El uso de la energía nucleoeléctrica más allá de la generación de electricidad: las aplicaciones no eléctricas

Más allá de la generación de electricidad, hay muchas aplicaciones que se pueden servir de la energía nucleoeléctrica. Estas, que precisan calor, comprenden la desalación de agua de mar, la producción de hidrógeno, la calefacción urbana y el calor para uso industrial (fabricación de vidrio y de cemento, producción metalúrgica), el refinado y la producción de gas de síntesis. Conforme la comunidad mundial se esfuerza por alcanzar los objetivos climáticos, ampliar el papel de la energía nuclear en estas aplicaciones podría ser clave para una transición exitosa hacia una energía limpia.

¿De qué manera la energía nuclear puede reemplazar al carbón en la transición a una energía limpia?

El calor producido por las centrales nucleares se utiliza para crear vapor, que impulsa las turbinas generadoras de electricidad. Las instalaciones nucleares actuales alcanzan temperaturas de funcionamiento que rondan los 300 ºC, mientras que los procesos de calefacción urbana y desalación de agua de mar necesitan unos 150 ºC. Tal y como están diseñadas, las centrales nucleares convierten actualmente en electricidad un tercio del calor producido, por razones tecnológicas principalmente relacionadas con el rendimiento y las propiedades de los materiales. El calor restante se suele liberar al medio ambiente.

En su lugar, ese calor se podría emplear con fines de calefacción o refrigeración, o como fuente de energía para producir agua dulce, hidrógeno u otros productos, como petróleo o combustible sintético, que las actuales centrales nucleares podrían producir en un proceso conocido como cogeneración. La cogeneración nuclear es la producción simultánea de electricidad y calor o un producto derivado del calor. Cuando el calor se utiliza para la cogeneración, la eficiencia térmica puede mejorar hasta un 80 %.

¿Qué es la energía nuclear y cómo funciona una central nuclear? Aquí encontrará información sobre la base científica de la energía nucleoeléctrica.

El hidrógeno puede reemplazar a los combustibles fósiles en numerosos sectores y permitir así unas posibles emisiones cero o casi cero en procesos químicos e industriales, en sistemas de energía limpia y en el transporte. Actualmente, el hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor, un proceso con alto consumo energético que emite unos 830 millones de toneladas de CO₂ al año, el equivalente a la suma de las emisiones de CO₂ del Reino Unido e Indonesia, según la AIE. Hay varios métodos que permiten utilizar la energía nuclear, como fuente de electricidad y calor, para producir hidrógeno de manera eficiente y con unas emisiones de CO₂ escasas o nulas.

Más información sobre la producción nuclear de hidrógeno (en inglés).

La calefacción urbana depende de una planta energética centralizada para distribuir el calor hasta los edificios residenciales y comerciales. En la calefacción urbana mediante energía nuclear, el vapor producido por una central nuclear sirve para calentar redes de calefacción regionales. Esta práctica se ha puesto en marcha en diversos países: Bulgaria, China, Eslovaquia, Hungría, República Checa, Rumania, Rusia, Suiza y Ucrania.

Akademik Lomonosov, la primera central nuclear flotante del mundo que comenzó a explotarse comercialmente en mayo de 2020, abastece calor a la región de Chukotka, en el extremo más nororiental de Rusia. Desde 1983, la central nuclear de Beznau, en Suiza, proporciona calor a municipios, así como a consumidores privados y del sector industrial y agrícola, que en total suman unas 20 000 personas. La principal red de calefacción se extiende a lo largo de 31 km y, desde ella, el calor se transfiere a redes secundarias con una longitud total de 99 km.

En China se está ampliando el proyecto de calefacción mediante energía nuclear de Haiyang. La red de calefacción que utiliza el vapor de los dos reactores de Haiyang comenzó a funcionar al final de 2020, y se prevé que la primera fase del proyecto evite el uso de 23 200 toneladas de carbón por año y la emisión de 60 000 toneladas de CO₂. Este proyecto es un ejemplo de cómo la energía nuclear puede desempeñar un papel en la descarbonización de la calefacción residencial, así como del valor añadido de explotar una central nuclear en modalidad de cogeneración. De aquí a finales de 2021, proporcionará calor a toda la ciudad costera de Haiyang, situada en la provincia de Shandong y con una población aproximada de 670 000 habitantes.

