estas incluyen preguntas relativamente simples, como cuántas personas se necesitan para operar cada reactor, y decisiones más complejas sobre cómo mejorar las normas de seguridad, tanto en Estados Unidos como a nivel internacional. Tampoco está todavía claro cuál es la mejor manera de gestionar el transporte de materiales radiactivos, especialmente para los reactores que utilizan refrigerantes distintos del agua, que podrían producir nuevas formas de residuos radiactivos.
Entendiendo el combustible
Las centrales nucleares más grandes utilizan combustible que consta de aproximadamente un 5% de uranio-235, un elemento que se divide en una reacción nuclear y libera calor. Pero muchos diseños de reactores modulares pequeños utilizan un combustible diferente, con entre un 5% y un 20% de uranio-235.
Este combustible diferente, llamado “uranio de alto rendimiento y bajo enriquecimiento”, permite a los reactores generar más electricidad con menos combustible. Y si bien contiene significativamente más uranio que el combustible nuclear estándar, sigue estando muy por debajo de la concentración del 90% de uranio-235 utilizado en las armas nucleares.
El combustible más concentrado también permite que los reactores funcionen durante más tiempo entre recargas y reduce la cantidad de desechos radiactivos que quedan después de que se agota el combustible.
Un ingeniero de un centro de investigación francés trabaja en equipos como parte de un esfuerzo por desarrollar un pequeño reactor modular. Nicolas Tucat/AFP vía Getty Images Esfuerzos de EE.UU.
El Departamento de Energía de Estados Unidos está trabajando para desarrollar la producción nacional de este tipo de uranio para pequeños reactores modulares, con el fin de evitar la dependencia de fuentes extranjeras.
Según el contrato gubernamental, una empresa de combustible nuclear con sede en Maryland llamada Centrus Energy ha producido casi 1 tonelada (920 kilogramos) de ese combustible desde 2023 en virtud de un contrato que se estima costará a los contribuyentes 120 millones de dólares. A mediados de 2025, Centrus recibió una extensión de contrato de 110 millones de dólares para producir esa cantidad nuevamente hasta mediados de 2026.
El Departamento de Energía distribuye combustible fabricado por Centrus a cinco empresas para proyectos de demostración y desarrollo.
Gestión de residuos
Todas las instalaciones nucleares requieren una manipulación segura del combustible y de los residuos resultantes. No existe un lugar de almacenamiento permanente para desechos nucleares en Estados Unidos. La mayoría de los desechos nucleares se almacenan en la tierra alrededor de los reactores donde se generaron.
El Departamento de Energía dice que está tratando de encontrar un lugar para almacenar temporalmente los desechos de pequeños reactores modulares, pero ese proceso ha estado paralizado en los tribunales durante años y puede que no se resuelva pronto.
Otros usos industriales
Además de suministrar electricidad, los pequeños reactores modulares también pueden generar directamente grandes cantidades de calor.
Esto puede resultar útil para las plantas desalinizadoras, que utilizan electricidad y calor para convertir el agua de mar en agua dulce para beber y regar. Las operaciones mineras remotas también suelen requerir calor y energía para hacer funcionar los equipos, garantizar que los espacios habitables sean habitables y procesar minerales.
Los pequeños reactores modulares también pueden resultar útiles en los campus universitarios. El microrreactor planeado para la Universidad de Illinois proporcionará electricidad y vapor a los edificios del campus, al mismo tiempo que enseñará a los estudiantes cómo operar plantas nucleares y ofrecerá oportunidades de investigación y demostración para más mejoras en los reactores en el futuro.
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