Nota: algunas partes del artículo han sido excluidas, para la versión completa checar https://doi.org/10.1177/01445987251314504
Resumen
La energía nuclear desempeña un papel fundamental en la generación sostenible de electricidad y en el logro de emisiones netas cero a nivel global, aportando de manera significativa un camino seguro hacia el logro de este objetivo. Se espera que la capacidad de energía nuclear se duplique, pasando de 413 gigavatios (GW) a principios de 2022 a 812 GW para el año 2050, dentro del escenario de emisiones netas cero (NZE, por sus siglas en inglés).
El panorama energético mundial está atravesando una transformación significativa, ya que las naciones buscan transitar hacia sistemas energéticos más sostenibles. En medio de este cambio, la energía nuclear ha surgido como un componente clave en el camino hacia una transición energética sostenible. Este estudio analiza el papel multifacético de la energía nuclear en la configuración de dicha transición. Se profundiza en sus aportes a los esfuerzos de descarbonización, destacando su capacidad para ofrecer electricidad con bajas emisiones de carbono y su potencial para mitigar el cambio climático. Además, el estudio examina los desafíos y oportunidades asociados con la integración de la energía nuclear en las estrategias de transición energética, abordando aspectos como la seguridad, la gestión de residuos y la percepción pública.
En conclusión, se anticipa que la capacidad nuclear mundial alcanzará aproximadamente los 530 GW para 2050, lo que representa un déficit considerable del 35% en comparación con la trayectoria establecida en el escenario NZE. Bajo este escenario, la energía nuclear muestra una expansión notable, casi duplicándose desde los 413 GW en 2022 hasta los 812 GW para 2050. Paralelamente, esta trayectoria evidencia un cambio transformador en las inversiones en energías renovables, con un aumento del gasto anual desde un promedio de 325 mil millones de dólares estadounidenses durante 2016–2020 a una cifra impresionante de 1.3 billones entre 2031 y 2035. Estas proyecciones subrayan el papel crucial de las inversiones en energía nuclear y renovable para alcanzar los objetivos globales de sostenibilidad y reducción de emisiones.
Introducción
El calentamiento global y las emisiones de gases de efecto invernadero representan algunos de los desafíos más apremiantes del siglo XXI. La quema de combustibles fósiles para la generación de electricidad es uno de los principales responsables de estos problemas, liberando anualmente miles de millones de toneladas de dióxido de carbono (CO₂) a la atmósfera (Abbasi et al., 2020; Nassar et al., 2024; Rekik y El Alimi, 2024a). En este contexto, la energía nuclear surge como un componente crucial de la solución. A diferencia de los combustibles fósiles, la energía nuclear genera electricidad con emisiones mínimas de gases de efecto invernadero, ofreciendo una alternativa confiable y escalable para cerrar la brecha entre la demanda energética y los objetivos de descarbonización.
Además, su funcionamiento no depende de las condiciones climáticas, lo que permite una producción energética constante y complementa la intermitencia de fuentes renovables como la solar y la eólica (Rekik y El Alimi, 2024b, 2024c). Por otro lado, los avances tecnológicos en el campo nuclear, incluyendo los reactores modulares pequeños (SMR, por sus siglas en inglés) y los reactores de cuarta generación, han permitido superar preocupaciones históricas relacionadas con la seguridad, la gestión de residuos y la rentabilidad (Lau y Tsai, 2023).
En 2022, la inversión global en combustibles de bajas emisiones mantuvo una trayectoria de crecimiento sólido, alcanzando un total de 13 mil millones de dólares estadounidenses. Una parte significativa de esta inversión se destinó a biocombustibles líquidos, con un total de 9.4 mil millones de dólares, y al biogás, con 2.7 mil millones. Es importante destacar que los biocombustibles líquidos representaron aproximadamente el 80% del aumento total de inversión registrado en 2022, mientras que el biogás contribuyó con un 4%. El resto de la inversión se orientó a la producción de hidrógeno de bajas emisiones, alcanzando 1.2 mil millones de dólares en 2022, lo que representa un incremento casi cuatro veces mayor respecto a las cifras de 2021 (Khaleel et al., 2024).
La energía nuclear es un componente clave de la matriz energética baja en carbono, con una contribución significativa al desarrollo de una economía descarbonizada y la consolidación de una red energética sustentable (Arvanitidis et al., 2023; El Hafdaoui et al., 2024; Fragkos et al., 2021). Según los datos actuales, hay 442 reactores nucleares operativos en todo el mundo, que en conjunto generan 393 gigavatios (GW) de electricidad, proporcionando así una fuente constante y confiable de energía baja en carbono (Mathew, 2022). La electricidad de origen nuclear representa aproximadamente el 11% de la generación eléctrica global, constituyendo una parte considerable de la producción mundial de electricidad limpia (Alam et al., 2019).
