Los reactores nucleares tienen una reputación bien ganada por ser proyectos de construcción masivos que con frecuencia incurren en sobrecostos. Además, una vez que finalmente se construyen, monitorearlos y mantenerlos requiere un personal de docenas de expertos capacitados.
Pero Yasir Arafat cree que la energía nuclear no tiene por qué ser así.
Arafat es el líder técnico del proyecto del microrreactor en uno de los laboratorios de investigación nuclear preeminentes del gobierno de los Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de Idaho, y en su función allí, Arafat está liderando el esfuerzo para construir un reactor nuclear diminuto y relativamente económico. Es más una batería nuclear, dice.
Arafat creció en Bangladesh antes de ir a la universidad en los Estados Unidos y lo motiva un profundo sentido de urgencia para ayudar al mundo a descarbonizarse. Los efectos del calentamiento global no se discuten como un escenario futuro distante en Bangladesh: el cambio climático ya es parte de la vida diaria actual. La energía nuclear no genera emisiones de gases de efecto invernadero y Arafat espera contribuir a la solución construyendo un prototipo de microrreactor que pueda ayudar al desarrollo de la industria.
El prototipo se llamará reactor MARVEL, acrónimo del nombre del proyecto Microreactor Applications Research Validation and Evaluation, y el objetivo es tener el primero operativo en diciembre de 2023, convirtiéndolo en el primer microrreactor avanzado de Estados Unidos, Arafat. le dijo a CNBC. (Estas fotos muestran un prototipo del reactor MARVEL que funciona con calor eléctrico, no calor nuclear, por el bien de la investigación preliminar).
Yasir Arafat, líder técnico del proyecto del microrreactor Marvel, muestra el prototipo a CNBC.
Foto cortesía de Magdalena Petrova, CNBC
El laboratorio nacional de Idaho comenzó a diseñar y modelar el proyecto del reactor MARVEL en junio de 2020 bajo el liderazgo de Arafat. Si se completa, el microrreactor MARVEL «será el primero de su tipo que podrá demostrar cómo podemos realmente miniaturizar un sistema nuclear en algo que sea portátil y transportable, y que también pueda entregar calor y electricidad al cliente final». Arafat le dijo a CNBC en una entrevista en video en Idaho en mayo.
Ya hay una gran cantidad de empresas privadas, incluidas Oklo, Westinghouse (donde Arafat trabajó durante una década) y General Atomics, que desarrollan microrreactores, y su objetivo es el mismo que el del gobierno: desarrollar una fuente de energía confiable y libre de emisiones.
Un solo microrreactor podría alimentar a una comunidad de 1000 a 10 000 personas, ya sea un hospital o una base militar remota. La red eléctrica actual en los Estados Unidos se basa en un sistema de generación de electricidad en una ubicación centralizada y su distribución a los usuarios finales. Pero los microrreactores son un componente de una visión futura de la red eléctrica menos centralizada y más resistente a los desastres naturales.
Más allá de ser opciones potenciales de energía limpia para ubicaciones remotas o comunidades pequeñas, los microrreactores podrían ser una parte clave de una futura red de energía limpia que incluya energía solar y eólica renovable y almacenamiento de baterías, dijo Arafat. La nuclear es una fuente de energía de carga base, lo que significa que puede proporcionar energía cuando el viento no sopla y el sol no brilla, sirviendo como respaldo para la intermitencia de las energías renovables.
Un prototipo para el reactor Marvel en el Laboratorio Nacional de Idaho.
Foto cortesía de Magdalena Petrova, CNBC
Más pequeño = más barato
Los reactores nucleares modulares pequeños son órdenes de magnitud menos complicados de construir y construir que los reactores de agua ligera convencionales. Los microrreactores llevan eso aún más lejos.
“Todo el hardware se puede construir en una fábrica, como hacemos automóviles o autos”, dijo Arafat a CNBC, lo que permite la producción de cientos de microrreactores al año. Desde la fábrica, un microrreactor puede transportarse a la ubicación de un cliente, recargarse y ponerse en marcha. El objetivo es poder desplegar un microrreactor en menos de una semana, «para que se parezca más a una batería nuclear que a una planta de energía a gran escala», dijo.
“Si nos volvemos realmente buenos en la fabricación de estos sistemas y aprovechamos la fabricación en fábrica, podemos hacerlos lo suficientemente baratos para todos los campus de la nación”, dijo Arafat a CNBC.
Los microrreactores utilizan un tipo diferente de combustible enriquecido justo por debajo del límite del 20 % establecido por los requisitos de no proliferación nuclear. Este combustible, llamado HALEU, o uranio de bajo enriquecimiento de alto ensayo, permite que el reactor sea más pequeño.
