La fusión nuclear es un intento de replicar los procesos del Sol en la Tierra. Y no hay que confundirla con la fisión y los residuos radiactivos que esta deja. Se trata de una fuente de energía de gran rendimiento y muy limpia.
El problema es que hasta hace poco conseguirla parecía cosa de ciencia ficción. Ya no es así. La perspectiva de la fusión nuclear como una fuente viable de energía ha mejorado significativamente.
Tanto empresas privadas como gobiernos le han dicho a la BBC que pretenden que los modelos de demostración funcionen en cinco años. Pero quedan grandes obstáculos, dicen los críticos.
Dado que el costo de la energía eólica y solar continúa bajando, los especialistas dicen que esas energías renovables que ya funcionan podrían ofrecer un método más económico y oportuno para abordar el cambio climático y generar energía.
En cambio, una tecnología como la fusión nuclear aún no está probada.
Figura 1. Consultado sobre la idea «más prometedora para la humanidad», el profesor Stephen Hawking eligió la fusión nuclear.
¿Qué es la fusión?
La fusión es el proceso que impulsa nuestro Sol.
Cada segundo, millones de toneladas de átomos de hidrógeno chocan entre sí bajo tremendas temperaturas y presiones de nuestra estrella madre.
Esto los obliga a romper sus enlaces atómicos y fusionarse para formar el elemento más pesado, el helio. La fusión solar natural genera enormes cantidades de calor y luz.
Durante décadas, los investigadores han estado intentando replicar este proceso en la Tierra, o «construir el Sol en una caja» como lo denominó un físico.
La idea básica es tomar una especie de gas de hidrógeno, calentarlo a más de 100 millones de grados hasta que forme una nube delgada y frágil llamada plasma, y luego controlarlo con potentes imanes hasta que los átomos se fusionen y liberen energía.
Tiene el potencial de generar energía baja en emisiones, con cantidades mucho más pequeñas de desechos. También está libre de peligro de explosiones.
No tiene mucho que ver con la fisión, que ha demostrado ser enormemente costosa y genera grandes cantidades de desechos radiactivos, además de que plantea serias preocupaciones sobre la seguridad y la proliferación de armas.
¿Un paso gigante o un elefante blanco?
Para avanzar en el concepto de fusión, los países han enfocado sus esfuerzos en una alianza internacional llamada Iter.
El proyecto Iter involucra a 35 países en la construcción de un enorme reactor de prueba en el sur de Francia.
El plan es contar con el primer plasma generado en 2025. Sin embargo, pasar de este paso a producir energía es extremadamente difícil.
Iter también se ha visto afectado por largas demoras y un gasto excesivo, lo que significa que es poco probable que tenga una planta de fusión de prueba funcionando incluso para 2050.
El proyecto Iter está financiado por 35 países.
«Una de las razones por las que Iter está retrasado es porque es muy, muy difícil», dijo el profesor Ian Chapman, director ejecutivo de la Autoridad de Energía Atómica de Reino Unido.
«Lo que estamos haciendo es empujar las barreras de lo que se conoce en el mundo de la tecnología. Y, por supuesto, llegas a obstáculos y tienes que superarlos, lo que hacemos todo el tiempo. A Iter le sucederá, estoy completamente convencido de ello».
Hasta que Iter esté funcionando en 2025, el reactor Joint European Torus (Jet) de Reino Unido sigue siendo el experimento de fusión más grande del mundo.
Durante los próximos cuatro años, los investigadores en Oxfordshire diseñarán una planta de energía de fusión llamada Step.
¿Cómo hará Reino Unido para que funcione?
El enfoque más conocido para lograr la fusión implica una cámara de vacío en forma de rosquilla llamada Tokomak.
El gas de hidrógeno se calienta a 100 millones de grados Celsius, punto en que se convierte en plasma. Se utilizan potentes imanes para confinar y dirigir el plasma hasta que se produce la fusión.
En Reino Unido, los investigadores han desarrollado una forma diferente de Tokamak, que se asemeja más a un núcleo de una manzana que a una rosquilla.
Figura 2. El desarrollo de un Tokamak requiere una inversión que algunos consideran debería destinarse a energías renovables comprobadas.
Llamado Tokamak esférico, tiene la ventaja de ser más compacto, lo que permite que las futuras plantas de energía se ubiquen en pueblos y ciudades.
«Si nos fijamos en algunas de las unidades muy grandes, las grandes máquinas que estamos viendo, encontrar un lugar para colocarlas es difícil», dice Nanna Heiberg, de la Autoridad de Energía Atómica de Reino Unido.
