Energía nuclear

La energía nuclear es el uso de reacciones nucleares para producir electricidad . La energía nuclear se puede obtener a partir de reacciones de fisión nuclear , desintegración nuclear y fusión nuclear . En la actualidad, la gran mayoría de la electricidad procedente de la energía nuclear se produce mediante la fisión nuclear de uranio y plutonio en centrales nucleares . Los procesos de desintegración nuclear se utilizan en aplicaciones específicas, como los generadores termoeléctricos de radioisótopos en algunas sondas espaciales como la Voyager 2. [ ^{1] La producción de energía a partir de} energía de fusión controlada puede eliminar potencialmente algunas restricciones de recursos a las que se enfrenta la energía de fisión ^{[ aclaración necesaria ]} , pero no se espera que esté disponible comercialmente en un futuro próximo. ^[2]

La mayoría de las centrales nucleares utilizan reactores térmicos con uranio enriquecido en un ciclo de combustible de un solo paso . El combustible se retira cuando el porcentaje de átomos que absorben neutrones se vuelve tan grande que ya no se puede sostener una reacción en cadena , normalmente tres años. Luego se enfría durante varios años en piscinas de combustible gastado in situ antes de transferirlo al almacenamiento a largo plazo. El combustible gastado, aunque de bajo volumen, es un residuo radiactivo de alto nivel . Si bien su radiactividad disminuye exponencialmente, debe aislarse de la biosfera durante cientos de miles de años, aunque las tecnologías más nuevas (como los reactores rápidos ) tienen el potencial de reducir esto significativamente. Debido a que el combustible gastado sigue siendo en su mayoría material fisionable, algunos países (por ejemplo, Francia y Rusia ) reprocesan su combustible gastado extrayendo elementos fisionables y fértiles para la fabricación de nuevo combustible, aunque este proceso es más caro que producir combustible nuevo a partir de uranio extraído . ^{[ cita requerida ]} Todos los reactores generan algo de plutonio-239 , que se encuentra en el combustible gastado, y debido a que el Pu-239 es el material preferido para las armas nucleares , el reprocesamiento se considera un riesgo de proliferación de armas .

La primera central nuclear se construyó en la década de 1950. La capacidad nuclear instalada a nivel mundial creció hasta 100  GW a fines de la década de 1970, y luego se expandió durante la década de 1980, alcanzando 300  GW en 1990. El accidente de Three Mile Island en 1979 en los Estados Unidos y el desastre de Chernóbil en 1986 en la Unión Soviética dieron como resultado una mayor regulación y oposición pública a las centrales nucleares. Estos factores, junto con el alto costo de construcción, dieron como resultado que la capacidad instalada global solo aumentara a 390  GW en 2022. Estas plantas suministraron 2586 teravatios hora (TWh) de electricidad en 2019, equivalente a aproximadamente el 10% de la generación eléctrica mundial , y fueron la segunda fuente de energía baja en carbono más grande después de la hidroelectricidad . En agosto de 2023, ^[actualizar]hay 410 reactores de fisión civiles en el mundo , con una capacidad total de 369  GW, ^[3] 57 en construcción y 102 planificados, con una capacidad combinada de 59  GW y 96  GW, respectivamente. Estados Unidos tiene la flota más grande de reactores nucleares, generando casi 800  TWh de electricidad baja en carbono por año con un factor de capacidad promedio del 92%. El factor de capacidad global promedio es del 89%. ^[3] La mayoría de los nuevos reactores en construcción son reactores de generación III en Asia.

Los defensores de la energía nuclear sostienen que es una fuente de energía segura y sostenible que reduce las emisiones de carbono . Esto se debe a que la generación de energía nuclear causa uno de los niveles más bajos de muertes por unidad de energía generada en comparación con otras fuentes de energía. El carbón, el petróleo, el gas natural y la hidroelectricidad han causado más muertes por unidad de energía debido a la contaminación del aire y los accidentes . Las plantas de energía nuclear tampoco emiten gases de efecto invernadero y dan como resultado menos emisiones de carbono durante el ciclo de vida que las "renovables" comunes. Los peligros radiológicos asociados con la energía nuclear son las principales motivaciones del movimiento antinuclear , que sostiene que la energía nuclear plantea muchas amenazas para las personas y el medio ambiente, citando el potencial de accidentes como el desastre nuclear de Fukushima en Japón en 2011, y es demasiado costosa / lenta para implementar en comparación con las fuentes de energía sostenibles alternativas .

La fisión nuclear fue descubierta en 1938, después de más de cuatro décadas de trabajo sobre la ciencia de la radiactividad y la elaboración de una nueva física nuclear que describía los componentes de los átomos . Poco después del descubrimiento del proceso de fisión, se comprendió que un núcleo en fisión puede inducir más fisiones nucleares, induciendo así una reacción en cadena autosostenida. ^[5] Una vez que esto se confirmó experimentalmente en 1939, los científicos de muchos países solicitaron a sus gobiernos apoyo para la investigación de la fisión nuclear, justo en el umbral de la Segunda Guerra Mundial , con el fin de desarrollar un arma nuclear . ^[6]

En Estados Unidos, estos esfuerzos de investigación condujeron a la creación del primer reactor nuclear artificial, el Chicago Pile-1 bajo el estadio Stagg Field de la Universidad de Chicago , que alcanzó la criticidad el 2 de diciembre de 1942. El desarrollo del reactor fue parte del Proyecto Manhattan , el esfuerzo aliado para crear bombas atómicas durante la Segunda Guerra Mundial. Condujo a la construcción de reactores de producción de propósito único más grandes para la producción de plutonio de grado armamentístico para su uso en las primeras armas nucleares. Estados Unidos probó la primera arma nuclear en julio de 1945, la prueba Trinity , y los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki ocurrieron un mes después.

A pesar de la naturaleza militar de los primeros dispositivos nucleares, hubo un fuerte optimismo en las décadas de 1940 y 1950 de que la energía nuclear podría proporcionar energía barata e inagotable. ^[8] La electricidad se generó por primera vez mediante un reactor nuclear el 20 de diciembre de 1951, en la estación experimental EBR-I cerca de Arco, Idaho , que inicialmente produjo alrededor de 100 kW . ^{[9] [10]} En 1953, el presidente estadounidense Dwight Eisenhower pronunció su discurso " Átomos para la paz " en las Naciones Unidas , enfatizando la necesidad de desarrollar rápidamente usos "pacíficos" de la energía nuclear. A esto le siguió la Ley de Energía Atómica de 1954 que permitió la rápida desclasificación de la tecnología de reactores estadounidenses y alentó el desarrollo por parte del sector privado. 

La primera organización en desarrollar energía nuclear práctica fue la Marina de los Estados Unidos , con el reactor S1W para propulsar submarinos y portaaviones . El primer submarino de propulsión nuclear, el USS  Nautilus , se hizo a la mar en enero de 1954. ^{[11] [12]} El reactor S1W era un reactor de agua presurizada . Se eligió este diseño porque era más simple, más compacto y más fácil de operar en comparación con los diseños alternativos, por lo que era más adecuado para su uso en submarinos. Esta decisión daría como resultado que el PWR fuera el reactor elegido también para la generación de energía, lo que tendría un impacto duradero en el mercado de electricidad civil en los años venideros. ^[13]

El 27 de junio de 1954, la central nuclear de Óbninsk en la URSS se convirtió en la primera central nuclear del mundo en generar electricidad para una red eléctrica , produciendo alrededor de 5 megavatios de energía eléctrica. ^[14] La primera central nuclear comercial del mundo, Calder Hall en Windscale, Inglaterra, se conectó a la red eléctrica nacional el 27 de agosto de 1956. Al igual que varios otros reactores de generación I , la planta tenía el doble propósito de producir electricidad y plutonio-239 , este último para el naciente programa de armas nucleares en Gran Bretaña . ^[15]

La capacidad nuclear instalada global total inicialmente aumentó con relativa rapidez, pasando de menos de 1 gigavatio (GW) en 1960 a 100 GW  a fines de los años 1970. ^[11] Durante los años 1970 y 1980, el aumento de los costos económicos (relacionados con los tiempos de construcción más largos debido en gran parte a cambios regulatorios y litigios de grupos de presión) ^[16] y la caída de los precios de los combustibles fósiles hicieron que las plantas de energía nuclear que se estaban construyendo en ese momento fueran menos atractivas. En los años 1980 en los EE. UU. y 1990 en Europa, el crecimiento estancado de la red eléctrica y la liberalización de la electricidad también hicieron que la adición de nuevos generadores de energía de carga base de gran tamaño fuera económicamente poco atractiva.

La crisis del petróleo de 1973 tuvo un efecto significativo en países como Francia y Japón , que habían dependido más del petróleo para la generación eléctrica, para invertir en energía nuclear. ^[17] Francia construiría 25 plantas de energía nuclear durante los siguientes 15 años, ^{[18] [19]} y en 2019, el 71% de la electricidad francesa se generaba con energía nuclear, el porcentaje más alto de cualquier nación del mundo. ^[20]

A principios de los años 1960, en Estados Unidos surgió cierta oposición local a la energía nuclear. ^[21] A finales de los años 1960, algunos miembros de la comunidad científica comenzaron a expresar preocupaciones claras. ^[22] Estas preocupaciones antinucleares estaban relacionadas con los accidentes nucleares , la proliferación nuclear , el terrorismo nuclear y la eliminación de residuos radiactivos . ^[23] A principios de los años 1970, hubo grandes protestas por una propuesta de planta de energía nuclear en Wyhl , Alemania. El proyecto se canceló en 1975. El éxito antinuclear en Wyhl inspiró la oposición a la energía nuclear en otras partes de Europa y América del Norte. ^{[24] [25]}

A mediados de los años 1970, el activismo antinuclear ganó un mayor atractivo e influencia, y la energía nuclear comenzó a convertirse en un tema de importante protesta pública. ^{[26] [27]} En algunos países, el conflicto de la energía nuclear "alcanzó una intensidad sin precedentes en la historia de las controversias tecnológicas". ^{[28] [29]} La creciente hostilidad pública hacia la energía nuclear condujo a un proceso de obtención de licencias más largo, más regulaciones y mayores requisitos para el equipo de seguridad, lo que hizo que las nuevas construcciones fueran mucho más caras. ^{[30] [31]} En los Estados Unidos, más de 120 propuestas de reactores de agua ligera fueron finalmente canceladas ^[32] y la construcción de nuevos reactores se detuvo. ^[33] El accidente de 1979 en Three Mile Island sin víctimas mortales, jugó un papel importante en la reducción del número de nuevas construcciones de plantas en muchos países. ^[22]

Durante la década de 1980, en promedio, se puso en funcionamiento un nuevo reactor nuclear cada 17 días. ^[34] A fines de la década, la capacidad nuclear instalada a nivel mundial alcanzó los 300 GW. Desde fines de la década de 1980, la incorporación de nueva capacidad se desaceleró significativamente, y en 2005  la capacidad nuclear instalada alcanzó los 366 GW. 

