El presente trabajo analiza la viabilidad técnica y conceptual del uso de reactores nucleares de sales fundidas (Molten Salt Reactors, MSR) utilizando torio como combustible nuclear para la propulsión naval. Se describen los principios físicos del MSR, el ciclo del combustible de torio, su integración en sistemas de propulsión eléctrica naval, así como sus ventajas, desafíos tecnológicos y estado actual de desarrollo.
1. Introducción
El transporte marítimo enfrenta crecientes exigencias en eficiencia energética, reducción de emisiones y autonomía operativa. La propulsión nuclear, utilizada desde mediados del siglo XX en submarinos y portaaviones, se perfila nuevamente como una alternativa estratégica, especialmente con el desarrollo de reactores avanzados. Entre ellos, el reactor nuclear de sales fundidas (MSR) destaca por su alta seguridad inherente y eficiencia térmica. El uso de torio como combustible añade ventajas en disponibilidad, sostenibilidad y gestión de residuos.
2. Reactor Nuclear de Sales Fundidas (MSR)
El transporte marítimo enfrenta crecientes exigencias en eficiencia energética, reducción de emisiones y autonomía operativa. La propulsión nuclear, utilizada desde mediados del siglo XX en submarinos y portaaviones, se perfila nuevamente como una alternativa estratégica, especialmente con el desarrollo de reactores avanzados. Entre ellos, el reactor nuclear de sales fundidas (MSR) destaca por su alta seguridad inherente y eficiencia térmica. El uso de torio como combustible añade ventajas en disponibilidad, sostenibilidad y gestión de residuos.
2. Reactor Nuclear de Sales Fundidas (MSR)
2.1 Definición y características generales
Un MSR es un reactor nuclear en el cual el combustible se encuentra disuelto en una mezcla de sales fundidas que actúan simultáneamente como combustible y refrigerante. A diferencia de los reactores de agua presurizada (PWR), el MSR opera a baja presión y altas temperaturas (600–800 °C).
2.2 Sales fundidas empleadas
Las sales más utilizadas son fluoruros, debido a su estabilidad química y térmica:
Un MSR es un reactor nuclear en el cual el combustible se encuentra disuelto en una mezcla de sales fundidas que actúan simultáneamente como combustible y refrigerante. A diferencia de los reactores de agua presurizada (PWR), el MSR opera a baja presión y altas temperaturas (600–800 °C).
2.2 Sales fundidas empleadas
Las sales más utilizadas son fluoruros, debido a su estabilidad química y térmica:
- Fluoruro de litio (LiF)
- Fluoruro de berilio (BeF₂)
- Fluoruros de torio (ThF₄) y uranio (UF₄)
- Una mezcla típica es FLiBe (LiF–BeF₂), a la cual se añade el combustible.
3. Ciclo del Combustible de Torio
3.1 Propiedades del torio
El torio-232 es un elemento fértil, aproximadamente tres veces más abundante que el uranio en la corteza terrestre. No puede sostener una reacción en cadena por sí mismo, pero puede convertirse en un material físible.
3.2 Conversión a uranio-233
En el MSR, el ciclo del torio se basa en la siguiente secuencia:
Th-232 + n → Th-233 → Pa-233 → U-233
El uranio-233 resultante es un excelente combustible nuclear, capaz de sostener la fisión con alta eficiencia.
3.3 Ventajas del ciclo de torio
4. Principio de Funcionamiento del MSR con Torio
El combustible líquido circula por el núcleo del reactor, donde ocurre la fisión del U-233. El calor generado se transfiere a un circuito secundario de sales fundidas, evitando la contaminación radiactiva directa del sistema de potencia. Posteriormente, el calor se convierte en trabajo útil mediante ciclos termodinámicos.
El torio-232 es un elemento fértil, aproximadamente tres veces más abundante que el uranio en la corteza terrestre. No puede sostener una reacción en cadena por sí mismo, pero puede convertirse en un material físible.
