Son muchas preguntas, pero empecemos por el principio. El sueño de la electricidad producida por fusión nuclear se persigue desde la década de 1950. Tres son las estrategias científicas y numerosos los retos para conseguirlo
Entrevista
a D. Manuel Lozano Leyva, catedrático emérito de Física Atómica y Nuclear de la
Universidad de Sevilla
POCA CANTIDAD DE MASA, GENERA MUCHA ENERGÍA
Sabemos que cargas del mismo signo se repelen. La fusión nuclear
consiste en unir los núcleos de dos de estos átomos primordiales (los más
abundantes del universo) porque resulta que si lo hacen dan un nuevo átomo más
estable. La clave de todo radica en que la masa de los que se fusionan es mayor
que la de los que resultan tras la fusión. La diferencia ya sabemos que se
transforma en energía en plan E=mc². La velocidad de la luz, la c, es un número
tan descomunal que para generar una gran cantidad de energía hace falta muy
poca masa m.
¿Cómo conseguir que se aproximen dos núcleos que se repelen tan
intensamente hasta ponerse casi en contacto?
La cuestión desde el principio de la tecnología nuclear fue si se podría
dominar la fusión de la misma manera que se hizo con la fisión, es decir,
construir centrales de fusión nuclear para poder conectarlas a la red eléctrica.
Las ventajas serían enormes: nada de residuos indeseables y de largas
vidas medias como el plutonio y nada de límites de existencias en el
“combustible nuclear” pues el deuterio y el tritio (**) son relativamente
fáciles de conseguir de manera ilimitada.
Pero estamos hablando de manejar materia a millones de grados de
temperatura y no a unos pocos centenares como hacen las de fisión. ¿De qué
materiales han de estar construidas esas centrales para mantener confinado ese
plasma el tiempo suficiente para poder extraer el calor generado y convertirlo
en electricidad comercial? De esta pregunta se desprende una infinidad, todas
de difícil solución.
Las investigaciones sobre la fusión nuclear controlada empezaron a
escala universitaria y laboratorios nacionales. Se establecieron tres
estrategias que comentaremos, pero lo importante es que los resultados que se
iban alcanzando paulatinamente fueron tan positivos y esperanzadores que el
ritmo de las inversiones en los proyectos de investigación y el correspondiente
tamaño de los laboratorios de fusión llegaron al vértigo.
En el caso de Europa, se pasó de la escala nacional a la internacional y
se construyó el JET, Joint European Torus. Este proyecto dio resultados tan
buenos que de nuevo se cambió el orden de magnitud y se diseñó un laboratorio
financiado a escala internacional: el ITER (por las siglas en inglés de reactor
experimental termonuclear internacional). La clave de este proyecto, que se
desarrolla en Cadarache, Francia, es la E, es decir, que aún es un laboratorio
experimental, y que nada de conectarlo a la red eléctrica.
TRES ESTRATEGIAS
Veamos cuáles son las tres estrategias mencionadas y en qué punto está
cada una.
1º) El Confinamiento Inercial.-Que es la que ha disparado
el optimismo de estos días.
El “calentamiento” del plasma se lleva a cabo haciendo coincidir en una
cavidad pequeñísima, de extraño nombre alemán, hohlraum, la energía
suministrada por 192 láseres de alta potencia. Este confinamiento llamado
inercial desencadena la reacción de fusión por un ingenioso, aunque nada
extraño, mecanismo físico. Lo problemático es mantener la reacción y extraer la
energía generada para poder aprovecharla termodinámicamente. Y conseguir,
obviamente, que no se autodestruya toda la instalación por albergar una región,
por pequeña que sea, a millones de grados centígrados de forma permanente. Es
lo que parece que han conseguido en California de manera más esperanzadora que
hasta ahora.
2º) Stellarator.- . Estrategia utilizada por
bastantes países para investigación.
La “botella” de confinamiento del plasma en este caso no es una cavidad
metálica como el hohlraum, sino un intensísimo campo electromagnético.
Conceptualmente tampoco es complicado: unas potentes bobinas mantienen el
plasma confinado siguiendo la línea del campo magnético resultante. Aunque en
la práctica, en el laboratorio de Wendelstein7X (en Greifswald, Alemania), no
lo es tanto. Esta fue la estrategia que siguió España desde hace muchos años en
los laboratorios del CIEMAT, antigua Junta de Energía Nuclear. Hoy, aparte de
Alemania, hay bastantes países que la continúan explotando a nivel de
investigación.
3ª) ITER basado en la tecnología llamada tokamak.- La más prometedora de la tres.
Es conceptualmente parecida a la stellerator pero la geometría de
confinamiento es del tipo torus o, si se prefiere, donuts. El laboratorio ITER
es tan ambicioso y caro que su puesta en marcha ha sufrido ya varios
aplazamientos, pero se espera que entre en pleno funcionamiento en esta década.
Pero insistamos en que es justo eso, un laboratorio experimental, aunque ya
está planificado el paso siguiente llamado DEMO que, si como todo lo augura,
los resultados de ITER son definitivos en cuanto a viabilidad tecnológica y
económica de la fusión. El DEMO ya se conectaría a la red eléctrica para, como
su acrónimo indica, demostrar su viabilidad comercial; pero aún habría que
esperar a la siguiente generación de reactores comerciales basados en él para
su implementación práctica.
