La transición hacia un sistema energético sostenible y libre de emisiones exige soluciones tecnológicas basadas en los últimos avances científicos. La energía nuclear, por su alta densidad energética y su capacidad de generar electricidad de forma continua con mínimas emisiones de gases de efecto invernadero, se posiciona como un componente esencial en esta transformación. En particular, contribuye al cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, destacándose el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante) y el ODS 13 (Acción por el clima) (https://sdgs.un.org/goals).
En este contexto, los reactores nucleares de Generación IV (Gen IV) y los Reactores Modulares Pequeños (SMR, por sus siglas en inglés) representan una nueva etapa en la evolución de la tecnología nuclear. Estas innovaciones incorporan mejoras sustanciales en seguridad, eficiencia termodinámica y gestión del ciclo del combustible, al tiempo que ofrecen mayor flexibilidad operativa y adaptabilidad a diversas necesidades energéticas.
Reactores de Generación IV
Los reactores de Generación IV (Gen IV) representan una nueva clase de reactores concebidos para superar las limitaciones de las tecnologías actuales en cuanto a seguridad, sostenibilidad y eficiencia. A la vanguardia de estos esfuerzos se encuentra el Foro Internacional de Generación IV (GIF) [https://www.gen-4.org/], que ha definido seis conceptos avanzados de reactores. Estos diseños se diferencian por el tipo de refrigerante (gas, metal líquido, agua supercrítica o sales fundidas), el espectro de neutrones (térmico o rápido), las condiciones de operación (alta temperatura, presión) y el tipo de combustible empleado (ver Tabla 1 y Figura 1).
Tabla 1: Reactores de Generación IV: Reactor de Muy Alta Temperatura (VHTR), Reactor de Sales Fundidas (MSR), Reactor Rápido Refrigerado por Sodio (SFR), Reactor Refrigerado por Agua Supercrítica (SCWR), Reactor Rápido Refrigerado por Gas (GFR), Reactor Rápido Refrigerado por Plomo (LFR) (https://www.gen-4.org/, https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/generation-iv-nuclear-reactors ).
Los reactores de espectro rápido (GFR, LFR, MSR-rápido, SFR) son adecuados para la transmutación de actínidos menores y el aumento de la eficiencia del combustible mediante generación de nuevo combustible (breeding). Por otro lado, los diseños de espectro térmico (VHTR, SCWR, MSR-térmico) se optimizan para alcanzar altas temperaturas de operación y son aptos para la producción de hidrógeno.
Sin embargo, estos avances tecnológicos no están exentos de desafíos. El desarrollo de nuevos combustibles nucleares (como partículas TRISO (https://www.usnc.com/triso/), combustibles metálicos o cerámicos), el comportamiento de materiales sometidos a condiciones extremas y el uso de refrigerantes no convencionales, plantean interrogantes complejos desde el punto de vista científico e ingenieril.
En particular, los refrigerantes con bajo número de Prandtl, como los metales líquidos y las sales fundidas, presentan una alta conductividad térmica, lo que permite una transferencia de calor eficiente, pero complica el modelado de fenómenos turbulentos, los efectos de flotabilidad y la anisotropía térmica. Estos aspectos aún requieren investigaciones fundamentales y herramientas de simulación avanzadas [Roelofs et al., 2021], que están siendo desarrolladas en colaboración con centros de investigación, universidades y programas internacionales como el Euratom y el CCP-NTH (https://ccpnth.ac.uk/).
Reactores Modulares Pequeños (SMR)
Los Reactores Modulares Pequeños (SMR, por sus siglas en inglés) representan una evolución significativa en la tecnología nuclear y son compatibles con reactores de Generación IV. Con potencias inferiores a 300 MWe, están diseñados para una fabricación modular, permitiendo su construcción en fábrica y posterior ensamblaje en sitio. Sus principales ventajas incluyen:
- Escalabilidad: Los módulos pueden añadirse progresivamente para ajustarse a la demanda energética.
- Reducción de Tiempo y Costos de Construcción: La producción en fábrica agiliza el proceso.
