¿Es la fusión nuclear la energía del futuro?
Hace unos años, en la crisis económica del 2011, se debatió si no era solo una crisis económica, sino también moral, política, e incluso energética. Esta última era debida a la falta de una apuesta segura por una alternativa a la energía fósil.
Los avances tecnológicos recientes han provocado el auge de alternativas como las denominadas energías renovables, que engloban la energía solar (fotovoltaica y termosolar) y la eólica. Pero de momento no han tenido el respaldo suficiente para auparse a una posición de relevo como energía primaria.
La energía nuclear de fisión, en este ámbito indeciso, ha progresado desde los primeros reactores hasta los prometedores reactores avanzados de cuarta generación. Quizás por el recelo de la sociedad a nuevos accidentes graves, o la carga impositiva en ciertos países, solo tres naciones han apostado seriamente por este tipo de centrales energéticas para su futuro: Francia, Reino Unido y China.
En el marco de la energía de origen nuclear se incluye la energía de fusión. Está basada en procesos en los que núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado, lo que libera una cantidad enorme de energía.
Para que este proceso tenga lugar es necesario que el combustible nuclear se caliente a millones de grados, hasta que alcance el estado denominado de plasma, el cuarto estado de la materia. A estas temperaturas, los átomos están separados en iones (positivos), electrones y neutrones, todos ellos separados entre sí y libres.
Los dos diseños principales para reactores nucleares de fusión (Tokamaks y Stellerators) prometen todas las ventajas de la fisión nuclear, pero sin presentar problemas de residuos nucleares y accidentes severos, ya que dicho plasma se extingue por sí mismo en caso de accidente.
Una década de retraso
La tecnología para la fusión nuclear surgió alrededor de los años 50. En la actualidad, se dispone de pequeños reactores en centros de investigación, que han demostrado su fiabilidad. Desde 2006 la Unión Europea y otros seis países (China, Corea, Japón, India, Estados Unidos y Rusia) se unieron para realizar el mayor reactor Tokamak del mundo en suelo francés, con el fin de demostrar el potencial de este tipo de energía para su comercialización.
Este proyecto fue denominado ITER (“camino”, en latín). Además de un “camino”, también pretende ser la llave que abra el acceso a la energía de la fusión en un futuro. Se trata de un gran proyecto internacional de enorme magnitud, y el segundo más caro de la humanidad, por detrás del de la Estación Espacial Internacional.
Originalmente, el proyecto debería haber estado terminado para 2014. Debido a su complejidad tecnológica, el desafío a la ingeniería actual y la subdivisión de sistemas, el proyecto se ha retrasado. Ahora está dividido en cuatro fases en función del tipo de isótopos utilizados para el origen del plasma. La fecha propuesta para el primer plasma es el 24 de diciembre de 2024.
Problemas de escalabilidad
La complejidad de este proyecto puede ser explicada por varios factores. Por ejemplo, un factor determinante es el gran tamaño del equipo, y la dificultad de escalar los resultados de otros equipos que ya funcionan, pero con un tamaño mucho menor.
Otro de los desafíos técnicos es la cantidad de sistemas adicionales necesarios, sobre todo de diagnóstico, que hay que integrar dentro del Tokamak. ITER es un reactor de fusión de investigación, por lo que posee mayor cantidad de diagnósticos que los requeridos para uno comercial. La integración de tal cantidad de sistemas dentro de un espacio reducido, con sus propias restricciones para su funcionamiento y exclusiones entre ellos, es una tarea ardua que debe tener en cuenta tolerancias y distancias mínimas entre componentes.
El premio Nobel de Física Pierre Gilles de Gennes expuso en una ocasión sobre la fusión nuclear:
“Decimos que pondremos el sol en una caja. La idea es atractiva, pero el problema está en que no sabemos cómo ni de qué hacer la caja”.
Estos problemas han hecho dudar a algunos de los estados miembros del proyecto respecto a su continuidad, por miedo a que la tecnología de ITER quede obsoleta para la fecha de su funcionamiento. Se argumenta que para entonces podrían existir ya otros diseños más económicos y sencillos con los avances producidos en las dos próximas décadas. Estos estarían centrados en la evolución de materiales superconductores y crearían un mayor campo magnético, un mejor confinamiento del plasma y una reducción de tamaño del Tokamak.
La comunidad científica ha planteado el camino para afrontar la energía de fusión en distintas etapas. Los pulsos de plasma, para tritio con deuterio, están planeados para los años entre 2035 y 2040.
El siguiente paso será la construcción de una nueva máquina llamada DEMO, que estaría en funcionamiento en la década de 2060 y produciría miles de megavatios para demostrar su capacidad a nivel industrial. Por ello, la mayoría de los estados miembros tienen a pequeños grupos de investigación trabajando en el diseño de su DEMO.
El logro olvidado del ITER
Además de los objetivos inherentes al proyecto ITER, hay un logro al que no se le da la debida importancia: el de los avances en el campo de la ingeniería y de la fabricación de componentes. Estos componentes deben sobrevivir y funcionar en un entorno tan complejo como un plasma que alcanza la misma temperatura que el sol.
Estos avances en materiales, fabricación, cálculo de tolerancias y análisis de construcción, como también los que se están produciendo en robótica para realizar el mantenimiento en ITER, son logros de gran magnitud. Tanto, que incluso si llegase a fracasar el proyecto sería necesaria su continuidad para avanzar en estos campos.
El ITER, por tanto, no es solo un proyecto de construcción de una máquina nuclear, sino un proyecto común de los países más importantes del planeta que se han puesto de acuerdo con un objetivo energético común. En sí, esta colaboración pacífica ya es un gran éxito: la comunidad científica se ha unido para regalar a la humanidad un avance sin precedentes.
Jorge Rafael González Teodoro, Doctorando en el departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Extremadura, Universidad de Extremadura y Miguel Jurado Vargas, Catedrático de Universidad en Física Atómica, Molecular y Nuclear, Universidad de Extremadura
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.