Nueve instituciones brasileñas, entre las que se cuentan universidades, institutos de investigación científica y una dirección de la Marina de Brasil, a las que se sumaron cuatro empresas, han unido esfuerzos para desarrollar en el país los medios y la tecnología necesarios para la fabricación de microrreactores nucleares. Si la iniciativa tiene éxito, Brasil se sumará al grupo de los pioneros en este sistema de generación de electricidad. Los microrreactores son dispositivos de menor tamaño que los reactores nucleares convencionales, que generan energía mediante un proceso de fisión del núcleo atómico. El proyecto prevé el desarrollo de equipos capaces de generar entre 1 y 5 megavatios (MW) de energía. Cada megavatio es suficiente para abastecer a unas 1.000 personas. Poco más de una quinta parte de los municipios brasileños tienen hasta 5.000 habitantes y podrían ser abastecidos por un solo microrreactor.
Los equipos, controlados en forma remota y del tamaño de un contenedor de 40 pies, con 12 metros (m) de largo por 2,4 m de ancho y 2,6 m de alto, podrán utilizarse para reemplazar a los generadores eléctricos de gasoil que llevan el suministro eléctrico a comunidades aisladas, industrias, hospitales, centros de procesamiento de datos y otros establecimientos que requieren de un sistema alternativo o complementario al suministro eléctrico convencional.
“Los microrreactores pueden generar energía en forma ininterrumpida durante hasta una década sin necesidad de recarga de combustible”, dice el físico y coordinador técnico del proyecto João Manoel Losada Moreira, del Programa de Posgrado en Energía de la Universidad Federal del ABC (UFABC) y de la startup Terminus Energia. “Una de sus grandes ventajas reside en que no emiten gases de efecto invernadero [GEI]”.
El proyecto del microrreactor brasileño, programado para instalárselo junto al reactor Argonauta del Instituto de Ingeniería Nuclear (IEN), en Río de Janeiro, exigirá superar varios retos tecnológicos y podría dejar un legado a la investigación nuclear brasileña. Entre los principales suministros que requerirán de un esfuerzo local figuran el diseño y fabricación de los tubos de calor ‒conocidos como heat pipes, en la jerga técnica del sector‒, capaces de soportar temperaturas de 800 grados Celsius [ºC], y el desarrollo de la cadena de producción de grafito y berilio. “Los heat pipes para uso nuclear y el berilio son dos materiales que se consideran estratégicos, por lo que su comercialización internacional es restringida”, comenta el investigador de la UFABC.
La iniciativa aún se encuentra en una fase de desarrollo intermedia. Su Nivel de Madurez Tecnológica (TRL, por sus siglas en inglés) actual es 3, lo que comprende la demostración de la factibilidad de la solución propuesta mediante estudios analíticos o experimentales en laboratorio. La escala TRL, creada por la agencia espacial estadounidense (Nasa), indica el grado de desarrollo de las innovaciones tecnológicas en distintos sectores de la economía. El nivel más alto, el 9, significa que la solución se encuentra en producción continua. El objetivo de los investigadores brasileños es llegar al nivel TRL 6 dentro de tres años, mediante la demostración de las funciones críticas de la nueva tecnología con experimentos específicos.
Además de la UFABC, también participan en el proyecto las universidades federales de Ceará (UFC), Minas Gerais (UFMG) y Santa Catarina (UFSC), el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen) y el IEN ‒estos dos últimos vinculados a la Comisión Nacional de Energía Nuclear (Cnen)‒, el Instituto Nacional de Telecomunicaciones (Inatel), la Marina de Brasil, a través de su Dirección de Desarrollo Nuclear y Tecnológico, las empresas públicas Amazul – Amazonia Azul Tecnologías de Defensa e Industrias Nucleares Brasileñas (INB), la startup Terminus Energia, de Río de Janeiro y la compañía Diamante Geração de Energia, con sede en Santa Catarina. La iniciativa cuenta con un presupuesto de 50 millones de reales, de los que 30 millones fueron aportados este año por la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), y los otros 20 millones por la empresa Diamante.
La tecnología de los microrreactores se inspira en los reactores nucleares desarrollados para generar energía en las misiones espaciales. Sus sistemas de refrigeración y conducción del calor no utilizarán agua ni gas, tal como sucede en las centrales nucleares tradicionales. La recuperación del calor se realizará utilizando la tecnología heat pipes, la misma propuesta para los reactores espaciales (véase la infografía).
El dispositivo estará compuesto por un reactor de pequeñas dimensiones en donde tendrá lugar la fisión nuclear, es decir, el proceso de división del núcleo de los átomos de uranio causada por una reacción en cadena de neutrones. El resultado de la fisión es la liberación de energía bajo la forma de calor. Los átomos de uranio estarán contenidos en barras de combustible colocadas en el interior del reactor. Los neutrones generados por la fisión tendrán inicialmente alta energía cinética (velocidad), del orden de 2 millones de electronvoltios (eV), pero la reacción en cadena de la fisión es más eficiente cuando los neutrones son lentos, con alrededor de 1 eV. Para reducir la energía de los neutrones se puede utilizar grafito o berilio, materiales denominados moderadores de energía.