El desastre de Chernóbil de 1986 en la URSS , que involucró a un reactor RBMK , alteró el desarrollo de la energía nuclear y condujo a un mayor enfoque en el cumplimiento de las normas internacionales de seguridad y reglamentación. ^[35] Se considera el peor desastre nuclear de la historia tanto en víctimas totales, con 56 muertes directas, como financieramente, con la limpieza y el costo estimado en 18  mil millones de rublos (US$ 68 mil millones en 2019, ajustados por inflación). ^{[36] [37]} La ​​organización internacional para promover la conciencia de seguridad y el desarrollo profesional de los operadores en instalaciones nucleares, la Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO), fue creada como resultado directo del accidente de Chernóbil de 1986. El desastre de Chernóbil jugó un papel importante en la reducción del número de nuevas construcciones de plantas en los años siguientes. ^[22] Influenciada por estos eventos, Italia votó en contra de la energía nuclear en un referéndum de 1987, ^[38] convirtiéndose en el primer país en eliminar por completo la energía nuclear en 1990.  

A principios de la década de 2000, la energía nuclear esperaba un renacimiento nuclear , un aumento en la construcción de nuevos reactores, debido a las preocupaciones sobre las emisiones de dióxido de carbono . ^[39] Durante este período, comenzaron a construirse reactores más nuevos de generación III , como el EPR .

• 
  Generación eléctrica neta por fuente y crecimiento desde 1980. En términos de energía generada entre 1980 y 2010, la contribución de la fisión fue la que creció más rápidamente.
• 
  Producción de electricidad en Francia , que muestra la transición hacia la energía nuclear.

    termofósil

    hidroeléctrico

    nuclear

    Otras energías renovables
• 
  El ritmo de construcción de nuevos reactores prácticamente se detuvo a finales de los años 1980. El aumento de la capacidad de los reactores existentes fue el principal responsable del continuo aumento de la energía eléctrica producida durante este período.
• 
  Tendencias de generación de electricidad en los principales países productores (Our World in Data)

Los gráficos no están disponibles debido a problemas técnicos. Hay más información en Phabricator y en MediaWiki.org.

Los gráficos no están disponibles debido a problemas técnicos. Hay más información en Phabricator y en MediaWiki.org.

Generación de energía nuclear (TWh) y reactores nucleares operativos desde 1997 ^[40]

Las perspectivas de un renacimiento nuclear se vieron retrasadas por otro accidente nuclear. ^{[39] [41]} El accidente nuclear de Fukushima Daiichi de 2011 fue causado por el terremoto y tsunami de Tōhoku , uno de los terremotos más grandes jamás registrados. La planta de energía nuclear de Fukushima Daiichi sufrió tres fusiones del núcleo debido a la falla del sistema de enfriamiento de emergencia por falta de suministro eléctrico. Esto resultó en el accidente nuclear más grave desde el desastre de Chernóbil.

El accidente provocó un reexamen de la seguridad nuclear y la política de energía nuclear en muchos países. ^[42] Alemania aprobó planes para cerrar todos sus reactores para 2022, y muchos otros países revisaron sus programas de energía nuclear. ^{[43] [44] [45] [46]} Después del desastre, Japón cerró todos sus reactores de energía nuclear, algunos de ellos de forma permanente, y en 2015 comenzó un proceso gradual para reiniciar los 40 reactores restantes, después de los controles de seguridad y basándose en criterios revisados ​​para las operaciones y la aprobación pública. ^[47]

En 2022, el gobierno japonés, bajo el liderazgo del primer ministro Fumio Kishida , declaró que se reabrirían 10 plantas de energía nuclear más desde el desastre de 2011. ^[48] Kishida también está impulsando la investigación y construcción de nuevas plantas nucleares más seguras para salvaguardar a los consumidores japoneses del precio fluctuante del mercado de combustibles fósiles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de Japón. ^[49] Kishida tiene la intención de que Japón se convierta en un exportador importante de energía y tecnología nuclear a países en desarrollo de todo el mundo. ^[49]

En 2015, las perspectivas del OIEA para la energía nuclear se habían vuelto más prometedoras, reconociendo la importancia de la generación baja en carbono para mitigar el cambio climático . ^[50] A partir de 2015 ^[actualizar], la tendencia mundial era que las nuevas centrales nucleares que entraran en funcionamiento se equilibraran con el número de plantas antiguas que se retiraran. ^[51] En 2016, la Administración de Información Energética de los Estados Unidos proyectó para su "caso base" que la generación mundial de energía nuclear aumentaría de 2344 teravatios hora (TWh) en 2012 a 4500  TWh en 2040. Se esperaba que la mayor parte del aumento previsto se produjera en Asia. ^[52] A partir de 2018, había más de 150 reactores nucleares planificados, incluidos 50 en construcción. ^[53] En enero de 2019, China tenía 45 reactores en funcionamiento, 13 en construcción y planeaba construir 43 más, lo que la convertiría en el mayor generador de electricidad nuclear del mundo. ^[54] En 2021, se informó de que se estaban construyendo 17 reactores. China construyó muchos menos reactores de los que había planeado originalmente. Su participación en la electricidad generada a partir de energía nuclear fue del 5% en 2019 ^[55] y los observadores han advertido de que, junto con los riesgos, el cambio en la economía de la generación de energía puede hacer que las nuevas plantas de energía nuclear "ya no tengan sentido en un mundo que se inclina hacia una energía renovable más barata y fiable". ^{[56] [57]}

En octubre de 2021, el gabinete japonés aprobó el nuevo Plan de Generación de Electricidad hasta 2030 elaborado por la Agencia de Recursos Naturales y Energía (ANRE) y un comité asesor, tras una consulta pública. El objetivo nuclear para 2030 requiere la reanudación de la producción de otros diez reactores. En julio de 2022, el primer ministro Fumio Kishida anunció que el país debería estudiar la posibilidad de construir reactores avanzados y ampliar las licencias de explotación más allá de los 60 años. ^[58]

A partir de 2022, con los precios mundiales del petróleo y el gas en aumento, mientras que Alemania está reiniciando sus plantas de carbón para lidiar con la pérdida de gas ruso que necesita para complementar su Energiewende , ^[59] muchos otros países han anunciado planes ambiciosos para revitalizar la envejecida capacidad de generación nuclear con nuevas inversiones. El presidente francés, Emmanuel Macron, anunció su intención de construir seis nuevos reactores en las próximas décadas, colocando la energía nuclear en el centro de la campaña de Francia por la neutralidad de carbono para 2050. ^[60] Mientras tanto, en los Estados Unidos, el Departamento de Energía , en colaboración con las entidades comerciales TerraPower y X-energy , está planeando construir dos reactores nucleares avanzados diferentes para 2027, con otros planes para la implementación nuclear en sus objetivos de energía verde y seguridad energética a largo plazo. ^[61]

Los gráficos no están disponibles debido a problemas técnicos. Hay más información en Phabricator y en MediaWiki.org.

Número de reactores civiles generadores de electricidad por tipo en 2014 ^[62]

  PWR   BWR   GCR   PWR (protección contra incendios)   GRG de gran alcance   FBR

Las centrales nucleares son centrales térmicas que generan electricidad aprovechando la energía térmica liberada por la fisión nuclear . Una central nuclear de fisión se compone generalmente de: un reactor nuclear , en el que tienen lugar las reacciones nucleares que generan calor; un sistema de refrigeración, que extrae el calor del interior del reactor; una turbina de vapor , que transforma el calor en energía mecánica ; un generador eléctrico , que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. ^[63]

Cuando un neutrón choca con el núcleo de un átomo de uranio-235 o plutonio , puede dividir el núcleo en dos núcleos más pequeños, lo que constituye una reacción de fisión nuclear. La reacción libera energía y neutrones. Los neutrones liberados pueden chocar con otros núcleos de uranio o plutonio, lo que provoca nuevas reacciones de fisión, que liberan más energía y más neutrones. Esto se denomina reacción en cadena . En la mayoría de los reactores comerciales, la velocidad de reacción está contenida por barras de control que absorben el exceso de neutrones. La capacidad de control de los reactores nucleares depende del hecho de que una pequeña fracción de los neutrones resultantes de la fisión se retrasan . El retraso temporal entre la fisión y la liberación de los neutrones ralentiza los cambios en las velocidades de reacción y da tiempo para mover las barras de control para ajustar la velocidad de reacción. ^{[63] [64]}

El ciclo de vida del combustible nuclear comienza con la extracción de uranio . El mineral de uranio se convierte luego en una forma compacta de concentrado de mineral , conocida como torta amarilla (U ₃ O ₈ ), para facilitar el transporte. ^[65] Los reactores de fisión generalmente necesitan uranio-235 , un isótopo fisible del uranio . La concentración de uranio-235 en el uranio natural es baja (alrededor del 0,7%). Algunos reactores pueden utilizar este uranio natural como combustible, dependiendo de su economía de neutrones . Estos reactores generalmente tienen moderadores de grafito o agua pesada . Para los reactores de agua ligera, el tipo de reactor más común, esta concentración es demasiado baja y debe aumentarse mediante un proceso llamado enriquecimiento de uranio . ^[65] En los reactores de agua ligera civiles, el uranio se enriquece típicamente al 3,5-5% de uranio-235. ^[66] El uranio se convierte luego generalmente en óxido de uranio (UO ₂ ), una cerámica, que luego se sinteriza por compresión en pastillas de combustible, una pila de las cuales forma barras de combustible de la composición y geometría adecuadas para el reactor en particular. ^[66]

