¿Las enormes demandas energéticas de la inteligencia artificial estimularán un renacimiento nuclear?

La semana pasada, los gigantes tecnológicos Google y Amazon dieron a conocer acuerdos que respaldan la energía nuclear “avanzada”, como parte de sus esfuerzos por convertirse en carbono neutral.

Google Anunciar Comprará electricidad producida por reactores desarrollados por Kairos Energy, con sede en Alameda, California. Mientras tanto, Amazon está invirtiendo casi 500 millones de dólares en X-Energy Reactor Company, con sede en Rockville, Maryland, y ha acordado comprar energía producida por reactores diseñados por X-Energy que se construirán en el estado de Washington.

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Ambos movimientos son parte de una tendencia verde más amplia que ha surgido a medida que las empresas de tecnología se enfrentan a las crecientes demandas de energía de los centros de datos y las granjas de cálculo impulsadas por inteligencia artificial (IA). mes pasado, microsoft dijo Comprará energía a una empresa de servicios públicos que planea reiniciar un reactor de 835 megavatios fuera de servicio en Pensilvania.

Las asociaciones acordadas entre Google y Amazon incluyen empresas emergentes que son pioneras en el diseño de “pequeños reactores modulares”, que pretenden ensamblarse a partir de piezas prefabricadas. La idea es hacer que los reactores nucleares sean más pequeños, más baratos, más seguros y más rápidos de implementar que los utilizados en las plantas convencionales. Diseños realizados por X-energy, Kairos y muchas otras empresas (parcialmente financiados por fundaciones, por ejemplo Departamento de Energía de EE. UU. y Comisión Europea) es radicalmente diferente al de las empresas energéticas establecidas, pero todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se convierta en realidad.

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¿Pueden estos acuerdos estimular la innovación en la industria nuclear?

La construcción de centrales nucleares (un proceso que a menudo está plagado de complejos procedimientos de obtención de permisos, retrasos en la construcción y sobrecostos) es financieramente riesgoso, y apostar por tecnologías no probadas es aún más riesgoso. Pero los acuerdos con Google y Amazon podrían proporcionar un “enorme” impulso a Kairos y XEnergy, dice el ingeniero nuclear Jacopo Bongiorno, que dirige el Centro de Sistemas Avanzados de Energía Nuclear del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. “El mayor valor es un voto de confianza y, por supuesto, eso viene con algo de dinero”, afirma. Dice que dichos anuncios pueden ayudar a las empresas a recaudar fondos adicionales, saltando el “valle de la muerte de la innovación” que a menudo separa las ideas prometedoras del éxito comercial.

Pero los detalles de los acuerdos son turbios, y es probable que el nivel de apoyo de Amazon y Google sea una “gota en el mar” en comparación con los miles de millones que estas nuevas empresas necesitarán eventualmente, dice el físico Edwin Lyman, director del proyecto nuclear. Seguridad Energética en la Unión de Científicos Preocupados en Washington, DC. “La máquina de relaciones públicas está en pleno apogeo, pero el capital privado no parece estar preparado para correr ese riesgo todavía”, dice Lehman.

La velocidad del progreso en ciencias de la computación plantea otra pregunta, dice Allison MacFarlane, directora de la Escuela de Políticas Públicas y Asuntos Globales de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, Canadá, y ex presidenta de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) de Estados Unidos. “Si hablamos de dentro de 15 años, ¿la IA necesitará tanta potencia?”

¿Cómo funcionan los pequeños reactores modulares?

Varias empresas emergentes (así como algunas empresas establecidas, incluidas Toshiba y Rolls-Royce) están desarrollando pequeños reactores, cada uno de los cuales reivindica su originalidad y sus propias ventajas. La mayoría de ellos buscan diseños diferentes a los que se han utilizado hasta ahora para producir electricidad.

La energía nuclear diez años después de Fukushima

En casi todos los tipos de reactores nucleares, la fuente de energía es la fisión de los átomos de uranio. El núcleo del isótopo inestable uranio-235 se rompe cuando choca con un neutrón, y esto libera más neutrones, que golpean más núcleos, provocando una reacción en cadena. Una central nuclear convencional extrae la energía resultante, liberada en forma de calor, bombeando agua fría a través del núcleo del reactor y produciendo vapor presurizado para impulsar turbinas que generan electricidad.

El diseño Energy X reemplaza el agua con helio, mientras que Kairos planea usar sal fundida. Ambos abandonan las tradicionales barras de combustible nuclear y las reemplazan con miles de “guijarros” redondos de combustible. Se agrega grava continuamente en la parte superior del reactor, mientras que la grava gastada se retira del fondo, de una manera similar a la forma en que funciona una máquina expendedora de chicles.

¿Existen ventajas de seguridad para los diseños modulares pequeños?

“En teoría, los reactores más pequeños pueden tener un alto grado de seguridad pasiva”, afirma Lehman. Cuando esté cerrado, el pequeño núcleo del reactor contendrá menos calor residual y radiactividad que el que se derritió en el desastre de Fukushima Daiichi que siguió al tsunami de 2011 en Japón.

