Fusión de tecnologías: industrias nuclear y cerámica
Seguimos disfrutando de una fuente de energía limpia, segura, fiable y competitiva.
La emergencia climática y los conflictos geopolíticos que amenazan la independencia energética de los estados, han puesto en boca de todos a la energía nuclear. Desde mediados del siglo XX, la energía nuclear ha proporcionado electricidad libre de emisiones, al utilizar la energía generada al fisionar átomos de uranio-235. Gracias a ésta, hoy en día seguimos disfrutando de una fuente de energía limpia, segura, fiable y competitiva. Pero sus beneficios no terminan aquí: la ciencia y tecnología nuclear tiene numerosas aplicaciones en varios campos; como la medicina, la agricultura, o la ciencia de materiales, además de otras ventajas industriales que aportan los nuevos reactores: calor industrial, desalinización, producción de hidrógeno, etc. En este contexto, surge la posibilidad de crear sinergias entre las industrias nuclear y cerámica.
Cómo la ciencia y tecnología nuclear puede ayudar a la industria cerámica
La industria nuclear se caracteriza por una constante innovación, lo que lleva a nuevos diseños y conceptos de reactores nucleares. Una de estas innovaciones son los denominados Small Modular Reactors (SMRs), pequeños reactores modulares que destacan (entre otros factores) por su capacidad de adaptarse y satisfacer las necesidades energéticas de un amplio abanico de industrias. [1]
Su pequeño tamaño y bajo radio de exclusión (inferior a los 30 km característicos de los reactores convencionales), hace que sea fácilmente instalable cerca de cualquier industria, a la cual podrá dotar de energía y/o de calor industrial incluso en lugares remotos [2], [3].
Calor industrial y descarbonización
Los SMRs están diseñados para complementarse con la industria, por lo que muchos de ellos alcanzan muy altas temperaturas (900 °C). Una de las múltiples aplicaciones de la generación de calor industrial podría ser suplir las necesidades de calor en la industria cerámica; como, por ejemplo: para alimentar los secaderos previos al paso de la cerámica por el horno, o incluso algunas etapas de la cocción, dependiendo de la temperatura que alcance el SMR en cuestión.
Además de las aplicaciones industriales de los SMR, su generación eléctrica ayudaría a descarbonizar el sector cerámico y alcanzar varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODSs), además de favorecer su independencia energética al reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
SMRs en operación: HTR-10 y KLT-40s
El HTR-10 es un SMR experimental chino, refrigerado por helio y grafito, con la capacidad de alcanzar los 900ºC y proporcionar nitrógeno e hidrógeno, siendo así capaz de contribuir a varias de las aplicaciones industriales mencionadas anteriormente. Como todo nuevo reactor, ha tenido que superar un largo proceso de diseño y licenciamiento antes de su puesta en servicio en el año 2003 [4].
El reactor KLT-40S es un reactor nuclear compacto de agua a presión, diseñado en Rusia para aplicaciones marinas y plantas de energía flotantes, como la “Akademik Lomonosov”. Se trata de un reactor transportable, cuyas principales aplicaciones son la generación de electricidad y calor a zonas remotas, la desalación de agua, y proporcionar electricidad a plataformas petrolíferas [5].
Radiación de materiales cerámicos
Por otro lado, existen reactores nucleares de investigación que se emplean en el estudio y desarrollo de nuevos materiales. En el sector de la cerámica, la exposición de materiales cerámicos a radiación puede ser un factor clave para mejorar su resistencia, durabilidad y rendimiento en aplicaciones específicas, como en la industria aeroespacial o en entornos con altos niveles de radiación. Un ejemplo relevante es el estudio del carburo de silicio (SiC) en estos reactores [6], lo que permite explorar sus propiedades bajo condiciones extremas. En la Figura 1 se muestra un tejido cerámico de SiC preparado para ser irradiado y así analizar sus propiedades.
Transmisión de conocimientos
La transmisión de conocimientos mutua entre ambos sectores también es una gran sinergia para explotar. El proceso de producción de baldosas es muy similar al proceso de fabricación de las pastillas cerámicas de uranio que se utilizan en los reactores nucleares.
La industria nuclear siempre se ha complementado con otras, véase el caso de la medicina y la agricultura [8], [9]. Además, la industria nuclear lleva años haciendo un especial hincapié en la transmisión de conocimientos entre sectores y generaciones, a través de organizaciones como la Sociedad Nuclear Española, Jóvenes Nucleares, o la European Nuclear Society.
Cómo la industria cerámica puede ayudar a la industria nuclear
Las sinergias entre industrias también aparecen en la otra dirección. Actualmente ya se utilizan combustibles cerámicos en la industria nuclear, y esto es cada vez más recurrente en los Combustibles Tolerantes a Accidentes (ATF, por sus siglas en inglés), como el combustible TRISO, ilustrado en la Figura 2.
La capacidad de estos materiales de soportar altas temperaturas los hace idóneos para contener el material donde se produce la reacción de fisión. Los materiales cerámicos también podrían tener aplicación en la fusión nuclear, cuyo principal problema son las altas presiones y temperaturas. El proyecto IFMIF-DONES, en Granada, investigará los materiales que se utilizarán en el primer reactor de fusión comercial [10].
Conclusiones
La industria cerámica podría tener un gran aliado en la industria nuclear. Aprovechando sus aplicaciones industriales, podría optimizar sus procesos, descarbonizarse, y aumentar su fiabilidad e independencia, además de fortalecer su sostenibilidad. El aprovechamiento de estas tecnologías no solo optimizaría los procesos industriales cerámicos, sino que también contribuiría a un panorama energético más limpio y sostenible a nivel global.
Referencias
[1] IAEA, “¿Qué son los reactores modulares pequeños (SMR)?”
[2] IAEA, “El uso de la energía nucleoeléctrica más allá de la generación de electricidad: las aplicaciones no eléctricas”
[3] IAEA, “Calor nuclear para fines industriales y calefacción urbana” disponible online
[5] Nuclear power in Russia.
[7] DOE, “This New Fuel Cladding Could Transform Nuclear Fuels”
[8] IAEA, “Sección de Medicina Nuclear y de Diagnóstico por Imágenes”
[9] IAEA, “Alimentación y agricultura”
[10] IFMIF-DONES, “¿Qué es IFMIF-DONES?”
