Las baterías nucleares ofrecen un nuevo enfoque de la energía libre de carbono

Esta representación en corte del concepto de batería nuclear del MIT muestra componentes importantes, como el módulo de instrumentación y control, el reactor y el módulo de potencia. Crédito: Cortesía de los investigadores.

Jacopo Buongiorno y otros dicen que los microrreactores fabricados en fábrica transportados en camiones a los sitios de uso podrían ser una opción segura y eficiente para descarbonizar los sistemas eléctricos.

Es posible que estemos al borde de un nuevo paradigma para la energía nuclear, sugirió recientemente un grupo de especialistas nucleares en The Bridge , la revista de la Academia Nacional de Ingeniería. Así como las computadoras grandes, caras y centralizadas dieron paso a las PC ampliamente distribuidas de hoy, una nueva generación de reactores relativamente pequeños y económicos construidos en fábrica, diseñados para una operación autónoma plug-and-play similar a enchufar una batería de gran tamaño, es en el horizonte, dicen.

Estos sistemas propuestos podrían proporcionar calor para procesos industriales o electricidad para una base militar o un vecindario, funcionar sin supervisión durante cinco a 10 años y luego transportarse en camiones a la fábrica para su renovación. Los autores: Jacopo Buongiorno, profesor TEPCO de ciencia e ingeniería nuclear del MIT; Robert Frida, uno de los fundadores de GenH; Steven Aumeier del Laboratorio Nacional de Idaho; y Kevin Chilton, comandante retirado del Comando Estratégico de EE. UU., han denominado a estas pequeñas centrales eléctricas “baterías nucleares”. Debido a su simplicidad de operación, podrían desempeñar un papel importante en la descarbonización de los sistemas eléctricos del mundo para evitar un cambio climático catastrófico, dicen los investigadores. MIT News le pidió a Buongiorno que describiera la propuesta de su grupo.

P: La idea de reactores nucleares modulares más pequeños se ha discutido durante varios años. ¿Qué hace diferente a esta propuesta de baterías nucleares?

R: Las unidades que describimos llevan ese concepto de fabricación en fábrica y modularidad al extremo. Las propuestas anteriores han analizado reactores en el rango de 100 a 300 megavatios de producción eléctrica, que son un factor de 10 más pequeños que las grandes bestias tradicionales, los grandes reactores nucleares a escala de gigavatios. Estos pueden ensamblarse a partir de componentes construidos en fábrica, pero aún requieren algo de ensamblaje en el sitio y mucho trabajo de preparación del sitio. Entonces, es una mejora sobre las plantas tradicionales, pero no es una gran mejora.

Este concepto de batería nuclear es realmente diferente debido a la escala física de estas máquinas: alrededor de 10 megavatios. Es tan pequeño que toda la planta de energía se construye en una fábrica y cabe dentro de un contenedor estándar. La idea es colocar toda la planta de energía, que comprende un microrreactor y una turbina que convierte el calor en electricidad, en el contenedor.

Esto proporciona varios beneficios desde un punto de vista económico. Está desvinculando por completo sus proyectos y su tecnología del sitio de construcción, que ha sido la fuente de todos los posibles retrasos en el cronograma y sobrecostos de los proyectos nucleares en los últimos 20 años.

De esta manera se convierte en una especie de energía bajo demanda. Si el cliente quiere calefacción o electricidad, puede obtenerla en un par de meses, o incluso semanas, y luego es plug and play. Esta máquina llega al sitio y, solo unos días después, comienza a recibir su energía. Entonces, es un producto, no es un proyecto. Así es como me gusta caracterizarlo.

P: Usted habla de tener potencialmente tales unidades ampliamente distribuidas, incluso en áreas residenciales para alimentar vecindarios enteros. ¿Cuánta confianza puede tener la gente en cuanto a la seguridad de estas plantas?

R: Es excepcionalmente robusto, ese es uno de los puntos de venta. En primer lugar, el hecho de que sea pequeño es bueno por varias razones. Por un lado, la cantidad total de calor que se genera es proporcional a la potencia, que es pequeña. Pero lo que es más importante, tiene una alta relación superficie-volumen porque, nuevamente, es pequeño, lo que hace que sea mucho más fácil mantenerlo fresco en todas las circunstancias. Se enfría de forma pasiva, hasta un punto en el que nadie tiene que hacer nada. Ni siquiera necesitas abrir una válvula ni nada. El sistema se cuida solo.

