Daniel Herrera Cardona – Red Nuclear Colombiana
La energía nuclear es reconocida como una de las fuentes de energía más seguras y confiables que existen. Sin embargo, cuando aparecen noticias sobre sus últimos avances, a menudo surgen términos técnicos que pueden confundir al público debido a explicaciones incompletas en medios no especializados. En realidad, estamos presenciando un renacer nuclear con tecnologías de cuarta generación destinadas a jugar un papel fundamental en la transición energética y la descarbonización de industrias estratégicas. En esta columna explicaremos qué son los reactores nucleares de IV generación, cuál es su rol en la descarbonización industrial, cuáles son sus principales tipos y en qué consiste la cogeneración nuclear, para finalmente analizar el potencial de estas tecnologías en el marco de la transición energética global.
¿Qué son los reactores de IV Generación?
Los reactores nucleares de IV Generación se refieren a una serie de diseños avanzados de reactores nucleares, aún en desarrollo, fase prototipal o ya desplegados, concebidos para suceder a los reactores actuales (mayoritariamente de agua ligera). Estos nuevos reactores están pensados para operar a temperaturas mucho más elevadas que las de sus predecesores, lo que abre la puerta a numerosas aplicaciones industriales adicionales. Asimismo, las propuestas de IV generación buscan elevar los estándares de seguridad nuclear y optimizar la gestión del combustible: pretenden permitir el reciclaje del combustible gastado y reducir tanto la cantidad como la vida media de los residuos radiactivos.
Detrás de estos objetivos tecnológicos hay un esfuerzo de colaboración global. Los reactores de IV Generación son impulsados por el Foro Internacional Generation IV (GIF), una iniciativa de cooperación lanzada a inicios de los años 2000 que cuenta con la participación de 13 países (incluidos Francia, EE.UU., China, Brasil, Japón, entre otros, además de EURATOM). El GIF identificó seis diseños de reactores considerados los más prometedores de esta nueva generación, y muchos países se han comprometido a desarrollar al menos uno de ellos. Cabe señalar que, si bien ya existen algunos prototipos en operación o construcción (con China a la cabeza en despliegue temprano), no se espera una adopción comercial amplia de estos reactores antes de 2030 en Occidente.
En resumen, los reactores de IV Generación representan la próxima evolución nuclear orientada a lograr mayor eficiencia térmica, seguridad mejorada y sostenibilidad en el uso de combustible nuclear. Su diseño apunta no solo a generar electricidad de base libre de carbono, sino también a proporcionar calor de proceso para aplicaciones más allá de la generación eléctrica, como veremos a continuación.
El rol de la IV Generación en la descarbonización industrial
Uno de los aportes más importantes de la nueva generación de reactores es su potencial para descarbonizar sectores industriales que actualmente dependen de combustibles fósiles para obtener calor. Industrias como la petroquímica, la metalurgia, la producción de fertilizantes (amoníaco) o la fabricación de hidrógeno requieren temperaturas elevadas y un suministro energético constante. Los reactores nucleares tradicionales (Generación II/III) ya han demostrado que pueden destinar parte de su calor a usos no eléctricos, como la calefacción distrital o la desalinización de agua, dado que operan en un rango de temperatura (~300 °C) suficiente para cubrir necesidades típicas de ~150 °C en esos procesos. De hecho, la cogeneración nuclear (uso simultáneo de la energía para electricidad y calor útil) no es un concepto nuevo: desde finales del siglo XX se han implementado esquemas de este tipo en algunas plantas, por ejemplo aprovechando el calor residual de reactores convencionales para calefacción urbana.
La IV generación de reactores nucleares lleva este potencial mucho más lejos. Al operar a temperaturas significativamente mayores (en algunos diseños 500–1000 °C), los nuevos reactores pueden suministrar calor de alta entalpía adecuado para procesos industriales pesados que hoy son difíciles de electrificar. Por ejemplo, varios diseños Gen IV —como los reactores rápidos enfriados por metales líquidos, los reactores de gas de alta temperatura o los reactores enfriados por agua supercrítica— alcanzan temperaturas entre 500 y 800 °C, ideales para generar vapor industrial y calor de proceso en refinerías, plantas petroquímicas, fabricación de acero, producción de etileno, cemento, celulosa, entre otros. A su vez, ciertos diseños pueden operar en el extremo superior de temperatura: por ejemplo, los reactores SCWR (~625 °C), GFR (~850 °C) o MSR (750–1000 °C) permiten abordar aplicaciones exigentes como la producción masiva de hidrógeno, generación de syngas, procesos termoquímicos avanzados y producción eficiente de amoníaco sin emisiones.
El impacto en la descarbonización sería significativo. Estas fuentes nucleares de alta temperatura podrían reemplazar calderas de gas o carbón en fábricas y plantas químicas, eliminando emisiones directas de CO₂. Además, al integrar la producción de hidrógeno rosa o nuclear en la ecuación, se posibilita descarbonizar sectores como el transporte (por medio de combustibles sintéticos o celdas de combustible) y la industria pesada, donde el hidrógeno se perfila como insumo clave para alcanzar emisiones netas cero.
Otro beneficio a destacar es la mejora en eficiencia energética. En una planta nuclear dedicada solo a producir electricidad, aproximadamente dos tercios del calor generado se desechan (principalmente a través de torres de enfriamiento) debido a las limitaciones termodinámicas de las turbinas convencionales. Si ese calor sobrante se aprovecha en procesos industriales, la eficiencia global de la planta se dispara. Estudios auspiciados por el OIEA (Organismo Internacional de Energía Atómica) concluyen que, configurando las centrales en modo cogeneración, la eficiencia térmica total del sistema podría incrementarse hasta ~80% – muy por encima del ~33% típico de solo generar electricidad.