- Mayor Seguridad: Muchos SMR utilizan sistemas de seguridad pasiva que operan por gravedad, convección natural y condensación, eliminando la necesidad de sistemas activos (sin intervención humana ni suministro eléctrico).
- Versatilidad: Además de generación eléctrica, pueden aplicarse a desalinización, calefacción urbana y producción de hidrógeno.
La mayoría de los SMR utilizan uranio poco enriquecido (LEU, <5% U-235), aunque algunos diseños avanzados (como reactores rápidos o de sales fundidas) pueden requerir combustibles más enriquecidos (HALEU) para lograr ciclos prolongados. Un ejemplo destacado es el Compact Molten Salt Reactor (CMSR) de Seaborg Technologies (https://www.seaborg.com/), que emplea combustible en forma de sales de uranio y torio, permitiendo hasta 24 años de operación continua sin recarga física.
Iniciativas Globales e Inversiones
Según el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), a finales de 2022, más de 20 países contaban con programas activos de desarrollo de SMR. Actualmente, existen más de 80 diseños en distintas fases de desarrollo en todo el mundo.
- Estados Unidos:
- $900 millones del Departamento de Energía (DOE) para acelerar la comercialización de SMR (https://www.energy.gov/ne/articles/900-million-available-unlock-commercial-deployment-american-made-small-modular-reactors).
- Idaho National Laboratory (INL) avanza en reactores de próxima generación con $150 millones asignados a I+D para SMR (https://inl.gov/research-programs/nuclear-reactor-systems/, https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-150-million-improve-nuclear-research-and-development )
- NuScale Power VOYGR: SMR de agua a presión de 77 MWe (https://www.nuscalepower.com/products/nuscale-power-module ).
- X-energy Xe-100: Reactor de gas a alta temperatura (HTGR) de 80 MWe por unidad (https://x--energy-com.translate.goog/reactors/xe-100?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=es&_x_tr_hl=es&_x_tr_pto=tc ).
- Europa:
- La iniciativa ESNII coordina esfuerzos para reactores GenIV, como ASTRID (SFR), ALFRED (LFR), MYRRHA (ADS) y ALLEGRO (GFR).
- Francia: Jimmy Energy impulsa un SMR para descarbonización industrial (https://www.lemonde.fr/en/economy/article/2024/06/26/france-s-first-small-nuclear-reactor-project_6675728_19.html ).
- Dinamarca: Seaborg desarrolla CMSR flotante de 100 MWe.
- Rusia:
- KLT-40S (70 MWe): SMR flotante que suministra energía y calor a comunidades remotas en el Ártico.
- Reino Unido:
- El gobierno británico podría destinar hasta £20.000 para el despliegue de hasta 20 SMR, con Rolls-Royce y GE Hitachi posicionados como líderes del consorcio industrial (Latest news & breaking headlines).
- Holtec International seleccionó South Yorkshire para construir una planta de fabricación de SMR con una inversión de £1.500 millones, proyectando hasta 5 GWe de capacidad instalada para 2050 (https://www.nucnet.org/news/holtec-chooses-south-yorkshire-for-gbp1-5-billion-smr-factory-9-1-2024) .
- China:
- Conectó a la red eléctrica el primer reactor comercial de Generación IV: el HTR-PM (reactor de gas refrigerado por helio, 210 MWe).
- En construcción el ACP100.
- Argentina:
- Participa activamente en el programa Gen IV a través de la CNEA e INVAP.
- INVAP patentó el ACR-300, un SMR de 300 MWe.
Conclusión
Los reactores Gen IV y SMR representan la vanguardia de la tecnología nuclear, combinando avances en seguridad pasiva, eficiencia del ciclo del combustible y versatilidad. En un contexto global de transición energética, ambos conceptos emergen como soluciones clave para la descarbonización del sector energético, la seguridad energética y la competitividad industrial.
De cara al 2050, su despliegue estratégico podría consolidarse como un pilar fundamental de un sistema energético bajo en carbono, especialmente en sectores difíciles de electrificar. Sin embargo, alcanzar ese potencial requerirá una articulación continua entre investigación e innovación, marcos regulatorios ágiles y una comunicación pública transparente y basada en evidencia.
