El sol artificial de China en Hefei (合肥) copó los periódicos durante los primeros meses de 2022, como también lo hará la exitosa ignición lograda a finales de ese mismo año en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California (Estados Unidos) ¿En qué consiste la energía nuclear de fusión? ¿Por qué se resiste casi setenta años después de su concepción? Y lo más importante, ¿Qué se ha logrado estos años que da esperanzas de un mundo más sostenible y descarbonizado? Así ha avanzado su ingeniería de fusión nuclear.
Fusión nuclear, limpia fusión nuclear
El término nuclear está repleto de connotaciones negativas debido a ciertos accidentes de la tecnología de fusión nuclear con el accidente de Chernóbil a la cabeza. Sin embargo, la rama de estudio de estas propiedades subatómicas de la naturaleza ha dado con tecnología como la medicina nuclear que salva vidas a diario, irradiación de comida para eliminar patógenos o tecnología nuclear de fusión, que promete ser una de las fuentes de energía sostenible del futuro.
A diferencia de la fisión nuclear, que divide átomos pesados y genera residuos radiactivos de larga duración; la fusión nuclear une átomos ligeros para dar lugar a reacciones opuestas a la fisión. Las reacciones que de hecho se dan en el Sol. La fusión nuclear no produce residuos nucleares de larga duración, ni puede sufrir reacciones destructivas en cadena, fugas radioactivas o deflagaciones. Y tampoco tiene potencial militar como grandes explosiones.
Como lo único que necesita la fusión nuclear son átomos ligeros como el hidrógeno (que está por todas partes) y energía de aporte, es considerada una tecnología con gran potencial de sostenibilidad y descarbonización. Si se lograse una producción estable y su comercialización, como persigue el proyecto internacional ITER, podría reducir de forma drástica la dependencia de combustibles fósiles. Pero pese a los avances en ingeniería, esta tecnología se sigue resistiendo y sigue a varias décadas de distancia.
Interior del reactor nuclear de fusión ITER,
Grandes avances de la ingeniería de los últimos años
Durante los últimos años se han visto increíbles avances en materia de ingeniería gracias a las cuales reactores nucleares de fusión de varios tipos han logrado hitos sin precedentes hasta la fecha. Algunos de los más relevantes son:
El tokamak HL-2M de Chengdu (China) logró operar a 150 millones de grados durante 10 segundos en 2021. Ese mismo año, en mayo, el Tokamak Superconductor Experimental Avanzado (EAST) en Hefei logró 120 millones de grados Celsius durante 101 segundos, y en diciembre estabilizaron 70 millones de grados Celsius durante 17 minutos en las mismas instalaciones.
A finales de ese mismo año, un equipo del MIT logró otro hito en intensidad de campo magnético en su reactor SPARC. El campo magnético es clave tanto en contención de tokamak como en reactores más pequeños. Este equipo alcanzó los 20 teslas de campo magnético durante cinco horas. Por comparar, la Tierra tiene un campo de 0,00007 T.
A diferencia de reactores experimentales como ITER, el SPARC está diseñado para uso comercial. Tal y como señala David Kirtley, CEO de Helion Energy, en Why Nuclear Fusion is Closer Than You Think, este diseño de reactor es más interesante para la función comercial porque ‘captura’ la energía eléctrica directamente sin pasar por turbinas o sistemas que hacen perder eficiencia. Además, para acelerar el proceso trabajan en paralelo con varias generaciones de reactores. Lo que aprenden con las pruebas del 5 y 6 lo aplican para diseñar el 7, comprimiendo el calendario de la innovación.
Una de las ventajas del SPARC es que tampoco requiere ‘ignición’, un término que se ha popularizado en 2022. Ya en 2021 una prueba de laboratorio logró la ignición en el Instalación Nacional de Ignición (NIF), logrando 1,9 MJ de energía saliente por fusión. En diciembre de 2022, por primera vez en la historia, este laboratorio logró 3,15 MJ de salida aportando 2,05 MJ de entrada en menos de una milmillonésima de segundo. Aunque sigue sin ser viable su comercialización o uso frecuente, nunca antes se había logrado.
Un problema de financiación a gran escala
Cuando hacia mediados del siglo XX se hicieron los primeros cálculos y experimentos sobre fusión nuclear, se estableció un calendario de entre 20 a 30 años para lograr la meta de la fusión estable. Pero cada década que pasaba se iba empujando esa agenda hacia el futuro. ¿Por qué siempre quedan varias décadas para alcanzar la fusión?
Es una cuestión de recursos, económicos y energéticos. La gráfica inferior, dibujada por la física y bióloga alemana Rachel Margraf, muestra la contribución de los Estados Unidos —país pionero en fusión nuclear durante el siglo pasado— desde los inicios de esta carrera de fondo. La curva ascendente coincide con la crisis del petróleo de 1973 y 1974. La descendente, con el aumento del combustible barato.
Dado que hay una relación entre necesidad energética y precio del combustible, la actual crisis energética se espera que sea una impulsora de la fusión nuclear, así como de otras tecnologías limpias como las renovables. La Guerra de Ucrania ha acelerado la Energiewende o transición a energías verdes de Alemania.
El resto de Europa ha hecho lo propio, y el proyecto REPowerEU que perseguía que el 55 % de la energía fuese renovable para 2030, ha aumentado la cifra al 69 %. El aumento del precio del combustible puede dar el impulso final que necesita la energía nuclear de fusión, y con ello la humanidad ganará un importante pilar hacia la sostenibilidad.
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