¿Es la fusión nuclear la energía del futuro?

Desde la década de 1980 se lleva diciendo que la fusión nuclear es la energía del futuro, pero ese futuro nunca llega y cada vez está más lejos. Los retos a los que se enfrenta son cada vez mayores, y muchos de ellos no se sabe cómo solucionarlos.

 

La fusión termonuclear controlada es un objetivo largamente añorado por la comunidad de físicos nucleares. Por desgracia, construir un reactor donde se produzca es miles de veces más complicado que el de fisión. La prueba la tenemos que el primer reactor de fisión, el Chicago Pile-1, fue construido durante el proyecto Manhattan y en poco más de una década, el 27 de junio de 1954, la Planta Nuclear Obninsk en la Unión Soviética se conectó a la red eléctrica proporcionando alrededor de 5 megawatios de potencia. El caso de la fusión es todo lo contrario: el primer experimento controlado de fusión se realizó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos (EE UU) en 1958 y después de más de medio siglo de investigación, con centenares de miles de millones de euros invertidos, seguimos sin ver la luz al final del túnel.

Uno de los grandes problemas que todavía no se ha podido solventar es mantener estable el plasma durante el tiempo suficiente para que se produzca la fusión. En el JET (Joint European Torus) el gran reactor por confinamiento magnético que se encuentra en el Centro de Energía de Fusión Culham en Inglaterra, el tiempo de vida máximo que han alcanzado es de 30 segundos. Además, este reactor posee el récord del mundo en producción de energía por fusión nuclear: en 1997 produjo 16 megawatios. Por desgracia generar energía no basta; lo que tiene que suceder es que se produzca más de la que se consume.

Gastar menos y producir más

Éste es el otro gran reto de la fusión nuclear: que el llamado factor de ganancia, Q, que representa el cociente entre la energía producida por el reactor y la energía necesaria para mantener el plasma en estado estacionario sea, cuando menos, igual a 1. O lo que es lo mismo, que como mínimo extraigamos del reactor la cantidad de energía necesaria para que funcione; es lo que se llama el break-even. En el caso del JET esos 16 MW se obtuvieron a costa de una inyección de energía de 24 MW, lo que significa un valor de Q de 0,7, muy alejado del Q = 5 que es el que se necesita para que se produzca una reacción automantenida (ya que los núcleos de helio producidos se llevan la quinta parte de la energía de fusión) y aún más lejos del Q = 10 que exige una planta comercial de fusión.

En la actualidad la mayoría de los físicos que se dedican a este mil-billonario campo de investigación piensan que esto solo se conseguirá con otro tipo de confinamiento magnético, llamado tokamak: un tubo con forma de donut envuelto por bobinas superconductoras que crean un potente campo magnético con el objetivo de mantener el plasma flotando en el interior. De todos los posibles diseños, la gran esperanza está puesta en el tokamak que se está construyendo en la ciudad francesa de Cadarache. Es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un consorcio de las seis naciones más poderosas del mundo y Europa.

Hablar de fusión nuclear es mencionar a la que posiblemente es la comunidad de científicos más poderosa del mundo: las cifras que manejan siempre tienen más de 8 ceros. Por ejemplo, el coste del estadounidense National Ignition Facility (NIF) alcanzó los 5 300 millones de dólares, el reactor alemán Wendelstein 7-X, 1 000 millones de euros y el ITER no sería raro que superara los 30 000 millones.

El problema de semejantes proyectos faraónicos y muchimillonarios es que cualquier estimación inicial de lo que costará al erario público -pues es la ciudadanía la que pone cada euro gastado- siempre se queda corta. El Wendelstein 7-X estuvo presupuestado en 350 millones y ha costado el triple; el proyecto ITER, que en 2006 se proyectó con un desembolso de 5 000 millones de euros, 6 años más tarde el sobrecoste ya subía a más del 67% inicial.

Un futuro cada vez más lejano

El mal que persigue a la fusión nuclear es la infraestimación de costes y la sobreestimación de plazos. Ejemplo palmario es el monstruoso ITER, que no ha visto más que retrasos. Las expectativas iniciales auguraban su entrada en operación en 2016; ahora se especula con 2027 y ni siquiera se está seguro de eso. En 2010 el consorcio del ITER anunciaba en su página web que en 2040 ya estaría conectada la primera planta de fusión nuclear a la red eléctrica. En la actualidad, si para entonces ha generado su primer plasma ya será un éxito. Todo esto hace que se eleven voces críticas contra este agujero negro económico de la investigación, que se traga decenas de miles de millones de euros que muy bien podrían dedicarse a explorar o mejorar la eficiencia de otras fuentes de energía, como las renovables, que sí sabemos que funcionan. La intranquilidad es evidente: en la actualidad los responsables del ITER temen que “el proyecto pueda verse como un enorme fallo”.

Supongamos que ITER, en una fecha no determinada, consigue su objetivo, alcanzar el break-even, su Q = 1. ¿Tendríamos ya la fusión en el bolsillo? Por desgracia, no. Aunque funcione como se cree que lo hará, la producción de energía deberá esperar a la construcción y puesta en funcionamiento de DEMO, la primera planta de fusión nuclear experimental, prevista -es un decir- para 2033. Con ella se buscará demostrar que la fusión es un negocio rentable, esto es, que se alcanza un Q = 10.

Los problemas de la fusión nuclear comercial

Los problemas a los que se enfrenta el diseño de DEMO son inmensos y nadie sabe cómo atacarlos. Uno de los más escabrosos es un tema del que no sabemos prácticamente nada: cómo convertir la energía liberada en electricidad. Los diseños -todos sobre el papel- pasan por construir un 'envoltorio' al núcleo del reactor que recoja los neutrones que se producen y convierta su energía cinética en calor: se le llama “la manta”. Por resumir, esta 'manta' debe ser capaz de absorber gran cantidad de calor sin sobrecalentarse, y absorber los neutrones provenientes de la fusión para usarlos para convertir el litio en tritio, necesario para mantener la reacción, con una eficiencia perfecta, del 100 %. Y todo esto todavía debe investigarse y ver si es tecnológicamente posible. No es extraño que Mohamed Abdou, director del Centro de Tecnología y Ciencia de la Fusión de la Universidad de California en Los Ángeles, crea que “nos costará entre 30 y 75 años entender las cosas suficientemente bien para poder empezar a construir una planta operativa”. Lo que nos lleva directamente al año 2100. Pero como buen físico nuclear, da su particular salto de fe: “Creo que se puede hacer, pero exigirá mucho trabajo”.

Si hay algo que no se puede negar a la comunidad de físicos de la fusión nuclear es su fe inquebrantable de que un día cercano lo conseguirán. De hecho su mantra preferido es algo que llevan diciendo desde 1980: “en 20 años estará funcionando”. Por desgracia ante esa fe a prueba de plasma se encuentra lo que nos revela la historia: la fusión avanza muy lentamente, y a cada paso hay que cambiar y retocar todo lo que se tenía por cierto en el paso anterior.

Después de seis décadas seguimos sin saber si el sueño se convertirá en realidad. ¿Podremos evitar que conseguir la fusión termonuclear comercial acabe en los libros de historia como uno de los mayores fiascos de la ciencia moderna?

 

Referencias:

ITER - the way to new energy

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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