Si todo sale como está previsto, comenzaremos a obtener electricidad por
un medio limpio e ilimitado en… ¡40 años!
Fuente: El Pais.com
ELEONORA VIEZZER: "Mi generación será la primera que vea cómo la
fusión nuclear se vuelve realidad"
Entrevista a la investigadora de la Universidad de Sevilla, que ha
recibido varios reconocimientos por sus investigaciones sobre el confinamiento del
plasma caliente, un elemento fundamental en el desarrollo de este tipo de
energía.
¿Cómo puede aprovecharse la fusión nuclear para generar energía para el
consumo?
La fusión nuclear es el proceso que ocurre en el interior de las
estrellas, es una fuente de energía limpia, segura y virtualmente inagotable.
Por eso es una de las grandes esperanzas de la humanidad para cubrir las
necesidades energéticas del futuro. Se fusionan dos isótopos de hidrógeno
(deuterio y tritio) y se crea una partícula de helio -un electrón- y otra
partícula sin carga, y se emite una enorme cantidad de energía. Con los átomos
que caben en un vaso de agua podemos producir la energía que necesita una
familia de cuatro personas para el resto de su vida. El deuterio lo sacamos del
agua de mar y el tritio se obtiene de la corteza terrestre (en concreto del
litio).
Pero controlar esas reacciones implica superar múltiples desafíos
técnicos.
Para obtener las condiciones de fusión se necesitan temperaturas
extremadamente altas. El sol está 15.000.000 ºC y en la Tierra se requieren
temperaturas incluso más altas (hasta 200 millones) para llevar la materia a su
cuarto estado, el plasma. El problema es que necesitamos materiales que
resistan esas temperaturas y en la Tierra no los tenemos. Sin embargo, podemos
utilizar campos magnéticos para encerrar el plasma en una jaula y hacerlo
levitar dentro de la vasija, de forma que no toque las paredes. Además, para
las condiciones de fusión necesitamos crear un vacío ultra alto, que es lo que
garantiza la seguridad al detener cualquier proceso de fusión en caso de
accidente.
El Departamento de Energía de EEUU acaba de anunciar el primer
experimento con ganancia energética en la fusión nuclear. ¿Qué supone este
logro?
En Estado Unidos, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore trabaja con
un procedimiento alternativo para confinar el plasma, llamado 'confinamiento
inercial'. Utilizan una pequeña cápsula llena de deuterio y tritio, sobre la
que inciden 192 láseres para crear las condiciones del plasma, que llega hasta
densidades muy altas. Y su anuncio es un momento muy emocionante. Si se
confirma que se ha producido energía neta, es un gran avance, un verdadero
hito, y no sólo para nosotros los científicos, sino para la sociedad en general.
Se estima que aún se tardará una década antes de que la energía
originada en la fusión sea una realidad. ¿Este anuncio confirma que es factible
lograrlo?
Sí, estoy convencida de que mi generación es la que va a verlo
materializado. Además, espero que el anuncio ayude a que la sociedad -y en
particular a los políticos- a darse cuenta de la importancia de la
investigación. Es algo que ya hemos visto con el COVID: sin Ciencia no hay
avance, sin inversión en Ciencia no puede haber avance.
Algunos esperan que la fusión sea una solución milagro que nos lleve
directamente de los combustibles fósiles a otras fuentes de energía.
Nuestra investigación es importante para un futuro seguro, pero también
lo es cuidar el planeta hoy, porque sólo tenemos un planeta Tierra. Es
importante asumir que los combustibles fósiles están llegando a su fin, primero
porque los recursos se van a acabar y segundo porque estamos viendo que el
cambio climático es una realidad, respaldada por las investigaciones de muchos
científicos, con las consecuencias que estamos viendo (sequías, temperaturas,
etc.)
OPINIÓN
Todo esto está muy bien, pero llegado el momento de la puesta en marcha
de las centrales de fusión nuclear (que algún día ocurrirá) y la conexión a la
red eléctrica, ¿los poderes fácticos no harán nada por impedirlo? Porque no me
extrañaría que derechas y ultraderechas, que seguro seguirán existiendo, empezasen
con monsergas tipo que, si es tóxico y peligroso o que pueden generar agujeros
negros en el planeta y cualquier otra tontería similar. Cuando el único agujero
negro será el de los bolsillos de las empresas gasísticas y petroleras, pues
aunque dicen que mal de muchos consuelo de tontos, así por lo menos sabrán lo
que es no llegar a fin de mes.
Fuente: El Mundo.es
(**) Introducción a la formación del átomo
Inmediatamente después del Big Bang, la generación espontánea de energía en forma de radiación, una pequeñísima parte de esta cuajó pronto en quarks y electrones. Los quarks se agruparon en núcleos atómicos sencillos: el hidrógeno (un protón), el deuterio (un protón y un neutrón ligados), el tritio (un protón y dos neutrones) y pocos, muy poco más. Como vemos, los tres citados tienen un protón, que es una partícula formada por tres quarks, cuya propiedad esencial es que está cargado eléctricamente de manera positiva. Los electrones, cargas eléctricas negativas, quedaron vagando por ahí hasta que, unos cuatrocientos mil años después del magno acontecimiento, se unieron a aquellos dando los correspondientes átomos.