3.2 Conversión a uranio-233
En el MSR, el ciclo del torio se basa en la siguiente secuencia:
Th-232 + n → Th-233 → Pa-233 → U-233
El uranio-233 resultante es un excelente combustible nuclear, capaz de sostener la fisión con alta eficiencia.
3.3 Ventajas del ciclo de torio
- Menor producción de actínidos menores.
- Residuos radiactivos de menor vida media.
- Mayor resistencia a la proliferación nuclear.
4. Principio de Funcionamiento del MSR con Torio
El combustible líquido circula por el núcleo del reactor, donde ocurre la fisión del U-233. El calor generado se transfiere a un circuito secundario de sales fundidas, evitando la contaminación radiactiva directa del sistema de potencia. Posteriormente, el calor se convierte en trabajo útil mediante ciclos termodinámicos.
5. Integración en la Propulsión Naval
5.1 Arquitectura del sistema de propulsión
En aplicaciones navales modernas, el MSR se integra en un sistema de propulsión eléctrica:
MSR → Intercambiador de calor → Turbina → Generador eléctrico → Motores eléctricos → Hélice
Este esquema se conoce como Propulsión Eléctrica Integrada (IEP). Proporcionando las ventajas de: Mayor flexibilidad en la disposición de equipos. Reducción de vibraciones y ruido (importante en submarinos). Y mejor eficiencia en distintos regímenes de operación.
En aplicaciones navales modernas, el MSR se integra en un sistema de propulsión eléctrica:
MSR → Intercambiador de calor → Turbina → Generador eléctrico → Motores eléctricos → Hélice
Este esquema se conoce como Propulsión Eléctrica Integrada (IEP). Proporcionando las ventajas de: Mayor flexibilidad en la disposición de equipos. Reducción de vibraciones y ruido (importante en submarinos). Y mejor eficiencia en distintos regímenes de operación.
5.2 Ciclos operativos para propulsión naval
Para un MSR con torio, la mejor opción
a medio-largo plazo es un ciclo de gas cerrado (Brayton), pero las
turbinas de vapor (Rankine) pueden ser preferibles en una primera
generación por madurez tecnológica.
Las
condiciones térmicas de un MSR con torio proporcionan una temperatura
de salida del núcleo de entre 650 a 750 °C. Con una presión del circuito
primario cercana a atmosférica y alta estabilidad térmica. Esto es
clave, ya qu esas temperaturas están muy por encima de lo óptimo para
vapor, y perfectas para ciclos de turbina de gas.
Opción 1: Turbinas de vapor (Ciclo Rankine)
Opción 1: Turbinas de vapor (Ciclo Rankine)
Esquema: MSR → Intercambiador → Generador de vapor → Turbina de vapor → Condensador → Bombas
Ventajas:
Opción 2: Turbinas de gas en ciclo cerrado (Ciclo Brayton)
Ventajas:
- Tecnología muy madura (naval y nuclear)
- Fácil certificación y aceptación regulatoria
- Experiencia previa en buques nucleares (PWR)
- Buen comportamiento en grandes potencias
- Baja eficiencia con MSR (30–35 %)
- Equipos voluminosos (calderas, condensadores)
- Necesidad de grandes caudales de agua de mar
- Desaprovecha el potencial de alta temperatura del MSR
Opción 2: Turbinas de gas en ciclo cerrado (Ciclo Brayton)
Esquema: MSR → Intercambiador → Turbina de gas (He / CO₂ / N₂) → Compresor → Recuperador → MSR
Ventajas:
Desde un punto de vista termodinámico y de diseño naval avanzado, la conversión de energía térmica de un MSR con torio se beneficia claramente de turbinas de gas en ciclo cerrado (Brayton), especialmente con helio o CO₂ supercrítico. No obstante, las turbinas de vapor representan una solución transitoria viable debido a su madurez tecnológica y aceptación regulatoria.
Ventajas:
- Alta eficiencia térmica (40–50 %).
- Excelente adaptación a altas temperaturas.
- Equipos más compactos.
- Menor consumo de agua de mar.
- Ideal para propulsión eléctrica integrada.