Después de un tiempo en el reactor, el combustible habrá reducido el material fisible y habrá aumentado los productos de fisión, hasta que su uso se vuelva impráctico. ^[66] En ese momento, el combustible gastado se trasladará a una piscina de combustible gastado que proporciona refrigeración para el calor térmico y protección contra la radiación ionizante. Después de varios meses o años, el combustible gastado estará lo suficientemente frío desde el punto de vista radiactivo y térmico como para ser trasladado a contenedores de almacenamiento en seco o reprocesado. ^[66]

El uranio es un elemento bastante común en la corteza terrestre: es aproximadamente tan común como el estaño o el germanio , y es unas 40 veces más común que la plata . ^[67] El uranio está presente en concentraciones traza en la mayoría de las rocas, la tierra y el agua del océano, pero generalmente se extrae económicamente solo donde está presente en concentraciones relativamente altas. La minería de uranio puede ser subterránea, a cielo abierto o por lixiviación in situ . Un número cada vez mayor de las minas de mayor producción son operaciones subterráneas remotas, como la mina de uranio McArthur River , en Canadá, que por sí sola representa el 13% de la producción mundial. A partir de 2011, los recursos conocidos de uranio del mundo, económicamente recuperables al precio máximo arbitrario de US$130/kg, eran suficientes para durar entre 70 y 100 años. ^{[68] [69] [70]} En 2007, la OCDE estimó que el uranio recuperable económicamente en recursos convencionales totales y minerales de fosfato sería de 670 años , suponiendo la tasa de uso vigente en ese momento. ^[71]

Los reactores de agua ligera hacen un uso relativamente ineficiente del combustible nuclear, en su mayoría utilizando sólo el isótopo muy raro uranio-235. ^[72] El reprocesamiento nuclear puede hacer que estos residuos sean reutilizables, y los reactores más nuevos también logran un uso más eficiente de los recursos disponibles que los más antiguos. ^[72] Con un ciclo de combustible de reactor rápido puro con una quema de todo el uranio y los actínidos (que actualmente constituyen las sustancias más peligrosas en los residuos nucleares), se estima que hay un valor de 160.000 años de uranio en recursos convencionales totales y mineral de fosfato a un precio de 60-100 dólares EE.UU./kg. ^[73] Sin embargo, el reprocesamiento es caro, posiblemente peligroso y puede utilizarse para fabricar armas nucleares. ^{[74] [75] [76] [77] [78]} Un análisis encontró que los precios del uranio podrían aumentar en dos órdenes de magnitud entre 2035 y 2100 y que podría haber una escasez cerca del final del siglo. ^[79] Un estudio de 2017 realizado por investigadores del MIT y el WHOI encontró que "al ritmo actual de consumo, las reservas convencionales globales de uranio terrestre (aproximadamente 7,6 millones de toneladas) podrían agotarse en poco más de un siglo". ^[80] El suministro limitado de uranio-235 puede inhibir una expansión sustancial con la tecnología nuclear actual. ^[81] Si bien se están explorando varias formas de reducir la dependencia de dichos recursos, ^{[82] [83] [84]} se considera que las nuevas tecnologías nucleares no están disponibles a tiempo para los fines de mitigación del cambio climático o la competencia con alternativas de energías renovables, además de ser más caras y requerir una investigación y desarrollo costosos. ^{[81] [85] [86]} Un estudio encontró que no es seguro si los recursos identificados se desarrollarán lo suficientemente rápido como para proporcionar un suministro de combustible ininterrumpido a las instalaciones nucleares ampliadas ^[87] y varias formas de minería pueden verse desafiadas por barreras ecológicas, costos y requisitos de tierra. ^{[88] [89]} Los investigadores también informan de una considerable dependencia de las importaciones de energía nuclear. ^{[90] [91] [92] [93]}

También existen recursos de uranio no convencionales. El uranio está presente de forma natural en el agua de mar en una concentración de unos 3 microgramos por litro, ^{[94] [95] [96]} y se considera que en el agua de mar hay 4.400 millones de toneladas de uranio presentes en cualquier momento. ^[97] En 2014 se sugirió que sería económicamente competitivo producir combustible nuclear a partir de agua de mar si el proceso se implementara a gran escala. ^[98] Al igual que los combustibles fósiles, en escalas de tiempo geológicas, el uranio extraído a escala industrial del agua de mar se repondría tanto por la erosión fluvial de las rocas como por el proceso natural de disolución del uranio de la superficie del fondo del océano, los cuales mantienen los equilibrios de solubilidad de la concentración de agua de mar a un nivel estable. ^[97] Algunos comentaristas han argumentado que esto refuerza el argumento a favor de que la energía nuclear se considere una energía renovable . ^[99]

El funcionamiento normal de las centrales nucleares y sus instalaciones produce residuos radiactivos , o desechos nucleares. Este tipo de residuos también se produce durante el desmantelamiento de las centrales. Existen dos grandes categorías de residuos nucleares: los residuos de baja actividad y los residuos de alta actividad. ^[101] Los primeros tienen baja radiactividad e incluyen elementos contaminados como la ropa, que plantea una amenaza limitada. Los residuos de alta actividad son principalmente el combustible gastado de los reactores nucleares, que es muy radiactivo y debe enfriarse y luego eliminarse de forma segura o reprocesarse. ^[101]

La corriente de residuos más importante de los reactores nucleares es el combustible nuclear gastado , que se considera un residuo de alto nivel . En el caso de los reactores de agua ligera (LWR), el combustible gastado suele estar compuesto por un 95 % de uranio, un 4 % de productos de fisión y alrededor de un 1 % de actínidos transuránicos (principalmente plutonio , neptunio y americio ). ^[103] Los productos de fisión son responsables de la mayor parte de la radiactividad a corto plazo, mientras que el plutonio y otros transuránicos son responsables de la mayor parte de la radiactividad a largo plazo. ^[104]

Los residuos de alto nivel (HLW) deben almacenarse aislados de la biosfera con un blindaje suficiente para limitar la exposición a la radiación. Después de ser retirados de los reactores, los haces de combustible usado se almacenan durante seis a diez años en piscinas de combustible gastado , que proporcionan refrigeración y protección contra la radiación. Después de eso, el combustible está lo suficientemente frío como para que pueda transferirse de forma segura al almacenamiento en contenedores secos . ^[105] La radiactividad disminuye exponencialmente con el tiempo, de modo que habrá disminuido en un 99,5% después de 100 años. ^{[106] Los} productos de fisión de vida corta (SLFP) más intensamente radiactivos se desintegran en elementos estables en aproximadamente 300 años, y después de unos 100.000 años, el combustible gastado se vuelve menos radiactivo que el mineral de uranio natural. ^{[100] [107]}

Los métodos comúnmente sugeridos para aislar los desechos LLFP de la biosfera incluyen la separación y transmutación , ^{[100] tratamientos} synroc o almacenamiento geológico profundo. ^{[108] [109] [110] [111]}

Los reactores de neutrones térmicos , que actualmente constituyen la mayoría de la flota mundial, no pueden quemar el plutonio de grado reactor que se genera durante la operación del reactor. Esto limita la vida del combustible nuclear a unos pocos años. En algunos países, como Estados Unidos, el combustible gastado se clasifica en su totalidad como un residuo nuclear. ^[112] En otros países, como Francia, se reprocesa en gran medida para producir un combustible parcialmente reciclado, conocido como combustible de óxido mixto o MOX . Para el combustible gastado que no se somete a reprocesamiento, los isótopos más preocupantes son los elementos transuránicos de vida media , que están encabezados por el plutonio de grado reactor (vida media de 24.000 años). ^[113] Algunos diseños de reactores propuestos, como el reactor rápido integral y los reactores de sales fundidas , pueden utilizar como combustible el plutonio y otros actínidos en el combustible gastado de los reactores de agua ligera, gracias a su espectro de fisión rápido . Esto ofrece una alternativa potencialmente más atractiva a la eliminación geológica profunda. ^{[114] [115] [116]}

El ciclo del combustible de torio produce productos de fisión similares, aunque crea una proporción mucho menor de elementos transuránicos a partir de eventos de captura de neutrones dentro de un reactor. El combustible de torio gastado, aunque es más difícil de manipular que el combustible de uranio gastado, puede presentar riesgos de proliferación algo menores. ^[117]

La industria nuclear también produce un gran volumen de desechos de bajo nivel , con baja radiactividad, en forma de artículos contaminados como ropa, herramientas manuales, resinas para purificadores de agua y (al desmantelamiento) los materiales con los que está construido el propio reactor. Los desechos de bajo nivel pueden almacenarse en el sitio hasta que los niveles de radiación sean lo suficientemente bajos como para eliminarlos como desechos ordinarios, o pueden enviarse a un sitio de eliminación de desechos de bajo nivel. ^[118]

En los países con energía nuclear, los desechos radiactivos representan menos del 1% del total de desechos tóxicos industriales, muchos de los cuales siguen siendo peligrosos durante largos períodos. ^[72] En general, la energía nuclear produce mucho menos material de desecho por volumen que las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles. ^[119] Las plantas que queman carbón, en particular, producen grandes cantidades de cenizas tóxicas y ligeramente radiactivas resultantes de la concentración de materiales radiactivos naturales en el carbón. ^[120] Un informe de 2008 del Laboratorio Nacional de Oak Ridge concluyó que la energía del carbón en realidad da como resultado una mayor liberación de radiactividad al medio ambiente que la operación de la energía nuclear, y que la dosis equivalente efectiva para la población de la radiación de las plantas de carbón es 100 veces mayor que la de la operación de las plantas nucleares. ^[121] Aunque la ceniza de carbón es mucho menos radiactiva que el combustible nuclear gastado en peso, la ceniza de carbón se produce en cantidades mucho mayores por unidad de energía generada. También se libera directamente al medio ambiente como cenizas volantes , mientras que las plantas nucleares utilizan blindaje para proteger el medio ambiente de los materiales radiactivos. ^[122]

El volumen de los desechos nucleares es pequeño en comparación con la energía producida. Por ejemplo, en la central nuclear Yankee Rowe , que generó 44 mil millones de kilovatios hora de electricidad cuando estaba en servicio, su inventario completo de combustible gastado está contenido en dieciséis barriles. ^[123] Se estima que para producir un suministro de energía de por vida para una persona con un nivel de vida occidental (aproximadamente 3 GWh ) se requeriría del orden del volumen de una lata de refresco de uranio poco enriquecido , lo que daría como resultado un volumen similar de combustible gastado generado. ^{[124] [125] [126]} 

Después del almacenamiento provisional en una piscina de combustible gastado , los haces de conjuntos de barras de combustible usadas de una central nuclear típica suelen almacenarse en el lugar en recipientes de almacenamiento en contenedores secos . ^[127] En la actualidad, los desechos se almacenan principalmente en sitios de reactores individuales y hay más de 430 lugares en todo el mundo donde el material radiactivo continúa acumulándose.

