Oportunidades de energía limpia: las energías nuclear y renovables se complementan entre sí

A primera vista, la energía nuclear y las energías renovables no parecen tener mucho en común. La energía eólica y la solar son descentralizadas y variables, mientras que la energía nuclear es centralizada y estable. Pero debido a que ambas producen bajas emisiones de carbono, son esenciales para la transición energética. Incluso puede haber una oportunidad de integrarlas en sistemas de energía híbrida (Hybrid Energy Systems, HES) que combinen sus mejores atributos en una generación de energía renovable más confiable para satisfacer las necesidades críticas de calor, electricidad y sistemas alimentarios limpios.

En este artículo, desglosamos los atributos clave de la energía nuclear y renovable, destacamos las formas en que ambas pueden complementarse y profundizamos en los esfuerzos para unirlas. En lo que concierne a los inversionistas, creemos que estas fuentes de energía, como pilares de la combinación energética del futuro, ofrecen un potencial de crecimiento convincente en todas sus cadenas de valor a medida que el mundo cambia sus prioridades energéticas.

Conclusiones clave

• Las fuentes de energía nuclear y renovable aportan atributos únicos a la transición energética que los gobiernos pueden aprovechar a medida que trazan la composición energética futura.
• El programa Nuclear Innovation Clean Energy Future (NICE Future) tiene como objetivo promover la energía nuclear en el debate más amplio sobre la energía limpia y explorar su posible camino hacia las plantas de energía híbridas.
• Una preocupación que une la energía nuclear y renovable es el desperdicio, pero se espera que la investigación y las iniciativas de reciclaje mejoren la gestión de desperdicios.

Energía nuclear y renovable que deja su huella en la transición energética

Las principales economías que están encaminadas a descarbonizar su red de energía, incluidas Suecia, Finlandia y el Reino Unido, utilizan una combinación de fuentes de energía nuclear y renovable¹. Esperamos que otros sigan su ejemplo, ya que las características únicas de la energía nuclear y renovable, y su potencial para interactuar pueden crear una combinación de energía efectiva.

Al igual que las fuentes de energía solar y eólica, los reactores nucleares no generan emisión de gases de efecto invernadero (GEI) durante la operación². No obstante, su puesta en funcionamiento es una historia diferente. Al estimar las emisiones generales de carbono, incluida la construcción de plantas de energía nuclear y paneles solares, la energía nuclear emite menos carbono que la energía solar, la de biomasa, la geotérmica y la hidroeléctrica, y emite la misma cantidad de carbono que la energía eólica³.

Al comparar la eficiencia energética, la energía nuclear y la hidroenergía están en los primeros puestos de la lista. El retorno de la inversión en energía (Energy Return on Investment, EROI) evalúa la eficiencia de una fuente de energía comparando la salida de energía utilizable con la entrada de energía requerida para su extracción o producción. Las fuentes de energía se clasifican como absorbedoras de energía cuando su EROI está por debajo de 1.⁴

En términos de costo y factor de capacidad, la energía eólica (en tierra), solar e hidroeléctrica son alternativas más económicas que la energía nuclear en términos de costo nivelado de la electricidad (levelized cost of energy, LCOE); sin embargo, estas fuentes de energía alternativas son menos confiables que la energía nuclear, que opera a alrededor del 90 % de la capacidad. Los paneles fotovoltaicos (Photovoltaic, PV) y las turbinas eólicas tienen dificultades con las interrupciones periódicas porque están a merced de la Madre Naturaleza. Su producción cambia cuando el viento no sopla y el sol no brilla. La energía geotérmica es la excepción, ya que tiene un factor de alta capacidad y un LCOE bajo. Una desventaja de la energía geotérmica es que es altamente específica de la ubicación ^5,6.

Es importante destacar que, al comparar fuentes de energía con diferentes factores de capacidad, el costo final de la producción de energía debe incorporar costos de almacenamiento porque los picos de demanda y la baja producción de energía pueden requerir reservas de almacenamiento para evitar apagones. El costo del almacenamiento de baterías (LCOE USD 128,55) es mayor que el de la energía nuclear (LCOE USD 81,71)⁷.

Los nuevos caminos de energía para explorar incluyen sistemas híbridos nucleares-renovables

La energía nuclear, que representa aproximadamente un tercio de la generación de electricidad libre de emisiones del mundo, no solo sirve como fuente principal de energía limpia, sino que también puede facilitar el uso de otras fuentes de energía limpia⁸. La Ministerial de Energía Limpia ayudar a promover el potencial de la energía nuclear; se trata de una colaboración global entre gobiernos, organizaciones y compañías que promueve la energía limpia y la transición energética⁹.

Una de sus iniciativas principales es el programa Nuclear Innovation Clean Energy Future (NICE Future), dirigido por los Estados Unidos, Canadá y Japón. NICE Future involucra a una variedad de partes interesadas para que se concentren en sistemas de energía nuclear renovable integrados, tecnologías de última generación y energía nuclear a gran escala para la electricidad de carga base¹⁰. En 2022, NICE Future inició una campaña llamada Research the Impacts on Social Equity and Economic Empowerment (Investigar los impactos en el capital social y el empoderamiento económico) (RISE3), que apunta a acelerar la sustitución de plantas de carbón “sin medidas de mitigación” (unabated coal) por tecnología nuclear avanzada¹¹.