“En un reactor tradicional, los neutrones se desaceleran con agua caliente”, explica el ingeniero de materiales Jesualdo Luiz Rossi, investigador del Ipen, responsable del desarrollo del sistema moderador del microrreactor. “Para esa misma tarea pueden utilizarse otros dos elementos: el grafito o el óxido de berilio [BeO]”. El grafito es un compuesto de carbono sólido, disponible en el mercado mundial. Para utilizarlo como agente desacelerador, el núcleo del reactor necesita tener alrededor de 1 metro de diámetro, informa Losada Moreira. En caso de utilizar berilio, puede tener 60 centímetros.
El calor generado, que oscila en alrededor de 800 ºC, se transporta desde el reactor a través de un conjunto de heat pipes hasta el intercambiador de calor del sistema de conversión de potencia, que transformará la energía térmica en energía eléctrica. Según Losada Moreira, el equipo está analizando dos sistemas tradicionales de conversión de potencia: los ciclos termodinámicos Stirling y Brayton. El desarrollo de tubos de calor capaces de operar a 800 ºC corre por cuenta de los equipos de la UFC, la UFMG y la UFSC.
El núcleo de heat pipes será de sodio puro, un eficiente conductor del calor. Según el investigador de la UFABC, no hay datos disponibles sobre la producción de tubos de calor adecuados para aplicaciones nucleares, ya que quienes poseen esta tecnología la consideran un secreto industrial.
El microrreactor también cuenta con un sistema que utiliza barras y tambores rotativos que absorben los neutrones para controlar la reacción de fisión en cadena en su interior. Este sistema, esencial para la seguridad del proceso, permite estabilizar, elevar, disminuir o incluso reducir a cero el nivel de potencia del microrreactor, apagándolo. “El material absorbente de neutrones se producirá con carburo de boro, un material cerámico de alta resistencia y dureza”, detalla Rossi. La tecnología para producir carburo de boro es conocida, pero Brasil no lo fabrica. El desarrollo del proceso productivo estará a cargo del Ipen, que posteriormente le transferirá la tecnología a eventuales empresas interesadas.
Acervo IENEl microrreactor brasileño será instalado en las dependencias del reactor nuclear de investigación Argonauta, en Río de JaneiroAcervo IEN
Contención y blindaje de acero
Otro desarrollo tecnológico que será necesario es el de un sistema para el control remoto digital de los microrreactores, tarea que les compete al Inatel y al IEN. “Estamos proponiendo un sistema innovador, que además del control remoto del microrreactor, también permitirá que el equipo pueda operar de manera integrada con microrredes de energía, redes locales autosuficientes que pueden estar conectadas o no a la red eléctrica nacional”, dice Losada Moreira.
En las microrredes, la generación de energía se realiza con equipos de pequeño porte, normalmente a partir de una fuente eólica o fotovoltaica o mediante una combinación de fuentes. En este caso, el microrreactor nuclear podrá trabajar aislado o en forma conjunta con generadores intermitentes, que dependen de la incidencia del sol o del viento, proporcionando estabilidad al suministro energético local.
El proyecto se complementa con la construcción de un sistema de blindaje y contención, una estructura de acero o capas de acero y plomo, que envolverá al sistema del reactor y cuya función consistirá en contener la radiación durante su funcionamiento y el material radiactivo en caso de accidente. Tal como lo explica Losada Moreira, los procesos de refrigeración y conducción del calor vía heat pipes operan en un rango de presión cercano a la presión atmosférica. “En las grandes centrales nucleares, el mayor reto en materia de seguridad consiste en mantener la refrigeración cuando el reactor se apaga repentinamente. Es la pérdida de la refrigeración lo que genera que la presión se descontrole y haya riesgo de fuga del material radiactivo”, comenta. “En el caso del microrreactor, al operar con niveles de potencia unas mil veces menores que los reactores de gran tamaño, refrigerarlo en caso de un apagado repentino es una operación mucho más sencilla”.
En un estudio publicado en 2024 en la revista Nuclear Engineering and Design, Losada Moreira, junto a colegas de la UFABC y de Terminus Energia presentaron los fundamentos y los pormenores del proyecto que guiará la construcción del núcleo del microrreactor. También demostraron un potencial del ciclo de trabajo del reactor de 8,7 años sin necesidad de reabastecimiento y compararon la iniciativa nacional con otros tres proyectos considerados como referencia a nivel internacional, cuya autosuficiencia en lo que se refiere al combustible se limita a cinco años.
El enriquecimiento del uranio para el microrreactor podría alcanzar el 20 %, mientras que para los grandes reactores comerciales este nivel es de hasta un 5 %. Inicialmente, el microrreactor brasileño utilizará dióxido de uranio (UO2) como combustible. Provisto por la INB, es el mismo combustible que abastece a las centrales nucleares de Angra dos Reis, en el litoral fluminense. En una etapa más avanzada, cuando estén disponibles para su uso comercial, la propuesta contempla reciclar los desechos radiactivos de los reactores de Angra dos Reis para utilizarlos como combustible en los microrreactores, algo que ya se está haciendo a pequeña escala en Europa y Asia.