La eliminación de residuos nucleares se considera a menudo el aspecto políticamente más divisivo en el ciclo de vida de una instalación de energía nuclear. ^{[128] La falta de movimiento de residuos nucleares en los} reactores de fisión nuclear natural de 2 mil millones de años de Oklo , Gabón, se cita como "una fuente de información esencial hoy en día". ^{[129] [130]} Los expertos sugieren que los repositorios subterráneos centralizados que estén bien administrados, vigilados y monitoreados, serían una gran mejora. ^[128] Existe un "consenso internacional sobre la conveniencia de almacenar residuos nucleares en repositorios geológicos profundos ". ^[131] Con la llegada de nuevas tecnologías, se han propuesto otros métodos, incluida la eliminación mediante perforaciones horizontales en áreas geológicamente inactivas. ^{[132] [133]}

No existen depósitos subterráneos de residuos de alto nivel construidos a escala comercial en funcionamiento. ^{[131] [134] [135]} Sin embargo, en Finlandia, el depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo de la central nuclear de Olkiluoto estaba en construcción en 2015. ^[136]

La mayoría de los reactores de neutrones térmicos funcionan con un ciclo de combustible nuclear de un solo paso , principalmente debido al bajo precio del uranio fresco. Sin embargo, muchos reactores también se alimentan con materiales fisionables reciclados que permanecen en el combustible nuclear gastado. El material fisionable más común que se recicla es el plutonio de grado de reactor (RGPu) que se extrae del combustible gastado. Se mezcla con óxido de uranio y se fabrica en combustible de óxido mixto o MOX . Debido a que los LWR térmicos siguen siendo el reactor más común en todo el mundo, este tipo de reciclaje es el más común. Se considera que aumenta la sostenibilidad del ciclo del combustible nuclear, reduce el atractivo del combustible gastado para el robo y reduce el volumen de desechos nucleares de alto nivel. ^[137] El combustible MOX gastado generalmente no se puede reciclar para su uso en reactores de neutrones térmicos. Este problema no afecta a los reactores de neutrones rápidos , que por lo tanto son los preferidos para lograr el potencial energético completo del uranio original. ^{[138] [139]}

El componente principal del combustible gastado de los reactores de agua dulce es el uranio ligeramente enriquecido . Este puede reciclarse para obtener uranio reprocesado (RepU), que puede utilizarse en un reactor rápido, utilizarse directamente como combustible en reactores CANDU o enriquecerse nuevamente para otro ciclo a través de un reactor de agua dulce. El reenriquecimiento del uranio reprocesado es común en Francia y Rusia. ^[140] El uranio reprocesado también es más seguro en términos de potencial de proliferación nuclear. ^{[141] [142] [143]}

El reprocesamiento tiene el potencial de recuperar hasta el 95% del combustible de uranio y plutonio en el combustible nuclear gastado, así como reducir la radiactividad a largo plazo dentro de los desechos restantes. Sin embargo, el reprocesamiento ha sido políticamente controvertido debido al potencial de proliferación nuclear y las diversas percepciones de aumento de la vulnerabilidad al terrorismo nuclear . ^{[138] [144]} El reprocesamiento también conduce a un mayor costo del combustible en comparación con el ciclo de combustible de un solo uso. ^{[138] [144]} Si bien el reprocesamiento reduce el volumen de desechos de alto nivel, no reduce los productos de fisión que son las principales causas de la generación de calor residual y la radiactividad durante los primeros siglos fuera del reactor. Por lo tanto, los desechos reprocesados ​​aún requieren un tratamiento casi idéntico durante los primeros cientos de años.

En la actualidad, el combustible nuclear gastado se reprocesa en Francia, el Reino Unido, Rusia, Japón y la India. En los Estados Unidos, el combustible nuclear gastado no se reprocesa actualmente. ^[140] La planta de reprocesamiento de La Hague, en Francia, funciona comercialmente desde 1976 y, en 2010, es responsable de la mitad del reprocesamiento mundial . ^[145] Produce combustible MOX a partir de combustible gastado procedente de varios países. En 2015, se habían reprocesado más de 32 000 toneladas de combustible gastado, la mayoría de ellas procedentes de Francia, el 17 % de Alemania y el 9 % de Japón. ^[146]

La reproducción es el proceso de convertir material no fisible en material fisible que puede utilizarse como combustible nuclear. El material no fisible que puede utilizarse para este proceso se denomina material fértil y constituye la gran mayoría de los residuos nucleares actuales. Este proceso de reproducción se produce de forma natural en los reactores reproductores . A diferencia de los reactores de neutrones térmicos de agua ligera, que utilizan uranio-235 (0,7% de todo el uranio natural), los reactores reproductores de neutrones rápidos utilizan uranio-238 (99,3% de todo el uranio natural) o torio. Se considera que varios ciclos de combustible y combinaciones de reactores reproductores son fuentes de energía sostenibles o renovables. ^{[147] [148]} En 2006 se estimó que con la extracción de agua de mar, probablemente había cinco mil millones de años de recursos de uranio para su uso en reactores reproductores. ^[149]

La tecnología de reactores reproductores se ha utilizado en varios reactores, pero a partir de 2006, el alto costo de reprocesar el combustible de manera segura requiere precios de uranio de más de US$200/kg antes de justificarse económicamente. ^[150] Sin embargo, los reactores reproductores se están desarrollando por su potencial para quemar todos los actínidos (los componentes más activos y peligrosos) en el inventario actual de desechos nucleares, al mismo tiempo que producen energía y crean cantidades adicionales de combustible para más reactores a través del proceso de reproducción. ^{[151] [152]} A partir de 2017, hay dos reactores reproductores que producen energía comercial, el reactor BN-600 y el reactor BN-800 , ambos en Rusia. ^[153] El reactor reproductor Phénix en Francia se apagó en 2009 después de 36 años de operación. ^{[153] Tanto China como la India están construyendo reactores reproductores. El} prototipo de reactor reproductor rápido indio de 500 MWe está en la fase de puesta en servicio, ^[154] con planes de construir más. ^[155]

Otra alternativa a los reactores reproductores de neutrones rápidos son los reactores reproductores de neutrones térmicos que utilizan uranio-233 generado a partir del torio como combustible de fisión en el ciclo del combustible del torio . ^[156] El torio es aproximadamente 3,5 veces más común que el uranio en la corteza terrestre y tiene características geográficas diferentes. ^[156] El programa de energía nuclear de tres etapas de la India presenta el uso de un ciclo de combustible de torio en la tercera etapa, ya que tiene abundantes reservas de torio pero poco uranio. ^[156]

El desmantelamiento nuclear es el proceso de desmantelar una instalación nuclear hasta el punto en que ya no requiere medidas de protección radiológica, ^[157] devolviendo la instalación y sus partes a un nivel lo suficientemente seguro como para ser confiada para otros usos. ^[158] Debido a la presencia de materiales radiactivos, el desmantelamiento nuclear presenta desafíos técnicos y económicos. ^[159] Los costos del desmantelamiento generalmente se distribuyen a lo largo de la vida útil de una instalación y se ahorran en un fondo de desmantelamiento. ^[160]

La energía nuclear civil suministró 2.586 teravatios hora (TWh) de electricidad en 2019, equivalente a aproximadamente el 10% de la generación eléctrica mundial , y fue la segunda fuente de energía baja en carbono más grande después de la hidroelectricidad . ^{[40] [163]} Dado que la electricidad representa aproximadamente el 25% del consumo energético mundial , la contribución de la energía nuclear a la energía global fue de aproximadamente el 2,5% en 2011. ^[164] Esto es un poco más que la producción mundial combinada de electricidad a partir de energía eólica, solar, de biomasa y geotérmica, que juntas proporcionaron el 2% del consumo energético final mundial en 2014. ^[165] La participación de la energía nuclear en la producción mundial de electricidad ha caído del 16,5% en 1997, en gran parte porque la economía de la energía nuclear se ha vuelto más difícil. ^[166]

En marzo de 2022, ^[actualizar]hay 439 reactores de fisión civiles en el mundo , con una capacidad eléctrica combinada de 392 gigavatios (GW). También hay 56 reactores nucleares en construcción y 96 reactores planificados, con una capacidad combinada de 62  GW y 96  GW, respectivamente. ^[167] Estados Unidos tiene la flota más grande de reactores nucleares, generando más de 800 TWh por año con un factor de capacidad  promedio del 92%. ^[168] La mayoría de los reactores en construcción son reactores de generación III en Asia. ^[169]

Las diferencias regionales en el uso de la energía nuclear son grandes. Estados Unidos produce la mayor cantidad de energía nuclear del mundo, ya que la energía nuclear proporciona el 20% de la electricidad que consume, mientras que Francia produce el mayor porcentaje de su energía eléctrica a partir de reactores nucleares: 71% en 2019. ^[20] En la Unión Europea , la energía nuclear proporciona el 26% de la electricidad a partir de 2018. ^[170] La energía nuclear es la fuente de electricidad baja en carbono más grande en los Estados Unidos, ^[171] y representa dos tercios de la electricidad baja en carbono de la Unión Europea . ^[172] La política de energía nuclear difiere entre los países de la Unión Europea, y algunos, como Austria, Estonia , Irlanda e Italia , no tienen centrales nucleares activas.

