Las estrellas producen energía al fusionar átomos de hidrógeno. ¿Podría replicarse ese proceso en la Tierra? La ciencia empezó a investigarlo hace casi 80 años y hoy sigue siendo el objetivo del ITER para lograr una energía ilimitada y limpia.
En Saint-Paul-lès-Durance están construyendo una estrella. A pocos kilómetros de la ciudad francesa de Marsella, 35 países trabajan de forma coordinada para cumplir uno de los grandes sueños de la física: controlar la energía de fusión nuclear. Hacer realidad una máquina capaz de sacar partido a las mismas reacciones que tienen lugar dentro del Sol y así generar energía limpia e ilimitada para todos. Pero, ¿es realmente posible? ¿Y llegará a tiempo para salvar al planeta del colapso climático?
El ITER, acrónimo en inglés de Reactor Termonuclear Experimental Internacional, aspira a ser el último gran paso hacia la energía de fusión. Si el proyecto que se esta construyendo en Francia funciona, se podrá hablar de plazos, de cuándo podremos sacar partido a la energía ilimitada (al menos, en escala humana) de las estrellas. Pero en el camino del ITER, en el que colaboran China, Rusia, Estados Unidos, India, Japón, Corea del Sur, Reino Unido, Suiza y los 27 de la Unión Europea, quedan todavía mucha ciencia por hacer y muchas respuestas por responder.
El largo recorrido hacia la fusión nuclear
En 1926, el astrofísico británico Arthur Eddington publicó Internal Constitution of the Stars. Allí se describía por primera vez cómo producían energía las estrellas: lo hacían fusionando átomos de hidrógeno para formar helio. Fue entonces cuando la gran pregunta empezó a tomar forma: ¿podíamos replicar en la Tierra el mismo proceso para producir electricidad? El primer intento llegó en la década de 1950, de la mano de los científicos soviéticos Andrei Sakharov e Igor Tamm.
A partir de aquel diseño, un dispositivo llamado tokamak que confinaba la reacción mediante un campo magnético, se crearon el Joint European Torus (JET), construido en Reino Unido a partir de 1978, y el ITER, un proyecto que empezó a tomar forma ya en 1985. El primero debía responder preguntas para hacer posible el segundo. Y ahí seguimos, aunque por el camino han surgido muchos otros experimentos.
A principios de este año, un experimento en el JET en el que participaron Elena de la Luna y Emilia Rodríguez Solano, investigadoras del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), junto a científicos de otros centros europeos, batió el récord de producción de energía de fusión utilizando el combustible que utilizará el ITER. Con una mezcla de tritio y deuterio (dos tipos, o isótopos, de hidrógeno) produjo 59 megajulios de energía de fusión durante cinco segundos.
Puede no parecer mucho. Pero desde el JET se ha calificado como la prueba más clara en 25 años del potencial de la energía de fusión para proporcionar una energía segura y sin apenas emisiones de dióxido de carbono. «Hasta ahora se habían hecho solo dos experimentos con tritio y deuterio. Fueron en 1997, en Estados Unidos y en el JET, y ahora se han vuelto a repetir», explica Jerónimo García, investigador español del CEA, la comisión francesa para las energías alternativas y atómica, y uno de los líderes de los experimentos en el JET. «Se ha puesto a prueba la que que creemos que podría ser la forma en que generaremos energía en el futuro».
¿Cómo funciona la fusión nuclear?
Como indica el propio término, la fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos átomos de un elemento se fusionan para crear un elemento nuevo. En reactores como el que tendrá el ITER se intentan fusionar los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio para formar helio. En el proceso, se libera energía. Para que tenga lugar esta reacción de fusión, es necesario alcanzar cotas de energía previas muy altas que consigan hacer que ambos átomos se atraigan. Así, es necesario calentar la materia a temperaturas muy elevadas (nada menos que unos 150 millones de grados Celsius) hasta que se transforme en plasma y mantenerlo confinado y controlado mediante campos magnéticos durante el tiempo suficiente como para que se produzca la reacción.