Dado que las fuentes de energía nuclear y renovable son las principales alternativas con bajas emisiones de carbono, los investigadores están investigando el potencial de fusionarlas. Los sistemas de energía híbrida renovable-nuclear (HES) pueden aprovechar los beneficios de cada tecnología en una fuente de energía sostenible y confiable. Los HES renovables-nucleares podrían proporcionar calor y electricidad mientras aumentan la generación renovable variable a través de energía eólica y solar fotovoltaica. Otros posibles casos de uso incluyen calefacción o refrigeración del distrito, desalinización de agua de mar, producción de hidrógeno, extracción terciaria de petróleo, cogeneración, conversión de carbón a líquido y síntesis de materia prima química¹².

En el ejemplo de la generación de calor, las operaciones de la planta nuclear pueden optimizarse para las condiciones del mercado de electricidad y la demanda de usar calor residual de la conversión de energía para generar calefacción para el distrito. Los sistemas de calefacción híbrida pueden mejorar la seguridad energética, la productividad local y las emisiones de GEI. Técnicamente, los sistemas de calefacción centralizados podrían reemplazar a los sistemas de calefacción descentralizados que utilizan fuentes de energía convencionales como gas, leña y aceite¹³.

La urgencia de desarrollar sistemas de energía alternativos para satisfacer las necesidades humanas básicas mientras se reducen las emisiones de GEI no puede exagerarse. Los vínculos entre la energía y los alimentos, por ejemplo, son fundamentales para abordar los problemas que surgen del crecimiento de la población, la pobreza y el cambio climático. El nexo entre la energía y los alimentos se centra en el uso de energía en la producción, el procesamiento, el almacenamiento, el tránsito, el comercio minorista, la preparación y la cocción de alimentos. El consumo de alimentos representa el 30 % del consumo energético primario mundial. Ese consumo incluye un uso significativo de combustibles fósiles y produce el 20 % de las emisiones anuales de GEI, sin incluir los cambios en el uso de la tierra relacionados con la implementación de plantaciones¹⁴.

 

La investigación sobre reciclaje tiene como objetivo disipar las inquietudes relacionadas con la gestión de residuos

Las preocupaciones sobre el manejo de los residuos radioactivos se encuentran entre los principales obstáculos para la adopción generalizada de la fisión nuclear convencional. También son problemáticos los sistemas de energía renovable antiguos, que podrían generar decenas de millones de toneladas de basura en las próximas décadas. Estimamos que la basura global de final de vida útil de paneles solar se aproximará a los 61 millones de toneladas para 2045. A principios de la década de 2040, los desechos de las aspas de turbinas eólicas podrían superar los 14 millones de toneladas¹⁵.

En comparación, el negocio de la energía nuclear genera pocos residuos. Desde el comienzo de la producción de electricidad nuclear en 1954 hasta 2016, la industria de la energía nuclear produjo aproximadamente 390 000 toneladas de combustible gastado¹⁶. Además, el transporte, el almacenamiento y la eliminación de residuos radiactivos son seguros y están comprobados tecnológicamente. Menos del 10 % de los residuos peligrosos de los EE. UU. son radioactivos¹⁷. Aproximadamente dos tercios de los residuos se almacenan y un tercio se recicla¹⁸.

Hay muchos proyectos de investigación en curso que tienen como objetivo mejorar la gestión del combustible gastado en energía renovable y nuclear. Las empresas de toda la cadena de valor de la energía eólica y solar están acelerando los esfuerzos de reciclaje y desarrollando nuevas tecnologías en un esfuerzo por mejorar la sostenibilidad de la energía renovable. Vestas, un reconocido fabricante de turbinas eólicas, propuso un proceso de reciclaje químico en febrero de 2023 que podría revolucionar la industria¹⁹. Además, en 2021 el Departamento de Energía de los EE. UU. anunció la financiación para un programa de energía de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E) de hasta USD 40 millones. Este programa limita los residuos avanzados de reactores nucleares, protege el medio ambiente y promueve la energía nuclear como fuente de energía limpia²⁰.

Conclusión: la columna vertebral de la nueva combinación energética puede ser nuclear y renovable

Aprovechar las diferencias y similitudes de las energías renovables y nuclear puede ser un camino clave hacia la aceleración de la descarbonización y es un argumento convincente para la inversión. Aunque el potencial completo de los HES nucleares-renovables puede variar según la región de implementación y las estructuras del mercado energético, las investigaciones indican que la flexibilidad y resiliencia de estos sistemas pueden desempeñar un papel clave en la satisfacción de las necesidades energéticas. Además del argumento para la inversión, se espera que las mejoras en la gestión de residuos aumenten la sostenibilidad a largo plazo de la energía nuclear y renovable.

Glosario

Factor de capacidad: la relación de la energía eléctrica producida por una unidad generadora durante el período considerado con respecto a la energía eléctrica que podría haberse producido en la operación continua de energía completa durante el mismo período.

Costo nivelado de energía (Levelized Cost of Energy, LCOE): el costo nivelado de energía (LCOE) se define como el costo promedio de la unidad (kWh) generado por un sistema y se calcula por la relación del costo anualizado total del sistema con la carga eléctrica total atendida.