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23 marzo 2017

¿Qué fue de… la fusión nuclear?

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El 23 de marzo de 1989, una noticia esperanzadora se propagaba rápidamente hasta el último rincón del planeta: dos investigadores habían obtenido una “fuente de energía limpia y virtualmente inagotable” a través de un “experimento sorprendentemente simple”, según un comunicado de prensa distribuido entonces para divulgar el presunto descubrimiento.

Sólo unos 28 litros de agua de mar, el recurso que empleaba aquella técnica, eran suficientes para producir la misma energía que diez toneladas de carbón, afirmaban sus descubridores, Martin Fleischmann, de la Universidad de Southampton (Reino Unido), y Stanley Pons, de la Universidad de Utah (EE. UU.). El dispositivo creado por ambos era tan simple que parecía más propio de un laboratorio de colegio que del hallazgo más revolucionario en la historia de la energía.

Instalaciones del ITER, un gran reactor de fusión, en Francia. Crédito: ITER Organization/EJF Riche

Pero naturalmente, no fue el hallazgo más revolucionario en la historia de la energía. La llamada fusión fría fue uno de los mayores fiascos de la historia de la ciencia. Otros investigadores fueron incapaces de replicar los resultados de Fleischmann y Pons, y muchos se apresuraron a aclarar que no había fundamento teórico creíble que sustentara aquella proclama.

Desde el punto de vista de los humanos, la fusión nuclear puede considerarse la fuente natural de energía más importante del universo, ya que sin ella no estaríamos aquí. El Sol fusiona protones, o núcleos de hidrógeno, para producir helio, liberando luz y calor y desprendiendo neutrones. Lleva haciéndolo casi 4.600 millones de años, y le queda combustible para al menos otro tanto. Desde el siglo XX, cuando se comprendió cómo funcionan las estrellas, el ser humano ha aspirado a reproducir el proceso de fusión de forma artificial. “Durante muchos años hemos conocido el inmenso potencial de la fusión”, señala a OpenMind Ian Chapman, primer directivo de la Autoridad de Energía Atómica de Reino Unido (UKAEA).

Construir pequeños soles en la Tierra

En el Sol tiene lugar un proceso de fusión a millones de grados. Crédito: Micolo J/Flicker

El proceso que tiene lugar en el Sol se produce a millones de grados. A esas temperaturas se forma un plasma que desaloja a los electrones de sus átomos y permite el acercamiento entre sí de los núcleos para consumar la fusión, ya sea empleando hidrógeno normal o sus isótopos deuterio (con dos neutrones) o tritio (con tres neutrones). Fleischmann y Pons alegaban que un proceso de electrolisis empleando paladio concentraba el deuterio en el metal hasta el grado necesario para provocar la fusión. Pero por desgracia, no es tan sencillo; para lograr un reactor de fusión los investigadores tienen que construir pequeños soles en la Tierra.

El más popular de los sistemas desarrollados hasta ahora es el tokamak, un reactor con forma de rosquilla que mantiene el plasma confinado en su interior por una corriente electromagnética interna. Esta es la opción elegida para el ITER, un gran reactor de fusión de 30 metros de diámetro que se construye en Cadarache (Francia) y que surge de un acuerdo firmado en 1985 por los entonces líderes de EE. UU., Ronald Reagan, y la URSS, Mijaíl Gorbachov. El ITER, en construcción desde 2007, está financiado por siete socios: la Unión Europea (más Suiza), EEUU, Rusia, China, India, Japón y Corea del Sur.

La complejidad del ITER ha retrasado sus previsiones de comienzo de inyección de plasma desde 2016 hasta 2025, y ha elevado su coste hasta unos estimados 13.000 millones de euros. Pero una vez finalizado y en marcha, aún quedarán muchos retos por superar. Primero, que la energía producida por la fusión sea mayor que la invertida en ella; es decir, que produzca energía neta. Según explica a OpenMind el físico y periodista de ciencia de la revista Science Daniel Clery, autor del libro A Piece of the Sun: The Quest for Fusion Energy (Overlook, 2013), en los años 90 casi se logró llegar a este punto de equilibrio en el Joint European Torus (JET), el tokamak más grande del mundo, situado en Culham (Reino Unido) y gestionado por la UKAEA.

“La fusión es posible, pero no práctica”

“Tengo pocas dudas de que el ITER, cuando se termine, logrará esa meta, y que pueda incluso demostrar una ganancia de energía significativa”, dice Clery. Pero incluso entonces, aún quedarán otros desafíos antes de que el reactor pueda proveer energía a la red: “Los investigadores deberán encontrar cómo mantener el plasma estable y ardiendo durante largos períodos, cómo impedir que los neutrones de alta energía degraden la estructura del reactor, cómo producir tritio para usar como combustible, y otros innumerables problemas”, añade Clery. “Puede que la energía de fusión sea posible pero no práctica; nunca lo sabremos hasta que probemos, y a menos que los gobiernos y la industria energética inviertan más, pasarán décadas hasta que lo averigüemos”, concluye.

Interior del reactor con forma de rosquilla Joint European Torus (JET). Crédito: EFDA-JET

Chapman pone fechas y cifras: a comienzos de la década de los 30 el ITER producirá 500 megavatios consumiendo entre 50 y 100. El responsable de la UKAEA apunta que el ITER solucionará muchos de los problemas aún pendientes, con el apoyo de investigadores de otras instalaciones ya en funcionamiento, como el JET de Culham. “La hoja de ruta de la UE para la fusión anticipa energía de fusión de demostración en la red sobre 2050, y después plantas de energía comerciales”, resume.

Una promesa a largo plazo

Pero mientras el ITER prosigue su camino, los científicos trabajan en otras soluciones alternativas al tokamak. Entre las que funcionan también por confinamiento magnético destaca el stellarator, con una forma que recuerda a una cinta de Moebius, y donde el plasma se controla mediante bobinas externas. “Es más estable que el tokamak y permite un funcionamiento más prolongado”, expone a OpenMind Boudewijn van Milligen, investigador del Laboratorio Nacional de Fusión del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) de España, que alberga el stellarator TJ-II.

Para Van Milligen, también creador y administrador de la web FusionWiki, el stellarator y otros sistemas actualmente en desarrollo son alternativas muy importantes, aunque “es un poco difícil decir cuál va a ser el primero en conseguir la meta, la producción de electricidad para la red”. El físico destaca que todos los sistemas tienen problemas, “pero son problemas de ingeniería, no de principio”. Incluso con todos los obstáculos a superar, Van Milligen se muestra convencido de que la fusión no es una posibilidad, sino una promesa, aunque a largo plazo. “Puede llevar todavía muchos años, pero estamos en condiciones de afirmar que producirá energía neta”, dice. Y según Chapman: “Estamos en el tramo final de ese viaje”.

Por Javier Yanes

@yanes68

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