Casi el 20 por ciento de la electricidad actual en los Estados Unidos proviene de la energía nuclear. Estados Unidos tiene la flota nuclear más grande del mundo, con 92 reactores repartidos por todo el país. Muchas de estas centrales eléctricas han funcionado durante más de medio siglo y se acercan al final de su vida útil esperada.

Los formuladores de políticas están debatiendo si retirar los reactores envejecidos o reforzar sus estructuras para continuar produciendo energía nuclear, que muchos consideran una alternativa baja en carbono al carbón, el petróleo y el gas natural que contribuyen al calentamiento del clima.

Ahora, los investigadores del MIT dicen que hay otro factor a considerar al sopesar el futuro de la energía nuclear: la calidad del aire. Además de ser una fuente de baja emisión de carbono, la energía nuclear es relativamente limpia en términos de la contaminación del aire que genera. Sin la energía nuclear, ¿cómo cambiaría el patrón de contaminación del aire y quién sentiría sus efectos?

El equipo del MIT abordó estas preguntas en un nuevo estudio que aparece hoy en Nature Energy . Presentan un escenario en el que todas las centrales nucleares del país han cerrado y consideran cómo otras fuentes, como el carbón, el gas natural y la energía renovable, cubrirían las necesidades energéticas resultantes durante todo un año.

Su análisis revela que, de hecho, la contaminación del aire aumentaría, ya que las fuentes de carbón, gas y petróleo aumentarían para compensar la ausencia de energía nuclear. Esto en sí mismo puede no ser sorprendente, pero el equipo ha puesto números a la predicción, estimando que el aumento de la contaminación del aire tendría efectos graves para la salud, lo que resultaría en 5200 muertes adicionales relacionadas con la contaminación en un solo año.

Sin embargo, si se dispusiera de más fuentes de energía renovable para abastecer la red de energía, como se espera para el año 2030, la contaminación del aire se reduciría, aunque no del todo. El equipo descubrió que incluso en este escenario renovable más abundante, todavía hay un ligero aumento en la contaminación del aire en algunas partes del país, lo que resulta en un total de 260 muertes relacionadas con la contaminación durante un año.

Cuando observaron a las poblaciones directamente afectadas por el aumento de la contaminación, descubrieron que las comunidades negras o afroamericanas, una cantidad desproporcionada de las cuales vive cerca de plantas de combustibles fósiles, experimentaron la mayor exposición.

"Esto agrega una capa más a la ecuación de los impactos sociales y de salud ambiental cuando se piensa en paradas nucleares, donde la conversación a menudo se enfoca en los riesgos locales debido a accidentes y minería o impactos climáticos a largo plazo", dice la autora principal Lyssa Freese, estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.

“En el debate sobre mantener abiertas las plantas de energía nuclear, la calidad del aire no ha sido el foco de esa discusión”, agrega la autora del estudio Noelle Selin, profesora del Instituto de Datos, Sistemas y Sociedad (IDSS) y EAPS del MIT. “Lo que descubrimos fue que la contaminación del aire de las plantas de combustibles fósiles es tan dañina que cualquier cosa que la aumente, como un cierre nuclear, tendrá impactos sustanciales, y para algunas personas más que para otras”.

Los coautores del estudio afiliados al MIT también incluyen al científico investigador principal Sebastian Eastham y Guillaume Chossière SM ´17, PhD ´20, junto con Alan Jenn de la Universidad de California en Davis.

Eliminaciones futuras

Cuando las plantas de energía nuclear cerraron en el pasado, el uso de combustibles fósiles aumentó en respuesta. En 1985, el cierre de reactores en Tennessee Valley provocó un aumento en el uso del carbón, mientras que el cierre de una planta en California en 2012 provocó un aumento en el gas natural. En Alemania, donde la energía nuclear se ha eliminado casi por completo, la energía a carbón aumentó inicialmente para llenar el vacío.

Al observar estas tendencias, el equipo del MIT se preguntó cómo respondería la red de energía de EE. UU. si la energía nuclear se eliminara por completo.

“Queríamos pensar qué cambios futuros se esperaban en la red de energía”, dice Freese. “Sabíamos que el uso de carbón estaba disminuyendo, y ya había mucho trabajo para analizar el impacto que eso tendría en la calidad del aire. Pero nadie había mirado la calidad del aire y la energía nuclear, que también notamos que estaba en declive”.

En el nuevo estudio, el equipo utilizó un modelo de distribución de la red de energía desarrollado por Jenn para evaluar cómo respondería el sistema energético de EE. UU. a un cierre de la energía nuclear. El modelo simula la producción de todas las centrales eléctricas del país y se ejecuta continuamente para estimar, hora por hora, las demandas de energía en 64 regiones del país.

Al igual que la forma en que opera el mercado de energía real, el modelo elige aumentar o disminuir la producción de una planta en función del costo: las plantas que producen la energía más barata en un momento dado tienen prioridad para suministrar a la red sobre fuentes de energía más costosas.

El equipo alimentó los datos disponibles del modelo sobre las emisiones cambiantes y los costos de energía de cada planta durante todo un año. Luego ejecutaron el modelo en diferentes escenarios, que incluyen: una red de energía sin energía nuclear, una red de referencia similar a la actual que incluye energía nuclear y una red sin energía nuclear que también incorpora las fuentes renovables adicionales que se espera que se agreguen. para 2030.

Combinaron cada simulación con un modelo de química atmosférica para simular cómo las diversas emisiones de cada planta viajan por el país y superponer estas pistas en mapas de densidad de población. Para las poblaciones en el camino de la contaminación, calcularon el riesgo de muerte prematura en función de su grado de exposición.

Respuesta del sistema

Su análisis mostró un patrón claro: sin energía nuclear, la contaminación del aire empeoró en general, afectando principalmente a las regiones de la costa este, donde se concentran principalmente las plantas de energía nuclear. Sin esas plantas, el equipo observó un aumento en la producción de las plantas de carbón y gas, lo que resultó en 5200 muertes relacionadas con la contaminación en todo el país, en comparación con el escenario de referencia.

También calcularon que es probable que más personas mueran prematuramente debido a los impactos climáticos del aumento de las emisiones de dióxido de carbono, ya que la red compensa la ausencia de energía nuclear. Los efectos relacionados con el clima de esta entrada adicional de dióxido de carbono podrían provocar 160.000 muertes adicionales durante el próximo siglo.

“Debemos pensar en cómo estamos retirando las plantas de energía nuclear si estamos tratando de pensar en ellas como parte de un sistema energético”, dice Freese. “Cerrar algo que no tiene emisiones directas en sí mismo puede generar aumentos en las emisiones, porque el sistema de red responderá”.

“Esto podría significar que necesitamos implementar aún más energías renovables para llenar el vacío dejado por la nuclear, que es esencialmente una fuente de energía de cero emisiones”, agrega Selin. “De lo contrario, tendremos una reducción en la calidad del aire con la que no necesariamente contábamos”.

Este estudio fue apoyado, en parte, por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

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MIT

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