«Lo que realmente quieres hacer es colocarlos cerca de donde se requiere la energía. Y si puedes hacerlo en una superficie mucho más pequeña, puedes acercarlos a los usuarios y puedes poner más de ellos en todo el país», añade.
¿Por qué tanta emoción?
Mientras los gobiernos sostienen a Iter, muchos también están avanzando con sus propios planes nacionales.
China, India, Rusia y Estados Unidos, entre otros, están trabajando en el desarrollo de reactores comerciales.
Figura 3. China está desarrollando su propia versión de Tokamak.
Además de que el gobierno británico está aportando dinero, el Banco Europeo de Inversiones también ha inyectado cientos de millones de euros en un programa italiano para producir energía de fusión para 2050.
Pero quizás la mayor emoción proviene de las empresas privadas. Suelen ser más pequeños, ágiles y se desarrollan cometiendo errores y aprendiendo de ellos rápidamente.
Aquí hay una breve muestra de algunos enfoques diferentes para la fusión.
First Light: esta empresa de la Universidad de Oxford fue fundada específicamente para abordar la urgente necesidad de descarbonizar el sistema energético global. Su idea consiste en disparar un proyectil a un objetivo que contiene átomos de hidrógeno. La onda de choque creada genera una onda de choque que aplasta el combustible y esta reacción producirá plasma brevemente.
Commonwealth Fusion Systems: una empresa privada del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) que se está centrando en desarrollar un sistema Tokamak, pero su innovación clave está en los imanes superconductores. Esperan construir imanes lo suficientemente potentes para poder construir Tokomaks más pequeños y baratos para contener los plasmas necesarios para generar la fusión.
Figura 4. El Sparc planea ser el primer experimento nuclear que produzca más energía que la que consume.
Tecnologías TAE: con el respaldo de Google y otros inversores de alta tecnología, esta compañía con sede en California está utilizando una mezcla diferente de combustible para desarrollar reactores más pequeños y baratos. Quieren usar hidrógeno y boro ya que ambos elementos están fácilmente disponibles y no son radiactivos. Su prototipo es un reactor de fusión de haz de colisión cilíndrico que calienta el gas hidrógeno para formar dos anillos de plasma. Estos se fusionan y se mantienen unidos con haces de partículas neutras para que sea más caliente y dure más.
La Marina de EE.UU.: preocupada por cómo impulsar sus barcos en el futuro, la Marina de EE.UU. ha presentado una patente para un «dispositivo de fusión por compresión de plasma». La patente dice que usaría campos magnéticos para crear «vibración acelerada y/o giro acelerado». La idea sería hacer reactores de potencia de fusión lo suficientemente pequeños como para ser portátiles. Hay mucho escepticismo de que este enfoque funcione.
General Fusion
Uno de los principales retadores con ambiciones de hacer que la fusión funcione es una empresa con sede en Columbia Británica, Canadá, llamada General Fusion.
Figura 5. General Fusion considera que su concepto para desarrollar la fusión funcionará en un plazo de 5 años.
Su enfoque, que ha atraído mucha atención y respaldo de personas como Jeff Bezos de Amazon, combina la física de vanguardia con la tecnología estándar.
Ellos llaman a su sistema «fusión de objetivo magnetizado».
Esta idea se enfoca en un plasma de gas caliente inyectado en una bola de metal líquido dentro de una esfera de acero. Luego es comprimido por pistones, como en un motor diésel.
«Todos los pistones disparan simultáneamente y colapsan la cavidad con el combustible adentro», dice Michael Delage, director de tecnología de la compañía.
«Entonces, en el pico de esa compresión, cuando el combustible explota en una reacción de fusión, está rodeado por todos lados de metal líquido, por lo que la energía entra en el metal y tomas este metal líquido caliente y hierves agua, haces vapor y haces electricidad».
Figura 6. El sistema de compresión para el reactor General Fusion funciona con pistones a gran escala.
El General Fusion dice que esperan tener un modelo de trabajo dentro de cinco años.
¿Por qué nunca ha funcionado antes?
A pesar de las esperanzas, nadie hasta la fecha ha logrado obtener más energía de un experimento de fusión de la que se emplea en ello.
La mayoría de los expertos confía en que la idea funcionará, pero muchos creen que es una cuestión de escala. Para que funcione, tienes que ir a lo grande.
«Creo que la fusión necesita recursos para que realmente funcione», dijo el profesor Ian Chapman de UKAEA. «Podría hacerlo dentro de una empresa o país, pero realmente necesita tener la escala y los recursos necesarios».
«Cuando Iter funcione, y no si lo hará, será un cambio radical para la fusión y verá una inversión masiva en el campo».
Noticia de: BBC
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