También tiene una estructura de contención muy robusta que lo rodea para protegerlo contra cualquier liberación de radiación. En lugar de la gran cúpula de hormigón tradicional, hay carcasas de acero que básicamente encapsulan todo el sistema. Y en cuanto a la seguridad, en la mayoría de los sitios, prevemos que estos estarán ubicados debajo del nivel del suelo. Eso proporciona cierta protección y seguridad física contra atacantes externos.

En cuanto a otros problemas de seguridad, si piensa en los famosos accidentes nucleares, Three Mile Island, Chernobyl, Fukushima, los tres problemas están mediados por el diseño de estas baterías nucleares. Debido a que son tan pequeños, es básicamente imposible obtener ese tipo de resultado de cualquier secuencia de eventos.

P: ¿Cómo sabemos que estos nuevos tipos de reactores funcionarán y qué debería suceder para que tales unidades estén ampliamente disponibles?

R: La NASA y el Laboratorio Nacional de Los Álamos han realizado un proyecto de demostración similar, al que llamaron microrreactor, para aplicaciones espaciales. Les tomó solo tres años desde el comienzo del diseño hasta la fabricación y las pruebas. Y les costó 20 millones de dólares. Era de órdenes de magnitud más pequeña que las grandes plantas nucleares tradicionales que fácilmente cuestan más de mil millones y tardan una década o más en construirse.

También hay diferentes compañías que ahora desarrollan sus propios diseños, y cada una es un poco diferente. Westinghouse ya está trabajando en una versión de tales baterías nucleares (aunque no usan ese término), y planean ejecutar una unidad de demostración en dos años.

El siguiente paso será la construcción de una planta piloto en uno de los laboratorios nacionales que cuenta con amplios equipos para probar sistemas de reactores nucleares, como el Laboratorio Nacional de Idaho. Tienen una serie de instalaciones que se están modificando para acomodar estos microrreactores y tienen capas adicionales de seguridad. Debido a que es un proyecto de demostración, desea asegurarse de que si sucede algo que no había previsto, no tendrá ninguna liberación al medio ambiente.

Luego, la planta podría pasar por un programa acelerado de pruebas, sometiéndola a condiciones más extremas que las que se encontrarían en una operación normal. Básicamente, abusa de él y demuestra mediante pruebas directas que puede soportar todas esas cargas o situaciones externas sin exceder los límites de falla. Y una vez que se pruebe allí bajo condiciones rigurosas, las instalaciones comerciales generalizadas podrían comenzar con bastante rapidez.

Estas baterías nucleares son ideales para crear resiliencia en sectores muy diferentes de la economía, al proporcionar una fuente de energía constante y confiable para respaldar la creciente dependencia de fuentes de energía renovables intermitentes, como la solar y la eólica. Y estos sistemas altamente distribuidos también pueden ayudar a aliviar las presiones en la red al estar ubicados justo donde se necesita su salida. Esto puede proporcionar una mayor resiliencia frente a cualquier interrupción de la red y eliminar virtualmente el problema de las pérdidas de transmisión. Si estos se generalizan tanto como imaginamos, podrían hacer una contribución significativa a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo.

Referencia: "Una estrategia para desbloquear el potencial de la energía nuclear para un paradigma industrial energético global nuevo y resistente" por Jacopo Buongiorno, Robert Freda, Steven Aumeier y Kevin Chilton, 14 de junio de 2021, The Bridge .
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¿Son posibles las baterías nucleares?

La startup NDB, con sede en California, ha presentado una batería que utiliza desechos nucleares y dura hasta 28.000 años. El poder de la batería de nano-diamante proviene de los isótopos radiactivos que se utilizan en los reactores nucleares.

¿Son seguras las baterías nucleares?

“El interior apenas es radiactivo, y eso los hace muy seguros para las personas”. Y, agrega, cuando la batería nuclear se queda sin energía, se descompone a un estado estable, lo que significa que no quedan residuos nucleares.

cuanto cuestan las baterias nucleares

Las baterías nucleares en el rango de microvatios se utilizan en circuitos de reloj de sistemas informáticos críticos y en algunos implantes médicos. Cuestan aproximadamente $ 2,200, por lo que puede calcular el precio por vatio.

¿Es posible la batería Nano Diamond?

Para construir su batería de nanodiamantes, NDB utiliza capas de nanodiamantes en paneles increíblemente diminutos (por contexto, un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). Los diamantes tienen una conductancia térmica excepcional, lo que los hace ideales para dispositivos electrónicos.

Video: nuclear batteries

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