- Menor firma acústica (importante en buques militares).
- Tecnología menos madura en naval
- Mayor complejidad de control
- Sellado y fugas de gas (especialmente helio)
- Materiales exigentes en turbinas
Desde un punto de vista termodinámico y de diseño naval avanzado, la conversión de energía térmica de un MSR con torio se beneficia claramente de turbinas de gas en ciclo cerrado (Brayton), especialmente con helio o CO₂ supercrítico. No obstante, las turbinas de vapor representan una solución transitoria viable debido a su madurez tecnológica y aceptación regulatoria.
6. Seguridad Nuclear en Buques con MSR
6.1 Seguridad inherente
Los MSR presentan características de seguridad pasiva:
Los MSR presentan características de seguridad pasiva:
- Ausencia de altas presiones.
- Coeficiente de temperatura negativo.
- Drenaje automático del combustible en caso de emergencia.
El reactor MSR tiene un “fusible térmico” pasivo: si se calienta demasiado o pierde energía, el propio calor hace que el combustible salga del núcleo y se apague solo, sin intervención humana ni sistemas activos.
En un MSR el combustible es líquido (sal fundida con torio y U-233). En la parte inferior del reactor hay un conducto de drenaje que está bloqueado intencionadamente por un pequeño volumen de sal solidificada → el tapón congelado. Esa sal está sólida porque se mantiene refrigerada artificialmente (normalmente con un pequeño ventilador o intercambiador). Mientras el reactor funcione normalmente, el tapón no se funde.
En un MSR el combustible es líquido (sal fundida con torio y U-233). En la parte inferior del reactor hay un conducto de drenaje que está bloqueado intencionadamente por un pequeño volumen de sal solidificada → el tapón congelado. Esa sal está sólida porque se mantiene refrigerada artificialmente (normalmente con un pequeño ventilador o intercambiador). Mientras el reactor funcione normalmente, el tapón no se funde.
En caso de Sobrecalentamiento del reactor la temperatura del combustible sube más de lo normal. El calor alcanza el tapón congelado. El tapón se funde (es solo sal, no una válvula mecánica).
En caso de Pérdida de potencia eléctrica se apaga el sistema que enfría el tapón. Al dejar de refrigerarse, el tapón se funde por sí solo.
En caso de Pérdida de potencia eléctrica se apaga el sistema que enfría el tapón. Al dejar de refrigerarse, el tapón se funde por sí solo.
El combustible líquido drena por gravedad y va a parar a tanques de seguridad situados debajo del reactor. Estos tanques están diseñados para que el combustible se distribuya en capas delgadas y la geometría sea subcrítica. Esto da como resultado que la reacción nuclear se detiene automáticamente. No hace falta control humano ni barras de control.
7. Comparación con Reactores Navales Convencionales
Comparado con el reactor nuclear convencional del tipo PWR, el reactor MSR con torio proporciona la ventaja de que es un sistema mucho más seguro, ya que adopta un sistema de seguridad pasiva, además los residuos nucleares son mucho más reducidos. También la eficiencia térmica es mejor, siendo superiores al 40 % en caso de adoptar el ciclo brayton con turbinas de gas de ciclo cerrado.
8. Desafíos Tecnológicos y Operativos
- Corrosión de materiales estructurales
- Desarrollo de aleaciones resistentes a sales fundidas
- Falta de normativa marítima específica
- Aceptación pública y política
9. Estado Actual y Perspectivas Futuras
Actualmente no existen buques operativos con MSR, pero diversos programas de investigación (principalmente en China, Estados Unidos y Europa) exploran su viabilidad en aplicaciones terrestres como paso previo a su uso marítimo. La transición hacia aplicaciones navales, tanto mercantes como militares, requerirá un desarrollo progresivo que incluya demostradores tecnológicos, marcos regulatorios específicos y aceptación internacional.