La posibilidad de reciclar el combustible nuclear y las ventajas que ofrece en términos de reducción del tiempo de decaimiento de la radiactividad cuando el material es reutilizado quedaron demostradas en un artículo publicado por investigadores asociados al proyecto en la revista Nuclear Engineering and Design en 2023.
Carina Johansen / Bloomberg via Getty ImagesPlataformas petroleras en el mar del Norte: podrían utilizarse reactores de pequeño porte para abastecer las instalaciones offshore de petróleo y gasCarina Johansen / Bloomberg via Getty Images
El físico Claudio Geraldo Schön, coordinador de la carrera de ingeniería nuclear de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), quien no forma parte del grupo de investigación responsable del desarrollo del microrreactor, considera que estos dispositivos son una tecnología segura. “Si ocurre algo diferente a su operación programada, no hay riesgo de que ello pueda escalar hasta convertirse en un accidente nuclear. El riesgo existente en los grandes reactores está relacionado con la posibilidad de fusión del núcleo radiactivo”, explica. En el caso de los microrreactores, explica Schön, estos trabajan con una temperatura menor y no hay manera de que el núcleo pueda alcanzar el punto de fusión. “Esto ocurre en los reactores tradicionales por falta de líquido refrigerante, pero el microrreactor no utiliza fluidos líquidos”. Según el investigador, el hecho de que sean de baja potencia y utilicen menos uranio también contribuye a la seguridad de estos equipos.
Un incentivo a la energía nuclear
Varias empresas y centros de investigación públicos y privados de otros países trabajan en el desarrollo de microrreactores nucleares, pero aún no hay ningún modelo en operación comercial. La compañía estadounidense Westinghouse y la británica Rolls-Royce tienen proyectos avanzados en este campo. Se espera que los primeros equipos, para uso exclusivo del Ejército de Estados Unidos, entren en funcionamiento este mismo año o, en su defecto, en 2026.
El costo inicial del microrreactor brasileño se estima en unos 10 millones de dólares, pero cuando se fabrique en serie, el precio bajaría. El equipo tendrá un costo de generación eléctrica de aproximadamente 990 reales por megavatio-hora (MWh), según informa Losada Moreira. Este valor lo haría ligeramente más económico que los generadores diésel, que se utilizan para suministrar energía a pequeñas comunidades del norte de Brasil a un costo superior a los 1.000 reales por MWh.
El gobierno brasileño ha demostrado estar interesado en contar con más energía nuclear en la matriz eléctrica del país. En mayo, durante su visita a Rusia, el presidente Luiz Inácio Lula da Silva reiteró la intención de su gobierno de asociarse con la empresa nuclear estatal rusa Rosatom para adquirir la tecnología de los pequeños reactores modulares conocidos como SMR (small modular reactors). Estos dispositivos pueden generar entre 20 y 300 MW y funcionan de manera similar a los reactores tradicionales. A efectos comparativos, el reactor nuclear Angra 1 tiene una potencia instalada de 640 MW y Angra 2, de 1.350 MW. Solo existen tres SMR en funcionamiento en el mundo, uno en China y dos en Rusia.
En Brasil, Petrobras tiene un convenio con el Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigación en Ingeniería de la Universidad Federal de Río de Janeiro (Coppe-UFRJ) para evaluar el uso de SMR embarcados con miras a abastecer a las plataformas petroleras en alta mar, en reemplazo de las turbinas de gas que actualmente se utilizan. El cambio de un sistema por el otro contribuirá a reducir las emisiones de GEI.
El físico Giovanni Laranjo Stefani, jefe del Departamento de Ingeniería Nuclear de la UFRJ e investigador de reactores nucleares, considera que el desarrollo en Brasil de las tecnologías necesarias para la construcción de microrreactores y SMR le permitirán al país, considerado neutral en las disputas tecnológicas mundiales, posicionarse como proveedor de estos equipos para el mercado internacional.
“También harán posible que Brasil cuente con una fuente de energía limpia en emisiones de carbono y confiable, que no dependa de las oscilaciones del clima”, dice Laranjo Stefani, quien no forma parte del grupo a cargo del proyecto del microrreactor brasileño. “Esta característica es muy importante para aquellas instalaciones en donde el suministro continuo de energía es imprescindible, como los hospitales y los centros de datos”.
Este artículo salió publicado con el título “Compacto y potente” en la edición impresa n° 353 de julio de 2025.
Artículos científicos
ORLANDI, H. I. et al. Fuel element microreactor integrating a square UO2 fuel rod with an internal heat pipe. Nuclear Engineering and Design. v. 423. jul. 2024.
ESTANISLAU, F. B. G. L. et al. Assessment of alternative nuclear fuel cycles for the Brazilian nuclear energy system. Nuclear Engineering and Design. v. 415. 15 dic. 2023.