Los recientes avances han mejorado la asequibilidad y el atractivo de la energía nuclear como fuente alternativa. Entre estos avances se incluyen el desarrollo de tecnologías para reactores de gran escala, el uso de nuevos enfoques como la utilización avanzada de combustibles y los SMRs, innovaciones de ingeniería que permiten extender la vida útil de los reactores existentes, así como mejoras en la ciencia de materiales y en las prácticas de gestión de residuos (Kröger et al., 2020; Zhan et al., 2021). La tecnología de reactores reproductores rápidos ha pasado al ámbito comercial, ofreciendo beneficios que van más allá de la generación eléctrica, como la producción de combustible excedente y la mejora de la eficiencia en la incineración de residuos nucleares, superando las capacidades de las tecnologías comerciales actuales (Lau y Tsai, 2023).
La energía nuclear desempeña un papel sustancial dentro de una trayectoria global segura hacia el logro de NZE (Addo et al., 2023; Dafnomilis et al., 2023). La capacidad nuclear se duplicará, pasando de 413 GW a comienzos de 2022 a 812 GW para el año 2050 dentro del marco de emisiones netas cero. Es evidente que las adiciones anuales de capacidad nuclear alcanzaron su punto máximo en la década de 2030, con un promedio de 27 GW por año, superando los niveles registrados en la década anterior. A pesar de estos avances, la proporción de la energía nuclear dentro de la matriz global de generación eléctrica ha registrado un leve descenso, ubicándose en el 8% (Murphy et al., 2023; Ruhnau et al., 2023).
Las economías emergentes y en desarrollo (EMDE, por sus siglas en inglés) dominan ampliamente el crecimiento global, representando más del 90% del total, con China posicionándose para convertirse en el principal productor de energía nuclear antes del año 2030. Paralelamente, las economías avanzadas experimentan un incremento del 10% en su capacidad nuclear, ya que el cierre de plantas existentes es compensado por la puesta en marcha de nuevas instalaciones, principalmente en países como Estados Unidos, Francia, Reino Unido y Canadá (Bórawski et al., 2024). Además, la inversión anual global en energía nuclear ha mostrado un aumento notable, pasando de 30 mil millones de dólares estadounidenses durante la década de 2010 a más de 100 mil millones para el año 2030, y manteniéndose en una trayectoria sólida por encimas de los 80 mil millones hasta 2050 (IEA, 2022).
En 2022, la capacidad nuclear global experimentó un incremento modesto de aproximadamente 1.5 GW, lo que representa un crecimiento interanual del 0.3%. Esta expansión fue impulsada principalmente por nuevas adiciones de capacidad que superaron el cierre de más de 6 GW de capacidad existente (Fernández-Arias et al., 2023; Mendelevitch et al., 2018). Las EMDE representaron aproximadamente el 60% de las nuevas adiciones de capacidad, lo que subraya su creciente importancia en el panorama mundial de la energía nuclear. Por el contrario, más de la mitad de los cierres ocurrieron en economías avanzadas, entre ellas Bélgica, el Reino Unido y Estados Unidos. La Tabla 1 muestra la capacidad de energía nuclear por región dentro del escenario NZE entre 2018 y 2030.
En concordancia con el escenario NZE, es imperativo que la capacidad nuclear global experimente una expansión promedio de aproximadamente 15 GW por año, lo que representa una tasa de crecimiento ligeramente superior al 3% anual hasta el año 2030. Esta expansión estratégica es crucial para sostener la contribución del sector nuclear en la generación eléctrica, manteniendo su participación en alrededor del 10% (Liu et al., 2023). Dicha ampliación requiere esfuerzos concertados tanto en las economías avanzadas como en EMDE. Además, priorizar la extensión de la vida útil operativa de las instalaciones nucleares existentes en los países miembros del G7 no solo fortalecería la infraestructura actual de bajas emisiones, sino que también facilitaría la integración de nueva capacidad nuclear, aumentando así el portafolio energético nuclear en su conjunto.
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La significativa contribución de la energía nuclear a las transiciones energéticas sostenibles queda resaltada por su papel multifacético en la atención de los apremiantes desafíos del cambio climático y la seguridad energética (Asif et al., 2024). A medida que las naciones del mundo se esfuerzan por avanzar hacia sistemas energéticos más ecológicos, la energía nuclear ha emergido como un pilar fundamental en el camino hacia la descarbonización. Su capacidad para proporcionar electricidad con bajas emisiones de carbono, mitigar los impactos del cambio climático hacia 2050 y fortalecer la seguridad energética resalta su importancia crucial en el contexto más amplio de las transiciones energéticas sostenibles (Bhattacharyya et al., 2023; NEA, 2015).
Por lo tanto, para aprovechar plenamente su potencial, deben abordarse de manera efectiva desafíos como la seguridad, la gestión de residuos y la percepción pública. A través del fortalecimiento de marcos normativos sólidos, el aprovechamiento de avances tecnológicos y la colaboración internacional, la energía nuclear está bien posicionada para desempeñar un papel vital en la configuración del futuro energético sostenible a nivel global.
Además, el dinámico panorama del desarrollo de la energía nuclear se refleja en la influencia significativa ejercida por las EMDE, particularmente China, que se proyecta como líder mundial en producción de energía nuclear hacia 2030 (Fälth et al., 2021; Nkosi y Dikgang, 2021). Al mismo tiempo, las economías avanzadas están experimentando notables expansiones en su capacidad nuclear, impulsadas por la puesta en marcha de nuevas instalaciones que compensan el retiro de plantas existentes (Budnitz et al., 2018). Esta tendencia se ve reforzada por un marcado aumento en la inversión global anual en energía nuclear, lo que pone de manifiesto el compromiso sostenido con el papel clave de esta fuente en las futuras transiciones energéticas sostenibles (IEA, 2019).