Además, había aproximadamente 140 buques de guerra que utilizaban propulsión nuclear en operación, impulsados ​​por alrededor de 180 reactores. ^{[173] [174]} Estos incluyen barcos militares y algunos civiles, como rompehielos de propulsión nuclear . ^[175]

La investigación internacional continúa sobre usos adicionales del calor de proceso, como la producción de hidrógeno (en apoyo de una economía del hidrógeno ), para desalinizar agua de mar y para su uso en sistemas de calefacción urbana . ^[176]

La economía de las nuevas centrales nucleares es un tema controvertido y las inversiones multimillonarias dependen de la elección de las fuentes de energía. Las centrales nucleares suelen tener unos costes de capital elevados para su construcción. Por este motivo, la comparación con otros métodos de generación de energía depende en gran medida de supuestos sobre los plazos de construcción y la financiación del capital para las centrales nucleares. Los costes del combustible representan alrededor del 30% de los costes de explotación, mientras que los precios están sujetos al mercado. ^[177]

El alto costo de construcción es uno de los mayores desafíos para las plantas de energía nuclear.  Se estima que una nueva planta de 1.100 MW costará entre 6.000 y 9.000 millones de dólares. ^[178] Las tendencias de costos de la energía nuclear muestran una gran disparidad por nación, diseño, ritmo de construcción y nivel de familiaridad en la experiencia. Los únicos dos países para los que hay datos disponibles que vieron disminuciones de costos en la década de 2000 fueron India y Corea del Sur. ^[179]

El análisis de la economía de la energía nuclear también debe tener en cuenta quién asume los riesgos de las incertidumbres futuras. A partir de 2010, todas las centrales nucleares en funcionamiento han sido desarrolladas por monopolios de servicios públicos de electricidad de propiedad estatal o regulados . ^[180] Desde entonces, muchos países han liberalizado el mercado de la electricidad , donde estos riesgos, y el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital, son asumidos por los proveedores y operadores de las centrales, en lugar de los consumidores, lo que lleva a una evaluación significativamente diferente de la economía de las nuevas centrales nucleares. ^[181]

El costo nivelado de la electricidad (LCOE) de una nueva planta de energía nuclear se estima en 69  USD/MWh, según un análisis de la Agencia Internacional de Energía y la Agencia de Energía Nuclear de la OCDE . Esto representa la estimación del costo medio para una planta de energía nuclear número n de su tipo que se completará en 2025, con una tasa de descuento del 7%. Se encontró que la energía nuclear era la opción de menor costo entre las tecnologías despachables . ^[182] Las energías renovables variables pueden generar electricidad más barata: el costo medio de la energía eólica terrestre se estimó en 50 USD/MWh, y la energía solar a gran escala en 56 USD/MWh. ^[182] Con el costo de emisión de CO2 asumido _de 30 USD/tonelada, la energía del carbón (88 USD/MWh) y el gas (71 USD/MWh) es más cara que las tecnologías bajas en carbono. Se encontró que la electricidad proveniente de la operación a largo plazo de plantas de energía nuclear mediante la extensión de la vida útil era la opción de menor costo, a 32 USD/MWh. ^[182]       

Las medidas para mitigar el calentamiento global , como un impuesto al carbono o el comercio de emisiones de carbono , pueden favorecer la economía de la energía nuclear. ^{[183] ​​[184]} Los fenómenos meteorológicos extremos, incluidos los eventos agravados por el cambio climático, están reduciendo la confiabilidad de todas las fuentes de energía, incluida la energía nuclear, en un pequeño grado, dependiendo de su ubicación. ^{[185] [186]}

Los nuevos reactores modulares pequeños , como los desarrollados por NuScale Power , tienen como objetivo reducir los costos de inversión para nuevas construcciones al hacer que los reactores sean más pequeños y modulares, de modo que puedan construirse en una fábrica.

Algunos diseños tuvieron considerables ventajas económicas iniciales, como el CANDU , que logró un factor de capacidad y una confiabilidad mucho mayores en comparación con los reactores de agua ligera de la generación II hasta la década de 1990. ^[187]

Las plantas de energía nuclear, aunque capaces de seguir cierta carga de la red , normalmente se hacen funcionar tanto como sea posible para mantener el costo de la energía eléctrica generada lo más bajo posible, suministrando principalmente electricidad de carga base . ^[188] Debido al diseño del reactor de reabastecimiento en línea, los PHWR (de los cuales el diseño CANDU es parte) continúan manteniendo muchas posiciones de récord mundial por la generación continua de electricidad más larga, a menudo más de 800 días. ^[189] El récord específico a partir de 2019 lo tiene un PHWR en la central nuclear de Kaiga , que genera electricidad de forma continua durante 962 días. ^[190]

Los costos no considerados en los cálculos del LCOE incluyen fondos para investigación y desarrollo, y desastres (se estima que el desastre de Fukushima le costó a los contribuyentes aproximadamente $187 mil millones). ^[191] En algunos casos, se encontró que los gobiernos obligaban a "los consumidores a pagar por adelantado los posibles sobrecostos" ^[86] o subsidiaban la energía nuclear antieconómica ^[192] o se les exigía que lo hicieran. ^[57] Los operadores nucleares son responsables de pagar la gestión de residuos en la Unión Europea. ^[193] En los EE. UU., el Congreso habría decidido hace 40 años que la nación, y no las empresas privadas, sería responsable de almacenar los desechos radiactivos y que los contribuyentes pagarían los costos. ^[194] El Informe Mundial sobre Residuos Nucleares 2019 encontró que "incluso en países en los que el principio de quien contamina paga es un requisito legal, se aplica de manera incompleta" y señala el caso de la instalación de eliminación geológica profunda alemana Asse II , donde los contribuyentes deben pagar la recuperación de grandes cantidades de desechos. ^[195] De manera similar, otras formas de energía, incluidos los combustibles fósiles y las energías renovables, tienen una parte de sus costos cubiertos por los gobiernos. ^[196]

El uso más común de la energía nuclear en el espacio es el uso de generadores termoeléctricos de radioisótopos , que utilizan la desintegración radiactiva para generar energía. Estos generadores de energía son de escala relativamente pequeña (pocos kW), y se utilizan principalmente para alimentar misiones espaciales y experimentos durante largos períodos en los que la energía solar no está disponible en cantidad suficiente, como en la sonda espacial Voyager 2. ^[197] Se han lanzado algunos vehículos espaciales utilizando reactores nucleares : 34 reactores pertenecen a la serie soviética RORSAT y uno fue el estadounidense SNAP-10A . ^[197]

Tanto la fisión como la fusión parecen prometedoras para aplicaciones de propulsión espacial , generando velocidades de misión más altas con menos masa de reacción . ^{[197] [198]}

Las centrales nucleares tienen tres características únicas que afectan a su seguridad, en comparación con otras centrales eléctricas. En primer lugar, en un reactor nuclear hay materiales intensamente radiactivos . Su liberación al medio ambiente podría ser peligrosa. En segundo lugar, los productos de fisión , que constituyen la mayoría de las sustancias intensamente radiactivas en el reactor, continúan generando una cantidad significativa de calor de desintegración incluso después de que la reacción en cadena de fisión se haya detenido. Si no se puede eliminar el calor del reactor, las barras de combustible pueden sobrecalentarse y liberar materiales radiactivos. En tercer lugar, es posible que se produzca un accidente de criticidad (un aumento rápido de la potencia del reactor) en ciertos diseños de reactores si no se puede controlar la reacción en cadena. Estas tres características deben tenerse en cuenta al diseñar reactores nucleares. ^[199]

Todos los reactores modernos están diseñados de manera que un aumento incontrolado de la potencia del reactor se evita mediante mecanismos de retroalimentación naturales, un concepto conocido como coeficiente de reactividad de vacío negativo. Si la temperatura o la cantidad de vapor en el reactor aumenta, la tasa de fisión disminuye inherentemente. La reacción en cadena también se puede detener manualmente insertando barras de control en el núcleo del reactor. Los sistemas de enfriamiento de emergencia del núcleo (ECCS) pueden eliminar el calor de desintegración del reactor si fallan los sistemas de enfriamiento normales. ^[200] Si el ECCS falla, múltiples barreras físicas limitan la liberación de materiales radiactivos al medio ambiente incluso en caso de accidente. La última barrera física es el gran edificio de contención . ^[199]

Con una tasa de mortalidad de 0,03 por TWh , la energía nuclear es la segunda fuente de energía más segura por unidad de energía generada, después de la energía solar, en términos de mortalidad cuando se considera el historial histórico. ^[201] La energía producida por carbón, petróleo, gas natural e hidroelectricidad ha causado más muertes por unidad de energía generada debido a la contaminación del aire y los accidentes energéticos . Esto se encuentra al comparar las muertes inmediatas de otras fuentes de energía con las muertes por cáncer indirectas, inmediatas y latentes, o previstas, de accidentes de energía nuclear. ^{[202] [203]} Cuando se comparan las muertes directas e indirectas (incluidas las muertes resultantes de la minería y la contaminación del aire) de la energía nuclear y los combustibles fósiles, ^[204] se ha calculado que el uso de la energía nuclear ha evitado alrededor de 1,84 millones de muertes por contaminación del aire entre 1971 y 2009, al reducir la proporción de energía que de otro modo habría sido generada por combustibles fósiles. ^{[205] [206]} Tras el desastre nuclear de Fukushima en 2011, se ha estimado que si Japón nunca hubiera adoptado la energía nuclear, los accidentes y la contaminación de las plantas de carbón o gas habrían causado más años de vida perdidos. ^[207]

Los graves impactos de los accidentes nucleares a menudo no son directamente atribuibles a la exposición a la radiación, sino más bien a efectos sociales y psicológicos. La evacuación y el desplazamiento a largo plazo de las poblaciones afectadas crearon problemas para muchas personas, especialmente los ancianos y los pacientes hospitalizados. ^[208] La evacuación forzada de un accidente nuclear puede conducir al aislamiento social, ansiedad, depresión, problemas médicos psicosomáticos, comportamiento imprudente y suicidio. Un estudio exhaustivo de 2005 sobre las secuelas del desastre de Chernóbil concluyó que el impacto en la salud mental es el mayor problema de salud pública causado por el accidente. ^[209] Frank N. von Hippel , un científico estadounidense, comentó que un miedo desproporcionado a la radiación ionizante ( radiofobia ) podría tener efectos psicológicos a largo plazo en la población de las áreas contaminadas después del desastre de Fukushima. ^[210]

Se han producido algunos accidentes nucleares y radiactivos graves . La gravedad de los accidentes nucleares se clasifica generalmente utilizando la Escala Internacional de Sucesos Nucleares (INES) introducida por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). La escala clasifica los sucesos o accidentes anómalos en una escala de 0 (una desviación del funcionamiento normal que no supone ningún riesgo para la seguridad) a 7 (un accidente importante con efectos generalizados). Ha habido tres accidentes de nivel 5 o superior en la industria de la energía nuclear civil, dos de los cuales, el accidente de Chernóbil y el accidente de Fukushima , están clasificados en el nivel 7.