La desalación de agua de mar puede ayudar a satisfacer la creciente demanda de agua potable y aliviar al mismo tiempo la escasez de agua en muchas zonas costeras áridas o semiáridas. Las plantas de desalación precisan energía en forma de calor para la destilación o energía eléctrica/mecánica que impulse las bombas para la presurización de agua de mar en todas las membranas, a fin de separar la sal de las aguas salinas. Actualmente, la mayor parte de esta energía proviene de combustibles fósiles. La desalación nuclear es una alternativa con bajas emisiones de carbono que utiliza el calor y la electricidad de un reactor nuclear. Las técnicas de desalación pueden sumarse a distintos tipos de centrales nucleares para producir simultáneamente agua y electricidad.

La viabilidad de las plantas integradas de desalación nuclear ha quedado demostrada con la experiencia de más de 150 años-reactor, sobre todo en la India, el Japón y Kazajstán. El reactor nuclear de Aktau, situado a orillas del mar Caspio en Kazajstán, produjo hasta 135 MW(e) de electricidad y 80 000 m³/día de agua potable durante 27 años, hasta que entró en régimen de parada en 1999. En el Japón, varias instalaciones de desalación vinculadas a reactores nucleares producen unos 14 000 m³/día de agua potable. En 2002, se estableció en la central nuclear de Madras, en la India sudoriental, una planta de demostración acoplada a reactores nucleares de potencia gemelos de 170 MW(e). Se trata de la mayor planta de desalación nuclear basada en una tecnología híbrida (térmica y osmótica) que utiliza agua marina y vapor de baja presión de una central nuclear.

Aunque hoy en día se utiliza solo un 1 %, aproximadamente, de la energía nuclear para aplicaciones no eléctricas, hay iniciativas por todo el mundo —desde el Reino Unido y Francia hasta Rusia, el Japón y otros países— destinadas a allanar el camino para que el nivel de adopción sea mayor. Esto incluye la iniciativa H2-@-Scale, puesta en marcha por los Estados Unidos en 2016, que examina las perspectivas de la producción de hidrógeno mediante energía nucleoeléctrica. En el Canadá, los Laboratorios Nucleares Canadienses (LNC) tienen previsto poner en marcha el Parque de Demostración, Innovación e Investigación sobre Energía Limpia (CEDIR), que servirá como emplazamiento para someter a prueba aplicaciones de cogeneración mediante reactores modulares pequeños (SMR).

En China está previsto que a finales de 2021 comience a funcionar un SMR de alta temperatura refrigerado por gas. Ese reactor está diseñado para apoyar la generación de electricidad, la cogeneración, el calor industrial y la producción de hidrógeno. En julio de 2021, el Japón puso nuevamente en marcha su reactor experimental de alta temperatura (HTTR). El calor producido por el HTTR tiene aplicaciones en la generación de electricidad, la desalación de agua de mar y la producción de hidrógeno mediante un proceso termoquímico.

En el rango comprendido entre 250 ºC y 550 ºC, más de 100 gigavatios térmicos (GW(t)) corresponden al mercado de calefacción europeo, y la energía nuclear tiene la oportunidad de abastecerlo. Polonia depende al 100 % de combustible fósil para la producción de calor. Sin embargo, en su estrategia nacional de desarrollo figura el despliegue de un programa nuclear para la producción de calor.

• El OIEA apoya y facilita el desarrollo de aplicaciones no eléctricas nuevas y emergentes de las tecnologías nucleares mediante publicaciones científicas y técnicas, seminarios web y proyectos coordinados de investigación.
• El OIEA ha desarrollado herramientas informáticas, como el Programa de Evaluación Económica del Hidrógeno (HEEP) y el Calculador del Costo del Hidrógeno, para evaluar opciones respecto de la producción de hidrógeno. Puede descargar ambas herramientas desde este enlace.
• Con objeto de evaluar la desalación nuclear, el OIEA ha desarrollado el Programa de Evaluación Económica de la Desalación (DEEP) y el Programa de Optimización Termodinámica de la Desalación (DE-TOP) para realizar análisis económicos, termodinámicos y de optimización de distintos recursos eléctricos acoplados a diversos procesos de desalación. Estas herramientas informáticas pueden descargarse aquí.
• El OIEA viene coordinando estudios de viabilidad sobre desalación nuclear desde 1989. El Grupo de Trabajo Técnico sobre Desalación Nuclear del OIEA es una red mundial de expertos que apoya la evaluación y la planificación de programas, la investigación, el desarrollo, el diseño, la construcción, la economía, aspectos de seguridad, la colaboración internacional en proyectos de demostración, y la explotación y el mantenimiento de plantas de desalación nuclear.