El objetivo central de este artículo es explorar el papel estratégico de la energía nuclear en el avance de los objetivos globales de sostenibilidad y en el logro de emisiones netas cero. Este propósito se estructura en torno a las siguientes líneas clave:
• Energía nuclear: protagonismo y fuente de electricidad verde
• El rol de la energía nuclear para lograr cero emisiones netas en 2050
• Importancia de la energía nuclear en la adecuación de los sistemas eléctricos
• Tecnologías específicas para la sostenibilidad en la producción nuclear
• Inversión en energía nuclear
• Consideraciones de política pública
Este análisis integral tiene como finalidad ofrecer recomendaciones prácticas para aprovechar el potencial de la energía nuclear en la generación sostenible de electricidad y su papel clave en el cumplimiento de los objetivos globales de emisiones netas cero.
Datos y metodología
Este artículo realiza un análisis en profundidad del papel de la energía nuclear en la generación sostenible de electricidad y en el apoyo a los objetivos de NZE. Asimismo, se abordan el potencial de la energía nuclear como fuente destacada y ambientalmente favorable de electricidad, su contribución al objetivo de NZE para 2050, su importancia crítica para garantizar la adecuación de los sistemas eléctricos, las necesidades de inversión, y las implicaciones más amplias a nivel de políticas públicas.
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Energía nuclear: protagonismo y fuente de electricidad verde
En el año 2020, la energía nuclear representó aproximadamente el 10% del portafolio de generación eléctrica a nivel mundial. Esta proporción, que había alcanzado el 18% a finales de los años noventa, ha disminuido; no obstante, la energía nuclear mantiene su posición como el segundo mayor proveedor de electricidad con bajas emisiones, solo por detrás de la hidroelectricidad, y constituye la fuente principal dentro de las economías avanzadas.
A pesar de la proliferación significativa de tecnologías como la energía eólica y la solar fotovoltaica, la producción de electricidad nuclear en 2020 superó la producción combinada de estas fuentes renovables. Para el año 2021, la capacidad nuclear instalada acumulada a nivel global alcanzó los 413 GW, de los cuales 270 GW estaban ubicados en economías avanzadas (Guidi et al., 2023; Halkos y Zisiadou, 2023; Pan et al., 2023; Zhang et al., 2022).
Durante ese período, la generación eléctrica de origen nuclear ascendió a 2,653 TWh, posicionándola como la segunda fuente más importante de generación eléctrica, solo superada por la hidroelectricidad, que generó 4,275 TWh, como se muestra en la Figura 1.
Además de su papel significativo en la generación eléctrica, la energía nuclear desempeña un rol crucial en la mitigación de las emisiones de dióxido de carbono (CO₂). Desde la década de 1970, la energía nuclear ha contribuido a evitar la liberación de aproximadamente 66 gigatoneladas (Gt) de CO₂ a nivel global, como se muestra en la Figura 2.
Sin la contribución de la energía nuclear, las emisiones acumuladas por generación de electricidad habrían aumentado aproximadamente un 20%, mientras que las emisiones totales relacionadas con la energía habrían crecido un 6% durante este período (Wagner, 2021). Las economías avanzadas representaron más del 85% de estas emisiones evitadas, siendo la Unión Europea responsable de 20 gigatoneladas (Gt) y Estados Unidos de 24 Gt, lo que equivale a más del 40% y 25% de las emisiones totales de generación eléctrica, respectivamente. En ausencia de la energía nuclear, se estima que Japón habría experimentado un aumento del 25% en las emisiones provenientes de la generación eléctrica, mientras que Corea y Canadá habrían registrado un incremento aproximado del 50%.
El rol de la energía nuclear para lograr cero emisiones netas hacia 2050
La energía nuclear ha surgido como una tecnología de bajas emisiones clave dentro del camino hacia el cumplimiento de los objetivos de NZE (Pioro et al., 2019). Además, actúa como una fuerza complementaria que impulsa la expansión acelerada de las energías renovables, facilitando así la reducción de emisiones del sector eléctrico global hasta alcanzar un nivel neto cero con miras a 2040 (Krūmiņš y Kļaviņš, 2023; Islam et al., 2024).
Más allá de su contribución intrínseca a una oferta eléctrica baja en emisiones, la energía nuclear es relevante como una fuente controlable de generación, que fortalece la seguridad del suministro al aportar suficiencia y flexibilidad al sistema. También juega un papel importante en la provisión de calor para redes de calefacción urbana y en ciertos procesos industriales. Sin embargo, el papel futuro de la energía nuclear dependerá en gran medida de las decisiones y políticas adoptadas por los gobiernos y los actores del sector respecto al ritmo de construcción de nuevos reactores y a la extensión de la vida útil de las instalaciones nucleares existentes (Li et al., 2016; Li et al., 2015).
