¿Será la fusión nuclear la energía del futuro?

Con todo el revuelo que está habiendo estos días alrededor de las fuentes de energía (verdes o no) de la que Europa es claramente deficitaria, no ha salido a la palestra la gran esperanza de la energía: La fusión nuclear. Esta fuente de energía, cuyo combustible es inagotable, pues proviene del agua de mar, cuya operación es segura y limpia, centraba las esperanzas de la humanidad hace unos años, pero ahora no está en el debate, ni se le espera. Si ha habido, sin embargo, algunos tímidos intentos de asomar la oreja en notas de prensa, como una noticia de enero en “El Mundo” [1] y otra más reciente en la “BBC”[2] que se refleja también en ABC [3]. Ambas llaman la atención sobre un adelanto en la tecnología de fusión en sus dos principales vertientes: La de confinamiento inercial (mediante potentísimos haces LASER) y la de confinamiento magnético (mediante los intensos campos magnéticos de imanes superconductores), aunque está muy lejos de ser operativas ninguna de ellas.

Pero quizá deberíamos tratar primero, brevemente, en qué consiste la fusión nuclear. En esencia es una reacción nuclear en que se funden dos núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en uno más pesado (helio) desprendiendo mucha energía. Esto es lo que mantiene “encendido” el sol y todas las estrellas. En otro aspecto, más cercano, es como la energía de una bomba de hidrógeno (o termonuclear) pero controlada. Los reactores nucleares actuales, sin embargo, equivalen a una bomba de fisión (mal llamada atómica, pues también es nuclear) en que la energía se produce cuando un núcleo pesado (uranio) se divide en dos más ligeros, expulsando neutrones que mantienen la reacción en cadena. Si la reacción es muy rápida tenemos una bomba de fisión (atómica), si es muy lenta y controlada, un reactor nuclear. Si es lenta, pero no tanto, pues se descontrola, tenemos un accidente nuclear. En este caso el reactor se funde, aunque no explote, y acaba echando a la atmósfera y al subsuelo toneladas de material radiactivo. Aunque el reactor funcione a la perfección durante toda su vida útil (hasta 60 años aproximadamente) al final deja unos residuos del combustible altamente radioactivos que hay que almacenar y vigilar durante unos 10.000 años. No es de extrañar que el público en general no vea esto con muy buenos ojos, aunque al menos estos reactores no añaden gases invernadero a la atmósfera y, por tanto, no contribuyen al cambio climático.

La energía de fusión se ha descrito como todo lo contrario, limpia, no contaminante e inagotable. ¿A qué esperamos entonces?  Pues lo que pasa es que la cosa no es tan fácil. Así como en la fisión bastan unos pocos neutrones para dividir los núcleos de ciertos isótopos del uranio o plutonio, para fusionar núcleos de hidrógeno hay que acercarlos mucho antes de que reaccionen y se unan en un núcleo de helio. El problema es que los núcleos de hidrógeno (y de cualquier otro elemento) están cargados eléctricamente y se repelen fuertemente. Para ello hay que calentar el hidrógeno a millones de grados y aprovechar la energía térmica que adquieren los núcleos para que choquen entre sí y se fusionen. Las bombas de hidrógeno utilizan una bomba de fisión como detonador, pero esto no es viable para un reactor que funcione de manera continua, claro.  

Hay dos formas de calentar el hidrógeno que se están utilizando para producir la fusión controladamente. La “inercial” se consigue con el disparo simultáneo de muchos láseres de gran potencia sobre una capsulita de hidrógeno de unas millonésimas de gramo que “implosiona” (explota, pero hacia dentro) y consigue la fusión durante unas millonésimas de segundo. Luego se vuelve a empezar. La noticia de “El Mundo”, citada más arriba, destaca que los científicos de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en USA, consiguieron recientemente 50 millones de grados en el centro de 192 láseres, y generaron más de 100 kilojulios de energía (ABC le atribuye 1,3 MegaJulios). Pero esta producción de energía es muy modesta.Por ejemplo, mucho menor que los 400 MegaJulios necesarios para hacer funcionar los láseres. Sin embargo, la investigación en esta línea no se conoce con precisión pues la tecnología LASER es secreto militar y el NIF está financiado por el Departamento de Defensa norteamericano, que no devela sus avances, así como así.  

La otra forma de confinar el hidrógeno super-caliente (en forma de plasma), para que reaccione, es mediante intensos campos magnéticos. Este procedimiento lleva muchos años en prueba y se han conseguido grandes adelantos. Muy resumidamente, después de innumerables pruebas en USA, Rusia, Japón, UK, etc., el primer proyecto a nivel europeo de fusión por confinamiento magnético fue el Joint European Torus (JET). Comenzó a diseñarse en 1973, fue aprobado definitivamente en 1977 y empezó a funcionar en Culham, cerca de Oxford, en 1983. El reactor tiene forma de rosquilla (un “toro” en términos matemáticos), de ahí su nombre. El JET utiliza electroimanes de gran potencia para confinar el hidrógeno. Éste se calienta con microondas (como en un microondas doméstico, pero con mucha más potencia) y alcanza altísimas temperaturas, pero pronto se vio que no iba a ser suficiente. Por ello se diseñó un reactor más grande, con imanes superconductores, que ya no era ni siquiera asequible para la Unión Europea y que ha congregado a prácticamente todo el mundo como socios. Es el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER). El diseño conceptual comenzó en 1988 y se aprobó finalmente en 2006 con Europa, USA, Japón, China, Corea del sur e India como socios y un presupuesto de unos 5.000 Millones de Euros. La construcción debía comenzar en 2008 en Cadarache (Francia) y estar terminado en 10 años.

Según la noticia de ABC, el JET terminó el año 2021 con un récord: fue capaz de generar 59 Megajulios de energía durante cinco segundos. Esto equivale a una potencia de unos 12 Megavatios (MW) durante esos 5 segundos. Lo que es aún muy poco.

Maqueta del ITER

El ITER pretende conseguir una ganancia de potencia mucho más elevada y durante más tiempo. Con 50 MW de potencia inyectada para calentar el plasma, producirá 500 MW de potencia de fusión durante períodos de unos 10 minutos. Esta multiplicación de la potencia se expresa mediante el parámetro Q, que es la relación entre la potencia producida por fusión y la utilizada para calentar el plasma. Así el ITER tendría un Q=10. Para “encender” el plasma y que funcione de manera continua haría falta más potencia de calentamiento, pero el rendimiento sería aún mayor (Q≥30)

El problema es que el ITER aun no funciona, y va a tardar. A pesar de que debería estar listo antes de 2020, el plazo se prorrogó al menos 6 años en 2015. A día de hoy solamente está construido en un 75% y ha multiplicado su presupuesto inicial de 5.000 Millones de Euros hasta los 20.000 Millones. Ahora se espere que comience a funcionar, con el combustible final, en 2035.

En conclusión, la energía de fusión puede ser la energía del futuro, si, pero de un futuro lejano. No tengo ninguna esperanza de que nosotros la veamos, si finalmente llega a implantarse.


[1] https://www.elmundo.es/ciencia-y-salud/medio-ambiente/2022/01/26/61f1576c21efa013798b45e0.html

[2] https://www.bbc.com/mundo/noticias-60326048

[3] https://www.abc.es/ciencia/abci-como-funciona-europeo-batido-record-energia-fusion-202202100212_noticia.html

 

Publicado por Manu Barandiaran

Profesor emérito de la Universidad de País Vasco

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