Las compañías también dicen que los reactores de lecho de guijarros propuestos son intrínsecamente más seguros porque no están presurizados y porque están diseñados para hacer circular refrigerantes sin la ayuda de bombas (la pérdida de energía de las bombas de agua causó tres de los desastres de Fukushima). . Fallo de los reactores de la estación).

Pero Lyman cree que es peligroso confiar en un enfriamiento pasivo impredecible sin el apoyo de una opción de enfriamiento activo. A medida que los reactores se hacen más pequeños, se vuelven menos eficientes. Otra startup, NewScale Power, con sede en Portland, Oregón, diseñó su propio pequeño reactor modular (que ha sido certificado por la NRC) para producir 50 megavatios de electricidad, pero luego cambió a un diseño más grande de 77 megavatios. La necesidad de activar la economía “hace que la seguridad negativa sea menos creíble”, dice Lehman.

¿Los pequeños reactores modulares conllevan riesgos adicionales?

En algunos casos, los pequeños reactores modulares podrían “impulsar la energía nuclear en una dirección más peligrosa”, dice Lehman. “Lo avanzado no siempre es mejor”.

En particular, Lyman señala que los diseños de lechos de grava desarrollados por X-energy y Kairos se basarán en uranio altamente enriquecido y poco enriquecido (HALEU), que consta de entre un 10% y un 20% de uranio 235, en comparación con un enriquecimiento del 5%. El nivel requerido por la mayoría de los reactores existentes (y el reactor NuScale). Lyman dice que el Hallyu todavía está clasificado como combustible poco enriquecido (a diferencia del uranio altamente enriquecido utilizado para fabricar bombas nucleares), pero esta distinción es engañosa. En junio, él y sus colaboradores, incluido el físico Richard Jarwin, quien dirigió el diseño de la primera bomba de hidrógeno, advirtieron que… ciencias Artículo que afirma que se podría fabricar una bomba con unos cientos de kilogramos de Halyu, sin necesidad de enriquecimiento adicional.¹.

También es probable que los reactores más pequeños produzcan más desechos nucleares y utilicen el combustible de manera menos eficiente, según el trabajo informado por MacFarlane y sus colaboradores en 2022.². En un reactor a gran escala, la mayoría de los neutrones producidos por la división del uranio viajan a través de una gran cantidad de combustible, lo que significa que tienen una alta probabilidad de golpear otro núcleo, en lugar de golpear las paredes de la vasija del reactor o escapar al interior del reactor. Edificio circundante. “Cuando se encoge el reactor, hay menos material en él, por lo que habrá más fugas de neutrones”, dice MacFarlane. Estos neutrones rebeldes pueden ser absorbidos por otros núcleos atómicos, que luego se volverán radiactivos.

NuScale señala que el estudio se basó en parte en el diseño de 50 megavatios de la compañía, ahora abandonado, pero McFarlane y otros dicen que el problema probablemente se aplica a la mayoría de los reactores pequeños.

¿Sería más barato construir reactores pequeños?

La capacidad de construir componentes en una línea de montaje podría reducir significativamente los costos de construcción del reactor. Pero también existen economías de escala intrínsecas en la construcción de reactores más grandes, afirma Bongiorno. “No creamos ciegamente a la gente” cuando dice que los reactores más pequeños producirán energía más barata, dice. La energía nuclear tiene muchas ventajas, pero “no es barata”, y es poco probable que eso cambie dramáticamente.

Sin embargo, una vez que la tecnología esté probada y madure, construir cada pequeño reactor individualmente debería ser más barato y más rápido que construir grandes reactores convencionales, añade Bongiorno. Esto podría convertirla en una propuesta atractiva para los inversores y acelerar su adopción.

Mientras tanto, a Lehman y otros les preocupa que la exageración en torno a la tecnología de reactores modulares pequeños (y la presión para reducir costos) pueda conducir a estándares de seguridad más bajos. Por ejemplo, algunas empresas dicen que sus reactores son tan seguros que no necesitarán estructuras de contención de hormigón armado.

¿Todos estos esfuerzos ayudarán a combatir el cambio climático?

“No deberíamos cerrar la energía nuclear existente. La necesitamos desesperadamente, y necesitamos desesperadamente abandonar los combustibles fósiles”, dice MacFarlane, incluso algunos oponentes de toda la vida a la energía nuclear están de acuerdo a regañadientes.

Pero es un tema de debate si la construcción de nuevos reactores es la mejor manera de reducir rápidamente las emisiones. McFarlane señala que los paneles solares y las turbinas eólicas podrían desplegarse a un ritmo mucho más rápido. Otras evaluaciones, incl. Uno de la Agencia Internacional de EnergíaSeñala que en muchas partes del mundo, depender exclusivamente de energía solar y eólica disponibles sería demasiado costoso, incluso con la adición de baterías masivas, y que las fuentes disponibles bajo demanda, incluidas las nucleares, seguiría siendo muy eficiente. Un papel importante en el ahorro de energía en el futuro³.