En el marco del camino hacia las NZE, la capacidad nuclear global experimenta un notable incremento, casi duplicándose desde los 413 GW a inicios de 2022 hasta alcanzar los 812 GW para el año 2050 (Price et al., 2023; Utami et al., 2022). Este aumento se debe principalmente al vigoroso inicio de nuevos proyectos de construcción, que logran contrarrestar la retirada gradual de numerosas plantas actuales. Esta expansión representa una aceleración considerable en comparación con las tres décadas anteriores, durante las cuales la capacidad solo creció en un 15%, lo que equivale a unos 60 GW (Haneklaus et al., 2023; Obekpa y Alola, 2023; Sadiq et al., 2023). La Figura 3 ilustra la capacidad nuclear proyectada por país o región bajo el escenario NZE para el año 2050.
El crecimiento esperado en la capacidad de energía nuclear supera con creces la trayectoria delineada por las políticas y marcos legales actuales. Según el Escenario de Políticas Declaradas (‘Stated Policies Scenario’, STEPS), se proyecta que la capacidad nuclear alcanzará aproximadamente los 530 GW para el año 2050, lo que representa un 35% menos en comparación con la trayectoria establecida en el escenario de emisiones netas cero (NZE) (Espín et al., 2023; Nicolau et al., 2023; Nnabuife et al., 2023; Wang et al., 2023).
Sin un cambio significativo en las tendencias recientes de desarrollo de la energía nuclear, alcanzar el NZE requeriría una dependencia limitada de un rango más estrecho de tecnologías de bajas emisiones. Esto podría poner en riesgo la seguridad energética y conllevar mayores costos de inversión total, lo que resultaría en un aumento de los precios de la electricidad para los consumidores. La Tabla 2 muestra la adición promedio anual de capacidad para la energía nuclear a nivel global en el escenario NZE desde 1981 hasta 2030.
En 2022, el despliegue global de nueva capacidad de energía nuclear experimentó un notable incremento, con la adición de 7.9 GW, lo que representa un aumento sustancial del 40% en comparación con el año anterior (Ho et al., 2019). Cabe destacar que China lideró esta expansión al completar la construcción de dos reactores, manteniéndose desde varios años consecutivos como el principal impulsor del crecimiento de la capacidad nuclear global. También se completaron proyectos exitosamente en otros países, como Finlandia, Corea, Pakistán y Emiratos Árabes Unidos. Además, se avanzó significativamente en el inicio de nuevas obras, con el comienzo de la construcción de cinco reactores en China, dos en Egipto y uno en Turquía (Hickey et al., 2021).
Importancia de la energía nuclear en la adecuación del sistema eléctrico
Las instalaciones de energía nuclear han respaldado de forma constante la confiabilidad de los sistemas eléctricos, fortaleciendo así su adecuación. En diversos contextos nacionales, las plantas nucleares han mantenido históricamente una alta disponibilidad operativa, con tasas de disponibilidad superiores al 90%, lo que evidencia su confiabilidad en la generación eléctrica. Dado que una proporción significativa de la capacidad nuclear contribuye directamente a los indicadores de adecuación del sistema, su relevancia para garantizar la estabilidad y suficiencia del sistema eléctrico supera con creces su participación proporcional en la capacidad total instalada (Orikpete y Ewim, 2024; Frilingou et al., 2023; Raj, 2023; Ragosa et al., 2024).
La contribución de la energía nuclear a la adecuación del sistema se refleja en su participación constante dentro de la capacidad total controlable, que se mantiene en torno al 8% entre 2021 y 2050 bajo el escenario NZE (IEA, 2022; OIES, 2024). Las fuentes de electricidad controlable han sido históricamente el principal mecanismo para asegurar la suficiencia del sistema, una tendencia que se mantiene en el marco del NZE, especialmente a medida que los sistemas eléctricos evolucionan con una creciente dependencia de fuentes variables como la solar fotovoltaica y la energía eólica (Marzouk, 2024; Moon et al., 2024; Wisnubroto et al., 2023).
Es indiscutible que los combustibles fósiles sin captura de emisiones han dominado históricamente la capacidad controlable; sin embargo, su importancia disminuye de forma notable, con una reducción del 25% proyectada para 2030 en el escenario NZE, y una caída aún más pronunciada en los años siguientes. La generación eléctrica a partir de carbón sin mitigación, actualmente la fuente controlable más importante, se anticipa que reducirá su capacidad operativa en más del 40% hacia 2030, y que prácticamente desaparecerá hacia principios de la década de 2040.
Por otro lado, la capacidad de generación con gas natural sin mitigación se mantendrá relativamente estable hasta 2030, principalmente por la necesidad de compensar la disminución del papel del carbón; sin embargo, experimentará una rápida reducción durante la década de 2030. El petróleo, cuya contribución es menor en comparación, se eliminará rápidamente en la mayoría de las regiones, salvo en zonas remotas, dentro del escenario descrito (Makarov et al., 2023; Ren et al., 2024). La Figura 4 muestra la capacidad global de generación controlable de electricidad, clasificada por categoría, en el escenario de logro de emisiones netas cero para 2050.