Los primeros accidentes nucleares importantes fueron el desastre de Kyshtym en la Unión Soviética y el incendio de Windscale en el Reino Unido, ambos en 1957. El primer accidente importante en un reactor nuclear en los EE. UU. ocurrió en 1961 en el SL-1 , un reactor nuclear experimental del ejército estadounidense en el Laboratorio Nacional de Idaho . Una reacción en cadena descontrolada resultó en una explosión de vapor que mató a los tres miembros de la tripulación y causó una fusión . ^{[213] [214]} Otro accidente grave ocurrió en 1968, cuando uno de los dos reactores refrigerados por metal líquido a bordo del submarino soviético  K-27 sufrió una falla del elemento combustible , con la emisión de productos de fisión gaseosos al aire circundante, lo que resultó en 9 muertes de tripulantes y 83 heridos. ^[215]

El accidente nuclear de Fukushima Daiichi fue causado por el terremoto y tsunami de Tohoku de 2011. El accidente no ha causado ninguna muerte relacionada con la radiación, pero sí ha provocado contaminación radiactiva de las zonas circundantes. Se espera que la difícil operación de limpieza cueste decenas de miles de millones de dólares a lo largo de 40 años o más. ^{[216] [217]} El accidente de Three Mile Island en 1979 fue un accidente de menor escala, clasificado en el nivel 5 de la INES. No hubo muertes directas ni indirectas causadas por el accidente. ^[218]

El impacto de los accidentes nucleares es controvertido. Según Benjamin K. Sovacool , los accidentes de energía de fisión ocuparon el primer lugar entre las fuentes de energía en términos de su costo económico total, representando el 41% de todos los daños a la propiedad atribuidos a accidentes energéticos. ^[219] Otro análisis encontró que el carbón, el petróleo, el gas licuado de petróleo y los accidentes hidroeléctricos (principalmente debido al desastre de la presa de Banqiao ) han tenido mayores impactos económicos que los accidentes de energía nuclear. ^[220] El estudio compara las muertes por cáncer latente atribuibles a la energía nuclear con las muertes inmediatas de otras fuentes de energía por unidad de energía generada, y no incluye el cáncer relacionado con los combustibles fósiles y otras muertes indirectas creadas por el uso del consumo de combustibles fósiles en su clasificación de "accidente grave" (un accidente con más de cinco muertes). El accidente de Chernóbil en 1986 causó aproximadamente 50 muertes por efectos directos e indirectos, y algunas lesiones graves temporales por síndrome de radiación aguda . ^[221] La mortalidad futura prevista por aumentos en las tasas de cáncer se estima en 4000 en las próximas décadas. ^{[222] [223] [224]} Sin embargo, los costos han sido grandes y están aumentando.

La energía nuclear funciona bajo un marco de seguros que limita o estructura las responsabilidades por accidentes de acuerdo con las convenciones nacionales e internacionales. ^[225] A menudo se argumenta que este potencial déficit en la responsabilidad representa un costo externo no incluido en el costo de la electricidad nuclear. Este costo es pequeño, y asciende a aproximadamente el 0,1% del costo nivelado de la electricidad , según un estudio de la Oficina de Presupuesto del Congreso de los Estados Unidos. ^[226] Estos costos de seguro más allá de lo normal para los peores escenarios no son exclusivos de la energía nuclear. Las plantas de energía hidroeléctrica tampoco están completamente aseguradas contra un evento catastrófico como las fallas de las represas . Por ejemplo, la falla de la represa de Banqiao causó la muerte de aproximadamente 30.000 a 200.000 personas, y 11 millones de personas perdieron sus hogares. Como las aseguradoras privadas basan las primas de seguro de represas en escenarios limitados, el seguro contra desastres mayores en este sector también lo proporciona el estado. ^[227]

Los terroristas podrían atacar las centrales nucleares en un intento de liberar contaminación radiactiva en la comunidad. La Comisión del 11 de septiembre de los Estados Unidos ha dicho que las centrales nucleares fueron objetivos potenciales considerados originalmente para los ataques del 11 de septiembre de 2001. Un ataque a la piscina de combustible gastado de un reactor también podría ser grave, ya que estas piscinas están menos protegidas que el núcleo del reactor. La liberación de radiactividad podría provocar miles de muertes a corto plazo y un mayor número de muertes a largo plazo. ^[228]

En los Estados Unidos, la Comisión Reguladora Nuclear lleva a cabo ejercicios de "fuerza contra fuerza" (FOF, por sus siglas en inglés) en todas las plantas nucleares al menos una vez cada tres años. ^[228] En los Estados Unidos, las plantas están rodeadas por una doble hilera de vallas altas que se controlan electrónicamente. Los terrenos de la planta están patrullados por una fuerza considerable de guardias armados. ^[229]

El sabotaje interno también es una amenaza porque los miembros de la organización pueden observar y sortear las medidas de seguridad. El éxito de los delitos internos dependía de la observación y el conocimiento de las vulnerabilidades de seguridad por parte de los perpetradores. ^[230] Un incendio causó daños por valor de entre 5 y 10 millones de dólares en el Indian Point Energy Center de Nueva York en 1971. ^[231] El pirómano era un trabajador de mantenimiento de la planta. ^[232]

La proliferación nuclear es la propagación de armas nucleares , material fisionable y tecnología nuclear relacionada con las armas a Estados que aún no poseen armas nucleares. Muchas tecnologías y materiales asociados con la creación de un programa de energía nuclear tienen una capacidad de doble uso, ya que también pueden utilizarse para fabricar armas nucleares. Por esta razón, la energía nuclear presenta riesgos de proliferación.

El programa de energía nuclear puede convertirse en una ruta que conduzca a un arma nuclear. Un ejemplo de esto es la preocupación por el programa nuclear de Irán . ^[235] La reutilización de industrias nucleares civiles para fines militares sería una violación del Tratado de No Proliferación Nuclear , al que se adhieren 190 países. A abril de 2012, hay treinta y un países que tienen plantas de energía nuclear civil, ^[236] de los cuales nueve tienen armas nucleares . La gran mayoría de estos estados con armas nucleares han producido armas antes de las centrales nucleares comerciales.

Un objetivo fundamental para la seguridad global es minimizar los riesgos de proliferación nuclear asociados con la expansión de la energía nuclear. ^[235] La Asociación Mundial de Energía Nuclear fue un esfuerzo internacional para crear una red de distribución en la que los países en desarrollo necesitados de energía recibirían combustible nuclear a una tasa descontada, a cambio de que esa nación aceptara renunciar a su propio desarrollo autóctono de un programa de enriquecimiento de uranio. El Eurodif / Consorcio Europeo de Enriquecimiento de Uranio por Difusión Gaseosa con sede en Francia es un programa que implementó exitosamente este concepto, con España y otros países sin instalaciones de enriquecimiento comprando una parte del combustible producido en la instalación de enriquecimiento controlada por Francia, pero sin una transferencia de tecnología. ^[237] Irán fue uno de los primeros participantes desde 1974 y sigue siendo accionista de Eurodif a través de Sofidif .

Un informe de las Naciones Unidas de 2009 decía que:

El resurgimiento del interés en la energía nuclear podría dar lugar a la difusión mundial de tecnologías de enriquecimiento de uranio y reprocesamiento de combustible gastado, que presentan riesgos obvios de proliferación, ya que estas tecnologías pueden producir materiales fisionables que se pueden utilizar directamente en armas nucleares. ^[238]

Por otra parte, los reactores de potencia también pueden reducir los arsenales de armas nucleares cuando los materiales nucleares de grado militar se reprocesan para ser utilizados como combustible en plantas de energía nuclear. El Programa de Megatones a Megavatios se considera el programa de no proliferación más exitoso hasta la fecha. ^[233] Hasta 2005, el programa había procesado 8.000 millones de dólares de uranio altamente enriquecido de grado armamentístico en uranio poco enriquecido adecuado como combustible nuclear para reactores de fisión comerciales al diluirlo con uranio natural . Esto corresponde a la eliminación de 10.000 armas nucleares. ^[239] Durante aproximadamente dos décadas, este material generó casi el 10 por ciento de toda la electricidad consumida en los Estados Unidos, o aproximadamente la mitad de toda la electricidad nuclear estadounidense, con un total de alrededor de 7.000 TWh de electricidad producida. ^[240] En total, se estima que ha costado 17.000 millones de dólares, una "ganga para los contribuyentes estadounidenses", con Rusia obteniendo 12.000 millones de dólares de beneficio del acuerdo. ^[240] Ganancias muy necesarias para la industria de supervisión nuclear rusa, que después del colapso de la economía soviética , tuvo dificultades para pagar el mantenimiento y la seguridad del uranio altamente enriquecido y las ojivas de la Federación Rusa. ^[241] El Programa de Megatones a Megavatios fue aclamado como un gran éxito por los defensores de las armas antinucleares, ya que ha sido en gran medida la fuerza impulsora detrás de la marcada reducción en el número de armas nucleares en todo el mundo desde que terminó la guerra fría. ^[233] Sin embargo, sin un aumento en los reactores nucleares y una mayor demanda de combustible fisionable, el costo del desmantelamiento y la mezcla descendente ha disuadido a Rusia de continuar su desarme. A partir de 2013, Rusia parece no estar interesada en extender el programa. ^[242] 

Al ser una fuente de energía baja en carbono con relativamente pocos requisitos de uso de la tierra, la energía nuclear puede tener un impacto ambiental positivo. También requiere un suministro constante de cantidades significativas de agua y afecta al medio ambiente a través de la minería y el procesamiento. ^{[243] [244] [245] [246]} Sus mayores impactos negativos potenciales sobre el medio ambiente pueden surgir de sus riesgos transgeneracionales de proliferación de armas nucleares que pueden aumentar los riesgos de su uso en el futuro, riesgos de problemas asociados con la gestión de los desechos radiactivos, como la contaminación de las aguas subterráneas, riesgos de accidentes y riesgos de diversas formas de ataques a los sitios de almacenamiento de desechos o plantas de reprocesamiento y energía. ^{[74] [247] [ 248] [ 249] [250] [246 ] [251] [252]} Sin embargo, estos siguen siendo en su mayoría solo riesgos, ya que históricamente solo ha habido pocos desastres en plantas de energía nuclear con impactos ambientales relativamente sustanciales conocidos.