En suma, los reactores de IV Generación están concebidos como herramientas para la descarbonización profunda de la economía. Al proveer electricidad libre de carbono y calor industrial limpio, habilitan la conversión de procesos actualmente basados en combustibles fósiles hacia alternativas sostenibles. Pasemos ahora a conocer cuáles son estos reactores avanzados y sus características principales.
Diseños destacados de reactores de IV Generación
El Foro Gen IV identificó media docena de conceptos de reactor avanzados que cumplen con las metas de esta nueva generación (alta temperatura, mayor seguridad, mejor uso del combustible, etc.). A continuación, presentamos brevemente los seis tipos destacados de reactores de IV Generación y sus características más relevantes:
• Reactor Rápido Refrigerado por Plomo (LFR) – Emplea plomo líquido o aleaciones de plomo-bismuto como refrigerante a presión atmosférica. Gracias al elevadísimo punto de ebullición del plomo (~1743 °C), estos reactores pueden operar a muy alta temperatura sin presurización, aumentando la seguridad pasiva. El LFR funciona con neutrones rápidos y suele usar combustibles mixtos de uranioplutonio (MOX), permitiendo cerrar el ciclo del combustible (quema de actínidos de vida larga) para mejorar la sostenibilidad y reducir residuos. Este tipo de reactor se estudia en tamaños que van desde grandes (~600 MWe) hasta modulares pequeños (10–100 MWe), mostrando gran versatilidad de aplicación.
• Reactor Rápido Enfriado por Gas (GFR) – Es un reactor rápido enfriado con gas helio a alta temperatura, con un diseño de ciclo de combustible cerrado. Combina las ventajas de los reactores de espectro rápido en cuanto a uso eficiente del uranio y minimización de desechos, con las ventajas de los sistemas de alta temperatura en cuanto a alta eficiencia térmica y capacidad de usar el calor para procesos industriales.
• Reactor de Sales Fundidas (MSR) – En este concepto, la sal fundida actúa como combustible y/o refrigerante del reactor. Los MSR operan típicamente a baja presión y alta temperatura, aumentando la seguridad (menos riesgo de sobrepresión) y la eficiencia térmica. Existen múltiples variantes de MSR, y varios prototipos modulares se están desarrollando actualmente en el mundo.
• Reactor Rápido Refrigerado por Sodio (SFR) – Usa sodio líquido como refrigerante, operando también con neutrones rápidos. El SFR es posiblemente el diseño Gen IV con mayor experiencia acumulada. Tiene excelente capacidad de transferencia de calor, puede operar a presión baja y lograr ratios de reproducción de combustible mayores a 1, lo que aumenta la sostenibilidad del recurso nuclear.
• Reactor Refrigerado por Agua Supercrítica (SCWR) – Es un concepto que lleva la familiar tecnología de reactores de agua a un nuevo régimen termodinámico. Opera con agua en estado supercrítico y puede alcanzar eficiencias térmicas muy elevadas (44–48%), lo que lo hace atractivo económicamente y compatible con turbinas convencionales.
• Reactor de Muy Alta Temperatura (VHTR) – Se trata de un reactor térmico enfriado por gas helio que puede alcanzar temperaturas extremadamente altas. Emplea un combustible altamente robusto (TRISO) que le otorga seguridad inherente. Es ideal para cogeneración: puede producir electricidad y simultáneamente calor de proceso o hidrógeno limpio.
Cogeneración nuclear: integrando calor y electricidad
Un concepto clave para entender el alcance de los reactores avanzados es la cogeneración nuclear. En vez de desperdiciar el calor residual del reactor, este se aprovecha para satisfacer diversas necesidades: desde calefacción industrial o urbana, producción de vapor, desalinización de agua de mar, hasta generación de hidrógeno.
Gracias a los reactores de IV Generación (muchos de ellos diseñados para cogenerar), las posibilidades se expanden considerablemente. Por ejemplo, un reactor VHTR podría simultáneamente suministrar electricidad a la red y calor a una planta química. Los SMR de sales fundidas o metales líquidos pueden integrarse con procesos químicos o industrias locales, o formar parte de complejos multipropósito.
Desde el punto de vista económico y ambiental, la cogeneración nuclear mejora la rentabilidad, aumenta la eficiencia energética y permite reducir emisiones de CO₂ en múltiples frentes.
Potencial de la IV Generación para la transición energética
Los reactores nucleares de IV Generación, junto con la cogeneración nuclear, se perfilan como aliados cruciales en la lucha contra el cambio climático. Su capacidad para proveer energía confiable y libre de carbono, tanto en forma de electricidad como de calor de proceso, los convierte en piezas fundamentales para descarbonizar sectores difíciles de electrificar.
Aún existen retos por superar: certificación de nuevos combustibles, validación de materiales, pruebas de seguridad pasiva y despliegue económico. Sin embargo, los avances actuales muestran que esta visión es tangible y realizable.
En un futuro energético equilibrado, es probable que las fuentes renovables convivan con reactores modulares avanzados, permitiendo una energía limpia, flexible y continua. Con electricidad 24/7, calor de alta calidad y combustible limpio, los reactores de IV Generación pueden hacer realidad una industria sin emisiones y una verdadera transición energética sostenible.