Hasta ahora, se ha demostrado que hacer esa reacción es posible. Pero la energía necesaria para producirla siempre ha sido mayor que la obtenida como resultado. Es decir, se gasta más calentando y confinando el hidrógeno de lo que se obtiene en el proceso de fusión. «El JET es una máquina pequeña, aunque es el reactor de fusión en uso más grande que existe. El tipo de confinamiento magnético necesario para lograr generar más energía solo puede alcanzarse en una máquina más grande. Esto se logrará en el ITER», señala Jerónimo García.
El ITER, que de cumplirse los plazos generará su primer plasma en 2025, debería producir 400 megavatios de energía de fusión, unas 10 veces más energía de la aplicada para desencadenar la fusión. El objetivo del ITER es probar si se puede generar más potencia de la que se necesita para hacer la fusión y hacerlo de forma estable en el tiempo (no durante cinco segundos, como se ha hecho en la mayoría de experimentos hasta ahora). «Una vez que se haya conseguido, podremos empezar a hablar de un reactor de fusión que genere electricidad», añade el investigador.
Detrás de estos experimentos hay años de cálculos y predicciones teóricas. En el último test en el JET, los modelos predijeron que se iba a generar la potencia de fusión que finalmente se consiguió (unos 15 megavatios). En el caso del ITER, se estima que se lograrán 400. «No tengo ninguna duda de que en ITER se producirá mucha potencia. Pero no sabemos durante cuánto tiempo. En el JET hacemos pulsos de cinco segundos, suficientes para el experimento, pero no para medirlo todo», explica García. «Los pulsos largos son necesarios para ver cómo resisten los materiales y para, a más largo plazo, generar potencia eléctrica. En todo esto hay más dudas».
Una solución (¿mágica?) a los problemas energéticos
Liberar la energía de las estrellas. Una fuente inagotable de potencia eléctrica limpia y sin emisiones. Una solución casi mágica a todos nuestros problemas energéticos. La fusión nuclear está a menudo acompañada de frases grandilocuentes y grandes promesas. Pero los investigadores son mucho más de tener los pies en el suelo. No es que el futuro de la fusión no sea prometedor, pero los cerca de 80 años de ciencia que han transcurrido desde la construcción del primer reactor tokamak obligan a ser realistas.
«¿Cuándo será comercialmente viable? Esa pregunta siempre está sobre la mesa y no me gusta responderla. Siempre hay algún gurú que pone una fecha, pero es imposible saber el resultado de los experimentos antes de hacerlos», señala Jerónimo García. «Estamos probando a generar energía de fusión, pero no sabemos si funcionará. Una vez que tengamos el ITER en marcha podremos dar fechas, pero no antes. Hacerlo sería ser muy poco honesto, desde mi punto de vista».
De acuerdo con el cronograma del ITER, las operaciones de fusión de tritio y deuterio empezarán, como pronto, en 2035. Si todo funciona, será el momento de construir los primeros reactores capaces de convertir parte de esa energía de fusión en electricidad. Son los llamados DEMOS y la Agencia Internacional de la Energía Atómica estima que el primero estará operativo a principios de la segunda mitad de siglo. Para entonces ya deberíamos haber descarbonizado por completo la economía si queremos mantener los efectos del cambio climático dentro de unos límites manejables. Si queremos que la temperatura a finales de siglo no suba por encima de los 1,5 °C respecto a niveles preindustriales.
«Observando las escalas de tiempo que son necesarias para luchar contra el cambio climático creo que hay que buscar soluciones a corto plazo para generar energía limpia y mejorar la eficiencia de los sistemas», concluye Jerónimo García. “Pero también podemos avanzar en paralelo hacia soluciones más arriesgadas que puedan llegar más adelante. Eso sí, si esperamos que la fusión esté disponible en 10 años, no va a suceder».
La fusión nuclear no será la solución mágica que nos salve del colapso climático. Para eso el margen de acción es mucho más corto, tal como señala el último informe del IPCC. Las decisiones que se tomen en los próximos años marcarán nuestro futuro. Allí quizá esté esperándonos una nueva fuente de energía que no genera emisiones de CO2 y sin apenas residuos radiactivos (los poco que genera tienen una vida media de 10 años, mientras que la del plutonio de las plantas nucleares convencionales es de miles de años). Pero para eso queda todavía mucho camino por recorrer.
Fuente: https://www.climatica.lamarea.com/laberinto-climatico-reactor-fusion/