En este contexto, los combustibles fósiles equipados con tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS, por sus siglas en inglés) han emergido como contribuyentes destacados para reforzar la adecuación del sistema eléctrico. Sin embargo, la energía nuclear continúa siendo un aporte constante a la flexibilidad del sistema de generación eléctrica.
En las economías avanzadas, se proyecta que la proporción de flexibilidad operativa hora a hora aumente del 2% actual aproximadamente al 5% para el año 2050. De manera similar, en las EMDE, se prevé que esta proporción crezca del 1% al 3% en el mismo período (Jenkins et al., 2018).
Vale la pena destacar el caso de Francia, donde la energía nuclear satisface la mayor parte de la demanda eléctrica, y donde la flexibilidad ha sido incorporada directamente en el diseño de los reactores (Ho et al., 2019). Esta característica permite que ciertas plantas ajusten rápidamente su producción para adaptarse a las variaciones de la oferta y la demanda de electricidad, operando en modo de seguimiento de carga (‘load-following’) (Chen, 2024; Jin y Bae, 2023; Kanugrahan y Hakam, 2023).
Aunque en muchos países la energía nuclear no se ha utilizado habitualmente bajo estas dinámicas operativas, un número considerable de reactores son capaces de operar en modo de seguimiento de carga con adaptaciones técnicas mínimas o incluso sin necesidad de modificaciones (Caciuffo et al., 2020). La Figura 5 muestra la flexibilidad del sistema eléctrico hora a hora según la fuente de energía y el grupo regional, en el escenario NZE para el año 2050.
La innovación representa una gran promesa para mejorar la flexibilidad de la energía nuclear. Los avances tecnológicos de última generación, como los reactores modulares pequeños (SMRs, por sus siglas en inglés), pueden facilitar que los reactores nucleares ajusten su producción de electricidad con mayor facilidad, como se ilustra en la Figura 6 (Ho et al., 2019; Lee, 2024; Wisnubroto et al., 2023).
Además, estas tecnologías ofrecen la posibilidad de permitir que los reactores se adapten para generar calor o producir hidrógeno, ya sea de manera independiente o de forma simultánea con la generación de electricidad. Actualmente, se están llevando a cabo iniciativas para proporcionar información a los responsables políticos y planificadores sobre las posibles ventajas económicas derivadas de aumentar la flexibilidad operativa de la energía nuclear. La Figura 6 muestra un sistema nuclear complementado con turbinas eólicas para trigeneración.
Inversión en energía nuclear
El resurgimiento de la energía nuclear dentro del mino hacia las NZE requiere un aumento sustancial en las inversiones durante las próximas décadas. Se prevé que este incremento abarque tanto la construcción de nuevos reactores nucleares como la extensión de la vida útil de las instalaciones existentes. En este escenario, se estima que la inversión anual global en energía nuclear superará los 100 mil millones de dólares estadounidenses durante la primera mitad de la década de 2030, dentro del marco NZE, triplicando el promedio de 30 mil millones de dólares registrado durante la década de 2010 (IEA, 2022).
Posteriormente, se espera que los niveles de inversión disminuyan gradualmente, a medida que la necesidad de capacidad controlable de generación con bajas emisiones se reduzca, estabilizándose en torno a los 70 mil millones de dólares hacia finales de la década de 2040 (Kharitonov y Semenova, 2023; Zimmermann y Keles, 2023).
Durante el período comprendido entre 2021 y 2050, la asignación de inversión a la energía nuclear representa menos del 10% del total de inversiones destinadas a fuentes de electricidad de bajas emisiones (IEA, 2022). En comparación, dentro de este mismo marco, la inversión anual en energías renovables aumenta considerablemente, pasando de un promedio de 325 mil millones de dólares entre 2016 y 2020, a 1.3 billones de dólares para el período 2031–2035 (EEDP, 2023; Rekik y El Alimi, 2024d).
Este aumento en renovables también explica la asignación desproporcionada de inversiones hacia las economías avanzadas en décadas posteriores. Por ejemplo, China requerirá un gasto anual promedio cercano a los 20 mil millones de dólares en infraestructura nuclear para 2050, lo que representa casi el doble del promedio observado durante la década de 2010 (Aghahosseini et al., 2023; Vujić et al., 2012). En contraste, otras EMDE verán una triplicación de su inversión, alcanzando aproximadamente los 25 mil millones de dólares anuales, en promedio. A diferencia de las economías avanzadas, la necesidad de inversión en estas naciones será más acentuada en el período previo a 2035 (Bhattacharyya et al., 2023; Khaleel et al., 2024).
A pesar de sus ventajas como fuente de energía baja en carbono, la energía nuclear enfrenta desafíos significativos. Los altos costos de capital y los largos plazos de despliegue, impulsados por construcciones complejas y estrictas exigencias regulatorias, a menudo dificultan su adopción. La gestión de residuos radiactivos sigue siendo un tema costoso y controvertido, mientras que las preocupaciones en torno a la seguridad, influenciadas por incidentes históricos, continúan afectando la percepción pública.
