Fusión, cada vez más cerca de replicar la energía del sol
La unión de núcleos atómicos podría ofrecer al ser humano una fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada, aunque todavía existen desafíos técnicos y económicos que retrasan el objetivo.
¿Qué hacen las estrellas para permanecer brillantes tanto tiempo? Desde los tiempos de la antigua Grecia, en los que ya se miraba al cielo, la humanidad sueña con hallar una fuente de energía inagotable. Aunque sea una idea utópica, pues la primera ley de la termodinámica sostiene que producir energía infinita es imposible, la investigación científica ha perseguido este sueño, sin éxito, durante miles de años. Sin embargo, hoy estamos cerca de conseguir energía no solo (casi) infinita, sino también limpia, gracias a la fusión nuclear, una tecnología que imita el proceso que mantiene vivas a las estrellas.
«La fusión nuclear es un proceso en el que se consigue unir dos núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Esta reacción sabemos que se da de manera natural en estrellas como el Sol, pero lograr las condiciones para que esto ocurra en la Tierra no es sencillo». Así lo explica el doctor Erik Fernández, director general de la Asociación Española de la Industria de la Ciencia (INEUSTAR), una asociación que nació con la vocación de impulsar la innovación y el avance de la ciencia en todo el mundo.
La fusión contrasta con la conocida fisión, que es el proceso que utilizan las plantas de energía de fisión nuclear para generar electricidad. La fisión consiste en dividir átomos de elementos como el uranio y el plutonio —ambos pesados— para liberar energía. Aunque este proceso es eficiente y no produce emisiones directas de gases de efecto invernadero, tiene como inconveniente la generación de residuos que permanecen radioactivos durante miles de años.
En cambio, en la fusión nuclear —a diferencia de la fisión— se unen átomos ligeros, como el deuterio y el tritio (isótopos de hidrógeno). Otra de las grandes ventajas de este proceso es que, además de no emitir gases de efecto invernadero, los residuos pierden su radioactividad en menos tiempo. Por estas razones, esta solución ha sido considerada durante décadas como el santo grial de la energía.
El desafío de contener la energía de una estrella
Imaginemos dos imanes que quieren juntarse. Si se acercan con el mismo polo, se repelen. Con los núcleos de los átomos ocurre algo similar. Por tanto, si el objetivo es fusionarlos, se necesitan condiciones extremas que superen esa repulsión. El Dr. Fernández apunta que, por un lado, los átomos se deben calentar a temperaturas extremadamente altas, superiores a los 100 millones de grados Celsius, para que las partículas pasen a un estado de la materia llamado «plasma». Por otro, es necesario aplicar muchísima presión para acercar los núcleos lo suficiente como para que se unan.
Dr. Erik Fernández (INEUSTAR): «En caso de lograrlo, supondría una absoluta revolución en el campo de la energía, logrando una fuente de energía limpia, segura y casi ilimitada»
En este punto, los campos magnéticos generados por imanes superconductores juegan un papel imprescindible: permiten contener el plasma en las condiciones y tiempo necesarios para que los núcleos de los átomos lleguen a fusionarse. Esto es esencial porque, sin este confinamiento magnético, las partículas se dispersarían. «Este proceso, extremadamente complejo, es lo que los científicos y tecnólogos están intentando replicar de manera eficiente y controlada. En caso de lograrlo, supondría una absoluta revolución en el campo de la energía, logrando una fuente de energía limpia, segura y casi ilimitada», destaca el Dr. Fernández. Dicho lo cual, «complejo» no necesariamente significa «imposible», pues en varias ocasiones se han logrado fusiones nucleares exitosas. Ahora bien, el desafío reside en que en la mayoría de estos casos se ha consumido más energía en producir la reacción de la que se ha obtenido como resultado.
En diciembre de 2022 se logró un avance histórico cuando el Laboratorio Nacional de Ignición (NIF) en Estados Unidos consiguió, por primera vez, una ganancia neta de energía a través de la fusión nuclear —es decir, generó más energía con la fusión que la empleada en el proceso—. Este experimento, replicado con éxito en varias ocasiones desde entonces, ha demostrado que la fusión nuclear es viable. Sin embargo, el reto ahora radica en implementar este logro experimental a gran escala.