La energía nuclear es uno de los principales métodos de generación de energía con bajas emisiones de carbono para producir electricidad y, en términos de emisiones totales de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida por unidad de energía generada , tiene valores de emisión comparables o inferiores a los de la energía renovable . ^{[254] [255]} Un análisis de 2014 de la literatura sobre la huella de carbono realizado por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) informó que la intensidad de las emisiones totales incorporadas del ciclo de vida de la energía nuclear tiene un valor medio de 12 g de CO2eq / _kWh , que es el más bajo entre todas las fuentes de energía de carga base comerciales. ^{[253] [256]} Esto contrasta con el carbón y el gas natural , con 820 y 490 g de CO2eq _/ kWh. ^{[253] [256]} En 2021, los reactores nucleares de todo el mundo han ayudado a evitar la emisión de 72 mil millones de toneladas de dióxido de carbono desde 1970, en comparación con la generación de electricidad a partir de carbón, según un informe. ^{[206] [257]} 

La dosis media de la radiación de fondo natural es de 2,4 milisievert por año (mSv/a) a nivel mundial. Varía entre 1  mSv/a y 13  mSv/a, dependiendo principalmente de la geología del lugar. Según las Naciones Unidas ( UNSCEAR ), las operaciones regulares de las centrales nucleares, incluido el ciclo del combustible nuclear, aumentan esta cantidad en 0,0002  mSv/a de exposición pública como promedio mundial. La dosis media de las centrales nucleares en funcionamiento para las poblaciones locales que las rodean es inferior a 0,0001  mSv/a. ^[258] A modo de comparación, la dosis media para quienes viven a 80 km (50 millas) de una central eléctrica de carbón es más de tres veces esta dosis, 0,0003  mSv/a. ^[259]

Chernóbil provocó que las poblaciones circundantes más afectadas y el personal de recuperación masculino recibieran una media inicial de 50 a 100  mSv a lo largo de unas pocas horas o semanas, mientras que el legado global restante del peor accidente de una planta de energía nuclear en exposición media es de 0,002  mSv/a y está cayendo continuamente a un ritmo decreciente, desde el máximo inicial de 0,04  mSv por persona promediado para toda la población del hemisferio norte en el año del accidente en 1986. ^[258]

El debate sobre la energía nuclear se refiere a la controversia que ha rodeado el despliegue y uso de reactores de fisión nuclear para generar electricidad a partir de combustible nuclear para fines civiles. ^{[27] [261] [28]}

Los defensores de la energía nuclear la consideran una fuente de energía sostenible que reduce las emisiones de carbono y aumenta la seguridad energética al disminuir la dependencia de otras fuentes de energía que también ^{[91] [92] [93]} a menudo dependen de las importaciones. ^{[262] [263] [264]} Por ejemplo, los defensores señalan que anualmente, la electricidad generada nuclearmente reduce 470 millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono que de otro modo provendrían de combustibles fósiles. ^[265] Además, la cantidad de desechos comparativamente bajos que crea la energía nuclear se elimina de manera segura en las instalaciones de producción de energía nuclear a gran escala o se reutiliza/recicla para otros usos energéticos. ^[266] M. King Hubbert , quien popularizó el concepto de pico del petróleo , vio el petróleo como un recurso que se agotaría y consideró la energía nuclear como su reemplazo. ^[267] Los defensores de esta idea también afirman que la cantidad actual de residuos nucleares es pequeña y puede reducirse mediante la última tecnología de reactores más nuevos y que el historial de seguridad operacional de la electricidad de fisión en términos de muertes hasta ahora "no tiene paralelo". ^[16] Kharecha y Hansen estimaron que "la energía nuclear global ha evitado un promedio de 1,84 millones de muertes relacionadas con la contaminación del aire y 64 gigatoneladas de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) equivalentes a CO2 (GtCO2 _{- eq} ) que habrían resultado de la quema de combustibles fósiles" y, si continúa, podría evitar hasta 7 millones de muertes y 240  GtCO2 - _eq de emisiones para 2050. ^[206]

Los defensores de la idea también llaman la atención sobre el costo de oportunidad de utilizar otras formas de electricidad. Por ejemplo, la Agencia de Protección Ambiental estima que el carbón mata a 30.000 personas al año ^[268] como resultado de su impacto ambiental, mientras que 60 personas murieron en el desastre de Chernóbil ^[269] . Un ejemplo real del impacto que ofrecen los defensores es el aumento de 650.000 toneladas en las emisiones de carbono en los dos meses posteriores al cierre de la planta nuclear Vermont Yankee ^{[270] .}

Los oponentes creen que la energía nuclear plantea muchas amenazas a la salud de las personas y al medio ambiente ^{[271] [272]} como el riesgo de proliferación de armas nucleares, la gestión segura de residuos a largo plazo y el terrorismo en el futuro. ^{[273] [274]} También sostienen que las plantas de energía nuclear son sistemas complejos donde muchas cosas pueden salir mal y han salido mal. ^{[275] [276]} Los costos del desastre de Chernóbil ascienden a ≈$68 mil millones a partir de 2019 y están aumentando, ^[36] se estima que el desastre de Fukushima costó a los contribuyentes ~$187 mil millones, ^[191] y se estima que la gestión de residuos radiactivos costará a los operadores nucleares de la Unión Europea ~$250 mil millones para 2050. ^[193] Sin embargo, en los países que ya utilizan energía nuclear, cuando no se considera el reprocesamiento, los costos de eliminación intermedia de residuos nucleares podrían ser relativamente fijos en ciertos grados pero desconocidos ^[277] "ya que la parte principal de estos costos proviene de la operación de la instalación de almacenamiento intermedio". ^[278]

Los críticos consideran que uno de los mayores inconvenientes de construir nuevas plantas de energía nuclear de fisión son los altos costos de construcción y operación en comparación con las alternativas de fuentes de energía sostenibles. ^{[56] [279] [85] [245] [280]} Otros costos incluyen la investigación y el desarrollo en curso, el reprocesamiento costoso en los casos en que se practica ^{[74] [ 75] [76] [78]} y el desmantelamiento. ^{[281] [282] [283]} Los defensores señalan que centrarse en el costo nivelado de la energía (LCOE), sin embargo, ignora la prima de valor asociada con la electricidad despachable las 24 horas del día, los 7 días de la semana y el costo de los sistemas de almacenamiento y respaldo necesarios para integrar fuentes de energía variables en una red eléctrica confiable. ^[284] "Por lo tanto, la energía nuclear sigue siendo la tecnología despachable de bajo carbono con los costos esperados más bajos en 2025. Solo los grandes reservorios hidroeléctricos pueden proporcionar una contribución similar a costos comparables, pero siguen dependiendo en gran medida de las dotaciones naturales de cada país". ^[285]

En general, muchos oponentes consideran que la energía nuclear no puede contribuir significativamente a la mitigación del cambio climático. En general, lo consideran demasiado peligroso, demasiado caro, su implementación lleva demasiado tiempo, es un obstáculo para lograr una transición hacia la sostenibilidad y la neutralidad de carbono, ^{[85] [286] [287] [288]} siendo efectivamente una competencia distractora ^{[289] [290]} por los recursos (es decir, humanos, financieros, de tiempo, de infraestructura y de experiencia) para la implementación y el desarrollo de tecnologías de sistemas energéticos alternativos y sostenibles ^{[86] [290] [ 85] [291]} (como la eólica, la oceánica y la solar ^[85] –incluida, por ejemplo, la solar flotante–  , así como formas de gestionar su intermitencia distintas de la generación de carga base nuclear ^[292] , como la generación despachable , la diversificación de las energías renovables ^{[293] [294],} las superredes , la demanda y la oferta de energía flexibles que regulan las redes inteligentes y las tecnologías de almacenamiento de energía ^{[295] [296] [297] [298] [299]} ). ^{[300] [301] [302] [303] [304] [305] [306] [307] [252]}

Sin embargo, hay investigaciones y debates en curso sobre los costos de la nueva energía nuclear, especialmente en regiones donde el almacenamiento de energía estacional es difícil de proporcionar y que apuntan a eliminar gradualmente los combustibles fósiles a favor de la energía baja en carbono más rápido que el promedio mundial. ^[308] Algunos encuentran que los costos de transición financiera para un sistema energético europeo basado en energías renovables al 100% que haya eliminado por completo la energía nuclear podrían ser más costosos para 2050 en función de las tecnologías actuales (es decir, sin considerar los avances potenciales en, por ejemplo, hidrógeno verde , capacidades de transmisión y flexibilidad, formas de reducir las necesidades energéticas, energía geotérmica y energía de fusión) cuando la red solo se extiende por Europa. ^[309] Ambos lados del debate utilizan argumentos de economía y seguridad.