Además, la dependencia del uranio, con una oferta concentrada geográficamente, plantea riesgos geopolíticos y ambientales. La energía nuclear también compite con un sector de energías renovables que avanza rápidamente y resulta cada vez más económico y accesible, mientras que el desmantelamiento de plantas envejecidas representa una carga financiera y logística a largo plazo.
Abordar estas limitaciones mediante tecnologías avanzadas, participación ciudadana e iniciativas de colaboración internacional será crucial para fortalecer el papel de la energía nuclear en las transiciones energéticas sostenibles.
Tecnologías para la sostenibilidad en la producción de energía nuclear
La búsqueda de sostenibilidad en la producción de energía nuclear ha sido respaldada por avances en tecnologías innovadoras que mejoran la eficiencia, la seguridad y la compatibilidad ambiental (Aktekin et al., 2024; Ali et al., 2024; Zheng et al., 2024; Khan et al., 2017). Estas tecnologías son fundamentales para posicionar a la energía nuclear como un pilar clave en las transiciones hacia una energía limpia y sostenible. A continuación, se describen algunas de las tecnologías más impactantes en este ámbito:
• Reactores nucleares avanzados:
• Reactores modulares pequeños (SMRs): Son compactos, escalables y más seguros que los reactores tradicionales a gran escala. Su diseño modular permite su implementación en ubicaciones remotas, lo que los hace ideales para sistemas energéticos descentralizados.
• Reactores de cuarta generación: Incorporan sistemas avanzados de enfriamiento y ciclos de combustible optimizados para mejorar la eficiencia, la seguridad y la reducción de residuos. Ejemplos incluyen los reactores rápidos enfriados por sodio y los enfriados por gas.
• Reactores basados en torio: Los reactores con ciclo de combustible de torio utilizan torio-232 como alternativa al uranio, ofreciendo una fuente de combustible más abundante y sostenible. Generan menos residuos nucleares y presentan menor riesgo de proliferación nuclear.
• Energía de fusión: Aunque aún se encuentra en etapa experimental, la fusión nuclear promete ser una tecnología revolucionaria. Genera residuos radiactivos mínimos y utiliza combustibles abundantes como el deuterio y el tritio, ofreciendo una solución energética limpia y prácticamente inagotable.
• Reactores de sales fundidas (MSRs): Utilizan combustibles o refrigerantes líquidos, como sales fundidas, que operan a presiones más bajas y temperaturas más altas. Estos reactores son inherentemente más seguros y pueden utilizar distintos tipos de combustible, incluidos combustible nuclear gastado y torio.
• Mejoras en la seguridad de los reactores:
• Sistemas de seguridad pasivos: Emplean fuerzas naturales como la gravedad, la convección o la condensación para enfriar el núcleo del reactor sin intervención humana.
• Tecnologías de gemelo digital (‘digital twin’): Simulaciones digitales y monitoreo en tiempo real permiten realizar mantenimiento predictivo y gestionar la seguridad de manera más eficiente.
• Tecnologías para la gestión de residuos nucleares:
• Reactores rápidos: Pueden reciclar combustible gastado, reduciendo el volumen y la radiactividad de los residuos nucleares.
• Repositorios geológicos profundos: Los avances en ingeniería geotécnica han mejorado la seguridad del almacenamiento a largo plazo de residuos radiactivos en formaciones geológicas profundas.
• Sistemas híbridos nuclear-renovables: La combinación de energía nuclear con fuentes renovables como la eólica y la solar puede optimizar la producción energética y la estabilidad de la red. Los sistemas híbridos aprovechan la confiabilidad de la energía nuclear junto con la variabilidad de las renovables para lograr una mezcla energética baja en carbono más equilibrada.
• Inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático: La IA y el ‘machine learning’ se están utilizando para mejorar el rendimiento de los reactores, optimizar el uso del combustible y aumentar la seguridad operativa. Los análisis predictivos también juegan un papel clave en el mantenimiento y la evaluación de riesgos.
• Avances en combustibles:
• Uranio poco enriquecido de alto ensayo (HALEU): Permite a los reactores operar de manera más eficiente y con menor generación de residuos.
• Combustibles tolerantes a accidentes (ATF): Diseñados para resistir condiciones extremas, reducen la probabilidad de daños al núcleo durante accidentes.
• Sistemas energéticos integrados: Cada vez más, los reactores nucleares se utilizan con fines más allá de la generación eléctrica, como la producción de hidrógeno, la calefacción distrital y la desalinización de agua.
La integración de tecnologías digitales como la IA y el aprendizaje automático, junto con avances en combustibles como el HALEU y los ATF, demuestra la evolución continua del sector nuclear. Estas innovaciones no solo mejoran la eficiencia y la seguridad, sino que también amplían las aplicaciones de la energía nuclear más allá de la electricidad, incluyendo la producción de hidrógeno, la desalinización y la calefacción urbana.
