El sueño de la energía de fusión nuclear limpia e ilimitada, ¿al alcance de la mano?

El Sol ha alimentado la vida en la tierra durante millones de años, produciendo luz y calor a través de la fusión nuclear. Con esta capacidad y longevidad tan asombrosas, parece que no puede haber un método mejor para generar energía que el de imitar los procesos nucleares que ocurren en nuestras estrellas y en las de otros sistemas planetarios. La finalidad de los reactores de fusión nuclear es replicar este proceso fusionando átomos de hidrógeno para poder crear helio y producir energía en forma de calor. Sostener este...

El Sol ha alimentado la vida en la tierra durante millones de años, produciendo luz y calor a través de la fusión nuclear. Con esta capacidad y longevidad tan asombrosas, parece que no puede haber un método mejor para generar energía que el de imitar los procesos nucleares que ocurren en nuestras estrellas y en las de otros sistemas planetarios. La finalidad de los reactores de fusión nuclear es replicar este proceso fusionando átomos de hidrógeno para poder crear helio y producir energía en forma de calor. Sostener este proceso en el tiempo y a la escala requerida significaría que es posible producir una fuente de energía segura, limpia y casi inagotable.

La búsqueda comenzó hace décadas. Ahora, sin embargo, ¿podría empezar a quedarse anticuado el comentario jocoso de que “a la fusión nuclear siempre le faltan 30 años para convertirse en realidad”? Algunos expertos confían en que sí, motivadas por el transcendental avance científico logrado en un experimento de fusión nuclear a finales de 2021. El logro se produjo en la instalación de investigación Joint European Torus (JET) situada en Oxfordshire, Reino Unido, en una máquina de dimensiones gigantescas y con forma de donut llamada tokamak.

En su interior se generan gases sobrecalentados denominados plasmas, en los que tienen lugar reacciones de fusión que contienen partículas cargadas, las cuales se mantienen en su lugar mediante potentes campos magnéticos. Estos plasmas pueden alcanzar temperaturas de 150 millones de grados Celsius, lo que resulta inconmensurable teniendo en cuenta que la temperatura a la que se encuentra el centro del Sol es 10 veces inferior.

La energía que se generó duró solo cinco segundos, pero el objetivo es conseguir una reacción sostenida

Con una reacción sostenida durante cinco segundos, el personal investigador del consorcio EUROfusion liberó, batiendo récords, 59 megajulios (MJ) de energía de fusión. La cifra, que es casi tres veces superior al récord anterior de 21,7 MJ alcanzado en la misma instalación en 1997, es considerada “la prueba más clara en los últimos 25 años de la capacidad de la fusión nuclear para producir energía segura, sostenible y de bajas emisiones”. Aquí puede encontrar más información sobre el exitoso experimento de fusión nuclear en el JET.

Los resultados han supuesto un fuerte impulso de cara a la siguiente fase del desarrollo de la fusión nuclear. Una versión más avanzada y de mayores dimensiones que el JET, conocida como ITER (que en latín significa “el camino”), está en fase de construcción en una superficie de 180 hectáreas en Saint-Paul-lès-Durance, en el sur de Francia.

La finalidad del ITER, en cuya construcción colaboran 35 países, incluidos los de la UE, es seguir desarrollando y concretando el concepto de fusión. La previsión era que esta máquina, una de las más complejas que se han construido nunca, generase su primer plasma en 2025 y fuese plenamente operativa en 2035, pero el personal investigador del proyecto espera ciertos retrasos debido a la pandemia.

Un avance trascendental

Los resultados del JET representan un hito, según el profesor Tonny Donné, director del programa del proyecto EUROfusion, un consorcio que reúne a 4.800 especialistas, estudiantes e instalaciones de toda Europa. “Es un avance sustancial, el mayor desde hace mucho tiempo”, indicó. ”Se han confirmado todos los modelos y eso ha elevado mucho nuestra confianza en que el ITER funcione y logre su cometido”. Dado que la energía que se generó en el JET duró solo unos segundos, el objetivo es prolongar dicha duración y conseguir una reacción que produzca energía de forma sostenida.