Para frenar el calentamiento global es necesario pasar a una economía con bajas emisiones de carbono , principalmente quemando muchos menos combustibles fósiles . Limitar el calentamiento global a 1,5  °C es técnicamente posible si no se construyen nuevas centrales eléctricas que utilicen combustibles fósiles a partir de 2019. ^[310] Esto ha generado un interés y una controversia considerables a la hora de determinar el mejor camino a seguir para sustituir rápidamente los combustibles fósiles en la combinación energética mundial , ^{[311] [312]} con un intenso debate académico. ^{[313] [314]} En ocasiones, la AIE dice que los países sin energía nuclear deberían desarrollarla, así como su energía renovable. ^[315]

Varios estudios sugieren que, en teoría, podría ser posible cubrir la mayor parte de la generación de energía mundial con nuevas fuentes renovables. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha dicho que, si los gobiernos apoyaran esta iniciativa, el suministro de energía renovable podría representar cerca del 80% del consumo energético mundial en 2050. ^[317] Si bien en los países desarrollados no existe una geografía económicamente viable para la nueva energía hidroeléctrica, ya que prácticamente todas las áreas geográficas adecuadas ya están explotadas, ^[318] algunos defensores de la energía eólica y solar afirman que estos recursos por sí solos podrían eliminar la necesidad de la energía nuclear. ^{[314] [319]}

La energía nuclear es comparable, y en algunos casos inferior, a muchas fuentes de energía renovable en términos de vidas perdidas en el pasado por unidad de electricidad suministrada. ^{[204] [202] [320]} Dependiendo del reciclaje de las tecnologías de energía renovable, los reactores nucleares pueden producir un volumen mucho menor de desechos, aunque mucho más tóxicos, costosos de gestionar y de mayor duración. ^{[321] [248]} Una planta nuclear también necesita ser desmontada y retirada y gran parte de la planta nuclear desmontada necesita ser almacenada como residuo nuclear de bajo nivel durante unas pocas décadas. ^[322] La eliminación y gestión de la amplia variedad ^[323] de residuos radiactivos, de los cuales hay más de un cuarto de millón de toneladas en 2018, puede causar daños y costos futuros en todo el mundo durante cientos de miles de años ^{[324] [325] [326]} , posiblemente más de un millón de años, ^{[327] [328] [329] [330]} debido a problemas como fugas, ^[331] recuperación maligna, vulnerabilidad a ataques (incluidos los de reprocesamiento ^{[77] [74]} y plantas de energía ), contaminación de las aguas subterráneas, radiación y fugas a la superficie, fugas de salmuera o corrosión bacteriana. ^{[332] [327] [333] [334]} El Centro Común de Investigación de la Comisión Europea concluyó que a partir de 2021 las tecnologías necesarias para la eliminación geológica de los residuos nucleares ya están disponibles y pueden implementarse. ^[335] Los expertos en corrosión señalaron en 2020 que posponer por más tiempo el problema del almacenamiento "no es bueno para nadie". ^[336] El plutonio separado y el uranio enriquecido podrían usarse para armas nucleares , que, incluso con el control centralizado actual (por ejemplo, a nivel estatal) y el nivel de prevalencia, se consideran un riesgo global difícil y sustancial para futuros impactos sustanciales en la salud humana, las vidas, la civilización y el medio ambiente. ^{[74] [247] [248] [249] [250]}

Un análisis realizado en 2015 por el profesor Barry W. Brook y sus colegas concluyó que la energía nuclear podría desplazar o eliminar por completo los combustibles fósiles de la red eléctrica en un plazo de 10 años. Este hallazgo se basó en la tasa históricamente modesta y probada a la que se añadió energía nuclear en Francia y Suecia durante sus programas de construcción en la década de 1980. ^{[337] [338]} En un análisis similar, Brook había determinado anteriormente que el 50% de toda la energía mundial , incluidos los combustibles sintéticos para el transporte , etc., podría generarse en aproximadamente 30 años si la tasa mundial de construcción de fisión nuclear fuera idéntica a las tasas de instalación históricamente probadas calculadas en GW por año por unidad de PIB mundial (GW/año/$). ^[339] Esto contrasta con los estudios conceptuales para sistemas de energía 100% renovable , que requerirían una inversión global anual de un orden de magnitud más costosa, lo que no tiene precedentes históricos. ^[340] Estos escenarios renovables también necesitarían una tierra mucho mayor dedicada a proyectos eólicos y solares terrestres. ^{[339] [340]} Brook señala que las "principales limitaciones de la fisión nuclear no son técnicas, económicas ni relacionadas con el combustible, sino que están vinculadas a cuestiones complejas de aceptación social, inercia fiscal y política y una evaluación crítica inadecuada de las limitaciones del mundo real que enfrentan [las otras] alternativas bajas en carbono". ^[339]

Los datos científicos indican que, suponiendo los niveles de emisiones de 2021, la humanidad solo tiene un presupuesto de carbono equivalente a 11 años de emisiones para limitar el calentamiento a 1,5  °C ^{[341] [342],} mientras que la construcción de nuevos reactores nucleares tomó una mediana de 7,2 a 10,9 años en 2018-2020, ^[334] sustancialmente más tiempo que, junto con otras medidas, ampliar el despliegue de la energía eólica y solar, especialmente para nuevos tipos de reactores, además de ser más riesgoso, a menudo demorado y más dependiente del apoyo estatal. ^{[343] [344] [287] [289] [85] [345] [300]} Los investigadores han advertido que las nuevas tecnologías nucleares –que han estado en desarrollo durante décadas, ^{[346] [85] [279]} están menos probadas, tienen mayores riesgos de proliferación , tienen más problemas de seguridad nuevos, a menudo están lejos de la comercialización y son más caras ^{[279] [85] [245] [347]} – no están disponibles a tiempo. ^{[81] [86] [348] [ 289] [ 349] [299] [350]} Los críticos de la energía nuclear a menudo sólo se oponen a la energía de fisión nuclear, pero no a la fusión nuclear; sin embargo, es poco probable que la energía de fusión se generalice comercialmente antes de 2050. ^{[351] [352] [353] [354] [355]}

La superficie media de tierra utilizada por las centrales nucleares de Estados Unidos por cada  GW de capacidad instalada es de 3,4 km2 .  [ 356 ^{] [357]} Para generar la misma cantidad de electricidad anualmente (teniendo en cuenta los factores ^de capacidad ) a partir de energía solar fotovoltaica se necesitarían unas 160 km2 ^, y de un parque eólico, unas 800 km2 ^. [ ^{356] [357]} No se incluye en esto la tierra necesaria para las líneas de transmisión asociadas, el suministro de agua, las líneas ferroviarias, la minería y el procesamiento de combustible nuclear y para la eliminación de residuos. ^[358]

Los reactores de fisión que se encuentran en funcionamiento en todo el mundo son de segunda o tercera generación , y la mayoría de los de primera generación ya han sido retirados. El Foro Internacional de la Generación IV (GIF) inició oficialmente la investigación sobre tipos avanzados de reactores de cuarta generación con base en ocho objetivos tecnológicos, entre ellos la mejora de la economía, la seguridad, la resistencia a la proliferación, el uso de los recursos naturales y la capacidad de consumir los desechos nucleares existentes para producir electricidad. La mayoría de estos reactores difieren significativamente de los reactores de agua ligera que se encuentran en funcionamiento actualmente, y se espera que estén disponibles para su construcción comercial después de 2030. ^[359]

La energía nuclear híbrida es un método propuesto para generar energía mediante el uso de una combinación de procesos de fusión y fisión nuclear. El concepto data de la década de 1950 y fue defendido brevemente por Hans Bethe durante la década de 1970, pero permaneció en gran parte sin explorar hasta que resurgió el interés en 2009, debido a los retrasos en la realización de la fusión pura. Cuando se construye una planta de energía nuclear de fusión sostenida, tiene el potencial de ser capaz de extraer toda la energía de fisión que queda en el combustible de fisión gastado, reduciendo el volumen de desechos nucleares en órdenes de magnitud y, lo que es más importante, eliminando todos los actínidos presentes en el combustible gastado, sustancias que causan problemas de seguridad. ^[360]

Las reacciones de fusión nuclear tienen el potencial de ser más seguras y generar menos desechos radiactivos que la fisión. ^{[361] [362]} Estas reacciones parecen potencialmente viables, aunque técnicamente son bastante difíciles y aún no se han creado en una escala que pueda usarse en una planta de energía funcional. La energía de fusión ha sido objeto de investigación teórica y experimental desde la década de 1950. La investigación sobre fusión nuclear está en marcha, pero no es probable que la energía de fusión se generalice comercialmente antes de 2050. ^{[363] [364] [365]}

Existen varios reactores e instalaciones de fusión nuclear experimentales. El proyecto de fusión nuclear internacional más grande y ambicioso actualmente en curso es ITER , un gran tokamak en construcción en Francia. Se planea que ITER abra el camino a la energía de fusión comercial al demostrar reacciones de fusión nuclear autosostenidas con ganancia de energía positiva. La construcción de la instalación ITER comenzó en 2007, pero el proyecto ha sufrido muchos retrasos y sobrecostes presupuestarios. Ahora no se espera que la instalación comience a operar hasta el año 2027, 11 años después de lo previsto inicialmente. ^[366] Se ha propuesto una estación de energía de fusión nuclear comercial de seguimiento, DEMO . ^{[351] [367]} También hay sugerencias para una planta de energía basada en un enfoque de fusión diferente, el de una planta de energía de fusión inercial .

En un principio se creyó que la generación de electricidad mediante fusión era fácilmente alcanzable, como lo había sido la energía eléctrica por fisión. Sin embargo, los requisitos extremos de reacciones continuas y contención del plasma hicieron que las proyecciones se extendieran varias décadas. En 2020, más de 80 años después de los primeros intentos , se pensaba que la comercialización de la producción de energía de fusión era poco probable antes de 2050. ^{[351] [352] [353] [354] [355]}

Para mejorar y acelerar el desarrollo de la energía de fusión, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) otorgó 46 millones de dólares a ocho empresas, incluidas Commonwealth Fusion Systems y Tokamak Energy Inc, en 2023. Esta ambiciosa iniciativa tiene como objetivo introducir la fusión a escala piloto en el plazo de una década. ^[368]