«De hecho, podemos construir un núcleo mucho más eficiente que sea significativamente más compacto y más pequeño. Por lo tanto, para diseñar un reactor necesitaríamos una cantidad mucho menor de combustible en lugar de un núcleo mucho más grande. Esa es la mayor ventaja de aumentar el enriquecimiento». Arafat dijo.
El tamaño pequeño y la fabricación en fábrica significan que los reactores micronucleares serán mucho más baratos de construir que los reactores de agua ligera convencionales, que se exceden de forma crónica en el cronograma y el presupuesto. Los reactores tercero y cuarto que se están construyendo en la planta de Vogtle en Georgia se han convertido en ejemplos infames de tales excedentes.
Yasir Arafat, líder técnico del proyecto del microrreactor del reactor Marvel, hablando con CNBC en el Laboratorio Nacional de Idaho.
Foto cortesía de Magdalena Petrova, CNBC
Eso no quiere decir que los primeros microrreactores de la línea de fábrica serán tan baratos o rápidos como lo será la tecnología. Pero es probable que se implementen en lugares donde no haya alternativas de energía limpia baratas y confiables, como comunidades remotas en Alaska.
«Actualmente, la única tecnología que funciona allí son los generadores diésel y tienen que transportar el combustible diésel en esos lugares. Así de remotos son. Si podemos reemplazar esos generadores diésel con un microrreactor como este, ciertamente puede ser significativamente más económico que lo que están pagando actualmente», dijo Arafat a CNBC.
Además, debido a que los microrreactores estarán ubicados cerca de donde se usará la energía, el costo de transmisión será prácticamente nulo, dijo Arafat.
Los microrreactores también requieren menos personal y menos trabajo de mantenimiento que los reactores tradicionales, en parte porque su combustible necesita ser reemplazado solo de cinco a diez años, en comparación con menos de dos años para un reactor de agua ligera, dice Arafat.
Luego, está la pieza de seguridad. El microrreactor está diseñado para que muchos de sus sistemas operen pasivamente.
“Entonces, todo, desde la generación de calor, el transporte de calor, la eliminación de calor hasta el rechazo de calor, todos esos circuitos de refrigeración se realizan de forma pasiva sin ningún sistema de ingeniería”, dijo Arafat a CNBC.
También el lateral del reactor es de carburo de boro, que es el mismo material que se utiliza en los vehículos blindados.
«Entonces, si hay condiciones climáticas extremas o provocadas por el hombre, habrá poco o ningún efecto en la operación real o la seguridad de estos sistemas», dijo Arafat.
El prototipo del reactor Marvel en el Laboratorio Nacional de Idaho.
Foto cortesía de Magdalena Petrova, CNBC
Una pieza crítica de un rompecabezas más grande, pero no una panacea
Si bien Steve Nesbit, presidente del grupo comercial de la industria, American Nuclear Society, apoya la idea de los reactores micronucleares y el proyecto MARVEL específicamente, advierte que no serán una panacea para la descarbonización.
Eso se debe en gran parte a que los reactores de agua ligera convencionales generan cientos de megavatios de energía y un microrreactor generará entre uno y cinco megavatios de energía, según Arafat.
«Creo que tienen futuro, pero hay límites en la capacidad de abordar nuestras necesidades de energía limpia con ellos», dijo Nesbit a CNBC. «Los microrreactores son ideales para situaciones remotas con microrredes, pero no tanto como un medio de generación de electricidad limpia a escala de gigavatios para la red convencional».
El experto en innovación nuclear y profesor Alex Gilbert comparte la misma opinión.
«Son recursos de energía distribuidos, destinados a servir a clientes fuera de la red, pueblos pequeños y operaciones industriales», dijo Gilbert a CNBC. «Es probable que Alaska sea un mercado inicial temprano, así como otras partes del Ártico como Canadá, Rusia y Escandinavia. Pueden desempeñar un papel clave en las microrredes, complementando la energía solar distribuida y las baterías».
Pero muchos de los problemas clave que enfrenta el desarrollo de microrreactores son los mismos que enfrenta el desarrollo de la energía nuclear a gran escala en los EE. UU.: «Tenemos una cadena de suministro atrofiada, los costos iniciales serán altos e impredecibles y el sistema regulatorio es adecuado para manejarlos», dijo Gilbert.
Dicho esto, abordar estos problemas para el despliegue de microrreactores puede ayudar a allanar el camino para esos mismos problemas «para el despliegue a gran escala de reactores avanzados más grandes», dijo Gilbert.
Arafat sabe que el proyecto MARVEL tiene un propósito mayor: Flexionar los músculos de la innovación nuclear en los EE. UU. por primera vez en décadas. “Entonces, el arte, la ciencia y la tecnología de pasar por el desarrollo de nuevos reactores también es una especie de nuevo ámbito para nosotros en muchos sentidos”, dijo Arafat a CNBC.
– CNBC Magdalena Petrova contribuido a este informe.