10. Requisitos para la Implementación en Buques Mercantes y de Guerra
Actualmente no existen buques operativos con MSR, pero diversos programas de investigación (principalmente en China, Estados Unidos y Europa) exploran su viabilidad en aplicaciones terrestres como paso previo a su uso marítimo. La transición hacia aplicaciones navales, tanto mercantes como militares, requerirá un desarrollo progresivo que incluya demostradores tecnológicos, marcos regulatorios específicos y aceptación internacional.
10. Requisitos para la Implementación en Buques Mercantes y de Guerra
10.1 Desarrollo tecnológico e industrial
Para llevar los MSR con torio a buques reales sería necesario:
Para llevar los MSR con torio a buques reales sería necesario:
- Construcción de reactores demostradores terrestres que validen operación continua, corrosión de materiales y mantenimiento.
- Desarrollo de aleaciones avanzadas resistentes a sales fundidas y radiación.
- Miniaturización y modularización del reactor para su integración naval (similar al concepto SMR).
- Sistemas de contención naval reforzados frente a colisiones, varadas o impactos militares.
- Adaptación de los convenios de la IMO (SOLAS, MARPOL) para buques nucleares avanzados.
- Protocolos específicos de seguridad portuaria y gestión de emergencias.
- Acuerdos internacionales para permitir el acceso de buques mercantes nucleares a puertos.
10.3 Aplicaciones diferenciadas
- Buques de guerra: mayor viabilidad inicial debido a marcos regulatorios nacionales, necesidades estratégicas y experiencia previa en propulsión nuclear.
- Buques mercantes: implementación más lenta, inicialmente en grandes portacontenedores, petroleros o rompehielos, donde la autonomía y la reducción de emisiones compensen el coste inicial.
11. Riesgos Medioambientales Asociados
11.1 Riesgos potenciales
En términos relativos, los MSR presentan riesgos potencialmente inferiores a los reactores PWR navales y, en muchos escenarios, comparables o inferiores a los riesgos asociados al transporte marítimo de hidrocarburos.
- Liberación de material radiactivo en caso de accidente grave.
- Contaminación marina por sales fundidas radiactivas.
- Gestión del combustible nuclear al final de la vida útil del buque.
- Impacto ambiental y social en puertos y zonas costeras.
En términos relativos, los MSR presentan riesgos potencialmente inferiores a los reactores PWR navales y, en muchos escenarios, comparables o inferiores a los riesgos asociados al transporte marítimo de hidrocarburos.
12. Estrategias de Mitigación y Soluciones
12.1 Diseño y seguridad
12.2 Protección medioambiental
12.3 Fin de vida y gestión de residuos
13. Conclusiones
- Contención múltiple del circuito primario.
- Tanques de drenaje pasivo para el combustible.
- Sistemas de enfriamiento por convección natural.
12.2 Protección medioambiental
- Encapsulado del reactor en compartimentos estancos.
- Procedimientos de recuperación del combustible en caso de hundimiento.
- Monitorización radiológica continua del entorno marino.
12.3 Fin de vida y gestión de residuos
- Retirada completa del módulo reactor en astilleros especializados.
- Reprocesado del combustible de torio.
- Almacenamiento seguro de residuos de baja y media actividad.
13. Conclusiones
El reactor nuclear de sales fundidas con torio representa una
alternativa altamente prometedora para la propulsión naval futura. Sus
ventajas en seguridad, eficiencia y sostenibilidad lo convierten en un
candidato ideal para satisfacer las demandas energéticas del transporte
marítimo del siglo XXI. No obstante, su implementación requiere superar
importantes retos tecnológicos y regulatorios.
El despliegue de reactores nucleares de sales fundidas con torio en buques mercantes y militares es técnicamente viable a medio y largo plazo, pero requiere una estrategia integral que combine desarrollo tecnológico, regulación internacional y gestión responsable de los riesgos medioambientales. Si estos desafíos se abordan adecuadamente, esta tecnología podría transformar el transporte marítimo, reduciendo drásticamente las emisiones y aumentando la autonomía operativa.
AUTORES: Carlos Rodríguez Vidal (Doctor en Energía y Propulsión Marina).
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