A pesar de estos avances, el despliegue sostenible de la energía nuclear requiere de marcos normativos sólidos, mayores inversiones y aceptación social. Abordar estos desafíos es fundamental para liberar el potencial completo de la energía nuclear en la consecución de la seguridad energética global y los objetivos de NZE para 2050. […]
Discusión e implicaciones de política pública
La energía nuclear representa una propuesta sólida como fuente de energía sostenible gracias a varias ventajas clave. Su alta densidad energética permite una generación sustancial de electricidad utilizando cantidades mínimas de combustible, lo que posibilita una operación continua — a diferencia de las fuentes renovables intermitentes como la solar y la eólica —, contribuyendo significativamente a la estabilidad de la red eléctrica (Rekik y El Alimi, 2023a, 2023b; Cramer et al., 2023).
Además, la energía nuclear es una herramienta crucial para la reducción de emisiones, ya que prácticamente no emite gases de efecto invernadero durante su operación. Si bien existen emisiones asociadas al ciclo de vida, como en el procesamiento del combustible y la construcción de las plantas, estas se mantienen comparables o incluso por debajo de las emisiones generadas por las tecnologías renovables.
Diversos estudios han informado sobre la capacidad de producción energética de la energía nuclear y su aporte a la reducción de emisiones en comparación con otras fuentes de energía. Un aspecto clave de estos análisis es cuantificar el potencial de la energía nuclear para contribuir a la reducción de gases de efecto invernadero y al cumplimiento de los objetivos de emisiones netas cero. Sin embargo, la comparación directa de los datos reportados puede resultar compleja debido a variaciones en los supuestos de los modelos, el alcance geográfico y los horizontes temporales considerados. […]
Desde otra perspectiva, la generación de residuos radiactivos representa uno de los desafíos más significativos para la energía nuclear, debido a su naturaleza peligrosa a largo plazo. Esto exige estrategias de gestión y disposición sumamente rigurosas para mitigar posibles impactos sociales. Dichos impactos surgen tanto de los riesgos percibidos como de los reales sobre la salud humana y el medio ambiente, lo que alimenta la ansiedad pública y la oposición a la energía nuclear, manifestada frecuentemente a través de protestas y acciones legales (Kyne y Bolin, 2016; Nilsuwankosit, 2017; Ram Mohan y Namboodhiry, 2020).
Adicionalmente, las comunidades cercanas a los sitios de almacenamiento de residuos pueden enfrentar estigmatización social, reducción del valor de las propiedades e incluso aislamiento social. La naturaleza persistente de los residuos radiactivos también plantea problemas de equidad intergeneracional, ya que transfiere a las futuras generaciones la responsabilidad de su gestión (Deng et al., 2020; Mason-Renton y Luginaah, 2019). Por ello, la comunicación transparente y la participación de los grupos de interés son esenciales para generar confianza pública y garantizar una gestión responsable de los residuos radiactivos (Dungan et al., 2021; Sančanin y Penjišević, 2023).
Existen diversas vías para la disposición de residuos radiactivos, cada una con sus propias consideraciones técnicas y sociales. Una de las más utilizadas a nivel internacional para residuos de alta actividad es el almacenamiento geológico profundo, que consiste en enterrarlos a gran profundidad para garantizar su aislamiento a largo plazo. El almacenamiento interino proporciona una solución temporal segura mientras se determina una solución permanente (Chapman, 1992; Grambow, 2022). El reprocesamiento del combustible nuclear gastado permite recuperar materiales reutilizables, reduciendo el volumen de residuos de alta actividad, pero generando residuos de menor actividad. Las tecnologías avanzadas de reactores también buscan minimizar la generación de residuos y mejorar la seguridad, permitiendo incluso la conversión de isótopos de larga vida en otros de vida más corta (Dixon et al., 2020; Englert y Pistner, 2023).
La elección del método de disposición requiere una evaluación cuidadosa de múltiples factores, como el tipo y volumen de los residuos, las condiciones geológicas, la viabilidad técnica, los costos y la aceptación pública, lo que suele conducir a enfoques combinados. El compromiso continuo con las comunidades y la atención a sus preocupaciones son fundamentales para una gestión segura y responsable de los residuos.
Una gestión eficaz de los residuos radiactivos exige soluciones tecnológicas avanzadas, marcos regulatorios robustos y una planificación a largo plazo que garantice la seguridad y la sostenibilidad (Abdelsalam et al., 2024; Rekik y El Alimi, 2024a). Además, la energía nuclear requiere una superficie terrestre mucho menor en comparación con otras fuentes como la solar o la eólica, lo que reduce el impacto en los ecosistemas y la convierte en una opción viable en zonas densamente pobladas (Poinssot et al., 2016; Sadiq et al., 2022).
Asimismo, la energía nuclear mejora la seguridad energética, al reducir la dependencia de los combustibles fósiles, algo particularmente relevante en países con recursos domésticos limitados (Cramer et al., 2023; Ichord Jr., 2022). También presenta sinergia con otras tecnologías limpias, ya que proporciona una carga base estable que complementa las fuentes renovables variables y permite la producción de hidrógeno para diversas aplicaciones energéticas (Abdelsalam et al., 2024; El-Emam y Subki, 2021; Salam y Khan, 2018; Rekik, 2024; Rekik y El Alimi, 2024e).
Finalmente, los avances continuos en el diseño de reactores, como los SMRs, prometen mayor seguridad, menores costos y mayor flexibilidad de implementación, lo cual fortalece el rol de la energía nuclear en la descarbonización del sector eléctrico (Aunedi et al., 2023).
