Generación de electricidad

Probablemente la aplicación práctica más conocida de la energía nuclear es la generación de electricidad para su uso civil, en particular mediante la fisión de uranio enriquecido. Para ello se utilizan reactores en los que se hace fisionar o fusionar un combustible. El funcionamiento básico de este tipo de instalaciones industriales es idéntico a cualquier otra central térmica, sin embargo poseen características especiales con respecto a las que usan combustibles fósiles:

• Se necesitan medidas de seguridad y control mucho más estrictas. En el caso de la fisión asistida con aceleradores estas medidas podrían ser menores.
• La cantidad de combustible necesario anualmente en estas instalaciones es varios órdenes de magnitud inferior al que precisan las térmicas convencionales.
• Las emisiones directas de gases de efecto invernadero en la generación de electricidad son nulas.

A partir de la fisión

Tras su uso exclusivamente militar se comenzó a plantear aplicar el conocimiento adquirido a la vida civil. El 20 de diciembre de 1951 fue el primer día que se consiguió generar electricidad con un reactor nuclear (en el reactor americano EBR-I, con una potencia de unos 100 kW), pero no fue hasta 1954 cuando se conectó a la red eléctrica una central nuclear (fue la central nuclear rusa Obninsk, generando 5 MWe con solo un 17% de rendimiento térmico). El primer reactor de fisión comercial fue el Calder Hall en Sellafield, que conectó a la red eléctrica en 1956. En 1957 se crea la Comunidad Europea de la Energía Atómica (EURATOM), el mismo día que se crea la Comunidad Económica Europea, entre Bélgica, Francia, Alemania, Italia, Luxemburgo y los Países Bajos. Ese mismo año se crea el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Ambos organismos con la misión (entre otras) de impulsar el uso pacífico de la energía nuclear.

Evolución de las centrales nucleares de fisión en el mundo. Arriba, potencia instalada (azul) y potencia generada (rojo). Abajo, número de reactores construidos y en construcción (azul y gris respectivamente.

Su desarrollo en todo el mundo experimentó a partir de ese momento un crecimiento espectacular, de forma muy particular en Francia y Japón, donde la crisis del petróleo de 1973 influyó definitivamente, ya que su dependencia en el petróleo para la generación eléctrica era muy marcada (39 y 73% en aquellos años, hoy generan un 80 y un 30% respectivamente mediante reactores de fisión). En 1979 el accidente de Three Mile Island provocó un aumento muy considerable en las medidas de control y de seguridad en las centrales, sin embargo no se detuvo el aumento de capacidad instalada. Pero en 1986 el accidente de Chernóbil, en un reactor RBMK de diseño ruso que no cumplía ningún requisito de seguridad impuesto en occidente, acabó radicalmente con ese crecimiento.

En octubre de 2007 existían 439 centrales nucleares en todo el mundo que generaron 2,7 millones de MWh en 2006. La potencia instalada en 2007 es de 370.721 MWe. Existen planes para construir próximamente 94 nuevas centrales (101.595 MWe) y se han propuesto otras 222.

La mayoría de estos reactores son de los llamados de agua ligera (LWR su acrónimo en inglés), que utilizan como moderador agua común (aunque muy pura). En estos reactores el combustible utilizado es uranio enriquecido ligeramente (entre el 3 y el 5%).

Más tarde se planteó añadir el plutonio fisible generado () como combustible extra en estos reactores de fisión, aumentando de una forma importante la eficiencia del combustible nuclear y reduciendo así uno de los problemas del combustible gastado. Esta posibilidad incluso llevó al uso del plutonio procedente del armamento nuclear desmantelado en las principales potencias mundiales. Así se desarrolló el combustible MOX, en el que se añade un porcentaje (entre un 3 y un 10% en masa) de este plutonio a uranio empobrecido. Este combustible se usa actualmente como un porcentaje del combustible convencional (de uranio enriquecido). También se ha ensayado en algunos reactores un combustible mezcla de torio y plutonio, que genera una menor cantidad de transuránidos.

Otros reactores utilizan agua pesada como moderador. En estos reactores se puede utilizar uranio natural, es decir, sin enriquecer y además se produce una cantidad bastante elevada de tritio por activación neutrónica. Este tritio se prevé que pueda aprovecharse en futuras plantas de fusión.