Los resultados han sido la culminación de años de preparación y, tal y como explicó el profesor Donné, uno de los desarrollos clave desde 1997 ha sido el cambio de la pared interior de la cámara del JET.

Antes la pared era de carbono, pero resultó ser demasiado reactivo a la mezcla de deuterio y tritio, dos isótopos o formas del hidrógeno más pesados y utilizados en la reacción de fusión. Como resultado, se formaron hidrocarburos que aislaron el combustible de tritio en la pared. En el reacondicionamiento, en el que se adaptaron 16.000 componentes y se usaron más de 4.000 toneladas de metal, el carbono se sustituyó por berilio y tungsteno para reducir la retención de tritio. Con ello, el equipo consiguió reducir significativamente la cantidad de combustible retenido, lo que contribuyó al éxito del reciente experimento de fusión.

Una central de demostración

Como preparación para la siguiente fase del épico viaje de la fusión, los cambios realizados en el JET garantizaron que su configuración responde a los planes previstos para el ITER. En un horizonte más lejano, el paso siguiente al ITER será una central de demostración, a la que se conoce como DEMO, que tras enviar electricidad a la red eléctrica, hará de las centrales de fusión una realidad comercial e industrial.

"El ITER puede crear 10 veces más energía de fusión que la energía que se requiere para calentar el plasma", señaló el profesor Donné. "Pero al ser una instalación experimental, no derivará electricidad a la red. Para eso necesitamos un equipo distinto, al que llamamos DEMO. Este nos acercará de verdad al punto de partida de la primera generación de centrales de energía de fusión".

El profesor Donné continúa: “El JET ha demostrado que la fusión es factible. El ITER ha de demostrar que es viable y el DEMO deberá probar que todo el sistema funciona de verdad”.

Según él, es realista esperar que el DEMO, con el que se pretende derivar 500 megavatios (MW) a la red eléctrica, se ponga en marcha alrededor de 2050. "Esperamos aplicar lo que hemos aprendido y construir el DEMO con más rapidez que el ITER", expresó.

Sin embargo, existen otros retos clave que superar antes de que la fusión nuclear pueda producirse de forma ordinaria. Uno de ellos es que, mientras el deuterio abunda en el agua marina, el tritio es extremadamente escaso y difícil de producir.

Por ello, el personal investigador tiene previsto desarrollar una forma de generarlo en el tokamak, a través de “módulos fértiles” que contengan litio. La idea subyacente es que los neutrones hiperenergéticos de las reacciones de fusión interactúen con el litio para crear tritio.

Una energía esencial

El profesor Donné afirma que en el futuro la fusión nuclear podría ser una fuente crucial de energía verde y sostenible. “Diría que es esencial”, declaró. “No estoy convencido de que antes de 2050 podamos abandonar el dióxido de carbono usando únicamente energías renovables, así que necesitamos alternativas”.

Y aunque cuenta que el método actual de crear energía nuclear por fisión es cada vez más seguro, la fusión presenta ventajas muy importantes. Quienes participan en el programa del ITER hablan de beneficios tales como la ausencia del riesgo de fusiones de núcleo y añaden que la fusión nuclear no produce residuos radioactivos persistentes y que los materiales de los reactores pueden reciclarse o reutilizarse durante un periodo de 100 a 300 años.

"Sin lugar a dudas, es mucho más segura", manifestó Donné. En referencia al estigma que pesa sobre la energía nuclear, Donné afirmó que "lo que constatamos cuando interactuamos con el público es que es muy frecuente que no hayan oído hablar de la fusión nuclear; no obstante, cuando les explicamos las ventajas y desventajas, creo que la gente se muestra mucho más favorable".

Tras preguntarle por Lev Artsimovich, a quien se ha apodado “el padre del tokamak”, Donné cuenta: “Artsimovich siempre ha dicho que la fusión estaría ahí cuando la sociedad la necesitase de verdad. Si logramos ponerla en marcha y operativizarla, tendremos una fuente de energía limpia y muy segura que nos proveerá de energía durante miles de años”.

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada con fondos de la UE. Artículo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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