Para concretar plenamente el potencial de la energía nuclear, son fundamentales políticas públicas de apoyo y cooperación internacional. La agilización de los procesos de licenciamiento y los marcos regulatorios son cruciales para reducir los tiempos de implementación, contener los costos y garantizar el cumplimiento eficiente de los estándares de seguridad (Gungor y Sari, 2022; Jewell et al., 2019).
Además, ofrecer incentivos financieros, como créditos fiscales y garantías de préstamos, puede atraer capital privado y equilibrar las condiciones de competencia para la energía nuclear (Decker y Rauhut, 2021; Nian y Hari, 2017; Zimmermann y Keles, 2023). Abordar la percepción pública mediante educación y participación social también es clave para construir confianza y aceptación.
La cooperación internacional es igualmente esencial en múltiples aspectos. La disposición de residuos radiactivos sigue siendo un tema complejo que requiere una gestión a largo plazo y el aseguramiento de repositorios geológicos seguros para evitar la contaminación ambiental, debido a la larga vida media de algunos isótopos.
Si bien los reactores modernos incorporan características avanzadas de seguridad, el potencial de accidentes como los de Chernóbil y Fukushima continúa siendo una preocupación debido a las posibles liberaciones masivas de radiación y sus consecuencias a largo plazo para la salud (Denning y Mubayi, 2016; Högberg, 2013; Wheatley et al., 2016).
Además, los altos costos iniciales asociados al diseño, construcción y licenciamiento constituyen barreras importantes para nuevos proyectos, especialmente en países en desarrollo. A ello se suma el riesgo de proliferación nuclear, es decir, que tecnologías con fines pacíficos sean desviadas hacia la fabricación de armas, lo que exige estrictas salvaguardias internacionales.
La percepción pública también cumple un rol determinante, ya que las opiniones negativas y las preocupaciones sobre la seguridad y los residuos pueden generar oposición a nuevos proyectos. Finalmente, el desmantelamiento de plantas nucleares al final de su vida útil representa un proceso complejo y costoso, que requiere recursos considerables y alta especialización para desmantelar reactores y gestionar materiales radiactivos de forma segura.
[…]
Conclusión
El papel de la energía nuclear en la transición hacia una energía sostenible es multifacético y altamente significativo. A medida que los países de todo el mundo se esfuerzan por migrar hacia sistemas energéticos más respetuosos con el medio ambiente, la energía nuclear ha emergido como un componente crucial en el camino hacia la descarbonización. Su capacidad para proporcionar electricidad con bajas emisiones de carbono, mitigar el cambio climático y contribuir a la seguridad energética destaca su importancia en el contexto más amplio de las transiciones energéticas sostenibles.
No obstante, persisten desafíos que deben ser abordados para aprovechar plenamente su potencial, entre ellos la seguridad, la gestión de residuos y la percepción pública. Mediante el fortalecimiento de marcos normativos, la innovación tecnológica y la cooperación internacional, la energía nuclear puede desempeñar un rol vital en la configuración del futuro energético sostenible a nivel global.
En este contexto, las economías emergentes y en desarrollo (EMDE) ejercen una influencia sustancial en el crecimiento global, representando colectivamente más del 90% del total, con China posicionada para convertirse en el principal productor de energía nuclear antes de 2030. Paralelamente, las economías avanzadas han experimentado un aumento notable del 10% en su capacidad nuclear, gracias a la puesta en marcha de nuevas instalaciones que compensan los cierres de plantas, principalmente en países como Estados Unidos, Francia, Reino Unido y Canadá.
Además, se observa una marcada escalada en la inversión anual global en energía nuclear, que ha pasado de 30 mil millones de dólares durante la década de 2010 a más de 100 mil millones proyectados para 2030. Esta tendencia ascendente se mantiene sólida, con niveles superiores a 80 mil millones de dólares hacia 2050.
En resumen, la reducción significativa del costo nivelado de generación eléctrica (LCOE) para la energía solar fotovoltaica y eólica durante la última década ha posicionado a las energías renovables como una alternativa competitiva y viable frente a los combustibles fósiles en muchas regiones del mundo. La disminución de más del 80% en el LCOE de la solar fotovoltaica a escala de utilidad entre 2010 y 2022 ejemplifica la viabilidad económica de estas tecnologías.
Simultáneamente, el crecimiento sostenido de la capacidad renovable instalada, liderado por la energía solar y eólica, subraya su papel esencial en la transición energética global. Con una capacidad eléctrica renovable que superó los 3300 GW en 2023 y que representa más de un tercio de la matriz energética mundial, las energías renovables se encuentran, sin duda, a la vanguardia de los esfuerzos por lograr un futuro energético sostenible y bajo en carbono.
Declaración de conflictos de interés
Los autores declaran que no existen conflictos de interés potenciales con respecto a la investigación, autoría y/o publicación de este artículo.
Financiamiento
Los autores declaran que no recibieron apoyo financiero para la investigación, autoría y/o publicación de este artículo.
ORCID iD
Sassi Rekik: https://orcid.org/0000-0001-5224-4152
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