Robert Arnoux (ITER): «La fusión nuclear es probablemente el desafío más complejo que la humanidad ha enfrentado, tanto desde el punto de vista físico como tecnológico e industrial»
Hacia una energía de fusión a escala industrial José
José Miguel Carmona, doctor en física por la Universidad Complutense de Madrid y responsable del área de fusión en AVS (Added Value Solutions), añade que «durante las últimas décadas se ha avanzado muchísimo en fusión nuclear, en parte gracias a la construcción y operación de diferentes máquinas experimentales que nos aportaron el conocimiento necesario para encontrar formas más eficientes de producir la energía». AVS es una empresa española líder a nivel mundial en el diseño y desarrollo de equipos espaciales complejos para grandes instalaciones científicas y espaciales. Su complejidad radica en que deben mantenerse funcionando en el espacio, sin desintegrarse, pese a las hostiles condiciones que los rodean; condiciones muy similares a las que se dan dentro de un reactor de fusión nuclear: temperaturas extremas, altos campos magnéticos y grandes cantidades de radiación. Y es precisamente su know-how a la hora de crear la tecnología sofisticada e innovadora necesaria para llegar al espacio lo que la ha impulsado a entrar en el campo de la fusión nuclear; un sector que, además de contar con escasas iniciativas, requiere una gran inversión de capital.
Dr. José Miguel Carmona (AVS): "Durante las últimas décadas se ha avanzado muchísimo en fusión nuclear, en parte gracias a la construcción y operación de diferentes máquinas experimentales"
«La fusión nuclear es probablemente el desafío más complejo que la humanidad ha enfrentado, tanto desde el punto de vista físico como tecnológico e industrial. Para que la fusión sea una fuente de energía viable, es necesario lograr una ganancia neta de energía considerablemente superior a la que se requiere para crear las condiciones de fusión», incide Robert Arnoux, del ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un proyecto internacional que supone el experimento de fusión más grande del mundo: desde 1985, ha reunido a 35 países —incluidos China, Corea del Sur, Estados Unidos, India, Japón, Rusia o los Estados miembros de la UE— con una inversión superior a los22.000 millones de dólares (según un documento del Parlamento Europeo, la factura final podría superar todavía miles de millones más). A diferencia del NIF, el ITER nació «como el paso experimental clave entre las máquinas de investigación de fusión de hoy y las centrales eléctricas de fusión del mañana». Su objetivo es conseguir producir 500 MW de energía de fusión con un gasto de 50 MW en el proceso.
El Dr. Fernández confía en que «se puede ser optimista y afirmar que la fusión será una realidad. Solo es cuestión de tiempo solventar los retos tecnológicos de construir una instalación que permita extraer energía del proceso de fusión de una manera eficiente». Él considera que pueden pasar varias décadas para poder tener en nuestras casas energía eléctrica procedente de la fusión pero que, con la reciente entrada de capital privado, puede que se acorte el tiempo de espera.
Un adelanto que también puede llegar gracias al desarrollo tecnológico. Concretamente, por los superordenadores y la inteligencia artificial. Arnoux afirma que estos pueden llegar a ser muy importantes para el ITER, pues permiten predecir y evitar problemas que podrían interrumpir el proceso de fusión: «Utilizando modelos desarrollados por IA podemos predecir la evolución del plasma de fusión más rápido que en tiempo real y prever problemas potenciales —como inestabilidades debido a presiones/densidades de corriente excesivas en el plasma—, ajustando enseguida los parámetros para mantener las condiciones estables», apunta.
El Dr. Carmona también destaca que, gracias al avance en la construcción del ITER, se ha iniciado un cambio de paradigma: «Vivimos un momento realmente fascinante, donde los proyectos principales siguen su construcción, los programas satélite aportan valiosísima información y las startup aprovechan el estado del arte —en algunos casos, subidos a hombros de gigantes— tratando de demostrar que su tecnología tiene posibilidades de sobrepasar al resto». Y añade: «La fusión es el aire que necesitamos en este escenario, el agua que apaga la sed en días de calor. Y el impacto económico sería solo un aspecto».
