El sue?o de la energ¨ªa de fusi¨®n nuclear limpia e ilimitada, ?al alcance de la mano?

El Sol ha alimentado la vida en la tierra durante millones de a?os, produciendo luz y calor a trav¨¦s de la fusi¨®n nuclear. Con esta capacidad y longevidad tan asombrosas, parece que no puede haber un m¨¦todo mejor para generar energ¨ªa que el de imitar los procesos nucleares que ocurren en nuestras estrellas y en las de otros sistemas planetarios. La finalidad de los reactores de fusi¨®n nuclear es replicar este proceso fusionando ¨¢tomos de hidr¨®geno para poder crear helio y producir energ¨ªa en forma de calor. Sostener este proceso en el tiempo y a la escala requerida significar¨ªa que es posible producir una fuente de energ¨ªa segura, limpia y casi inagotable.

La b¨²squeda comenz¨® hace d¨¦cadas. Ahora, sin embargo, ?podr¨ªa empezar a quedarse anticuado el comentario jocoso de que ¡°a la fusi¨®n nuclear siempre le faltan 30 a?os para convertirse en realidad¡±? Algunos expertos conf¨ªan en que s¨ª, motivadas por el transcendental avance cient¨ªfico logrado en un experimento de fusi¨®n nuclear a finales de 2021. El logro se produjo en la instalaci¨®n de investigaci¨®n Joint European Torus (JET) situada en Oxfordshire, Reino Unido, en una m¨¢quina de dimensiones gigantescas y con forma de donut llamada tokamak.

En su interior se generan gases sobrecalentados denominados plasmas, en los que tienen lugar reacciones de fusi¨®n que contienen part¨ªculas cargadas, las cuales se mantienen en su lugar mediante potentes campos magn¨¦ticos. Estos plasmas pueden alcanzar temperaturas de 150 millones de grados Celsius, lo que resulta inconmensurable teniendo en cuenta que la temperatura a la que se encuentra el centro del Sol es 10 veces inferior.

La energ¨ªa que se gener¨® dur¨® solo cinco segundos, pero el objetivo es conseguir una reacci¨®n sostenida

Con una reacci¨®n sostenida durante cinco segundos, el personal investigador del consorcio EUROfusion liber¨®, batiendo r¨¦cords, 59 megajulios (MJ) de energ¨ªa de fusi¨®n. La cifra, que es casi tres veces superior al r¨¦cord anterior de 21,7 MJ alcanzado en la misma instalaci¨®n en 1997, es considerada ¡°la prueba m¨¢s clara en los ¨²ltimos 25 a?os de la capacidad de la fusi¨®n nuclear para producir energ¨ªa segura, sostenible y de bajas emisiones¡±. Aqu¨ª puede encontrar m¨¢s informaci¨®n sobre el exitoso experimento de fusi¨®n nuclear en el JET.

Los resultados han supuesto un fuerte impulso de cara a la siguiente fase del desarrollo de la fusi¨®n nuclear. Una versi¨®n m¨¢s avanzada y de mayores dimensiones que el JET, conocida como ITER (que en lat¨ªn significa ¡°el camino¡±), est¨¢ en fase de construcci¨®n en una superficie de 180 hect¨¢reas en Saint-Paul-l¨¨s-Durance, en el sur de Francia.

La finalidad del ITER, en cuya construcci¨®n colaboran 35 pa¨ªses, incluidos los de la UE, es seguir desarrollando y concretando el concepto de fusi¨®n. La previsi¨®n era que esta m¨¢quina, una de las m¨¢s complejas que se han construido nunca, generase su primer plasma en 2025 y fuese plenamente operativa en 2035, pero el personal investigador del proyecto espera ciertos retrasos debido a la pandemia.

Un avance trascendental

Los resultados del JET representan un hito, seg¨²n el profesor Tonny Donn¨¦, director del programa del proyecto EUROfusion, un consorcio que re¨²ne a 4.800 especialistas, estudiantes e instalaciones de toda Europa. ¡°Es un avance sustancial, el mayor desde hace mucho tiempo¡±, indic¨®. ¡±Se han confirmado todos los modelos y eso ha elevado mucho nuestra confianza en que el ITER funcione y logre su cometido¡±. Dado que la energ¨ªa que se gener¨® en el JET dur¨® solo unos segundos, el objetivo es prolongar dicha duraci¨®n y conseguir una reacci¨®n que produzca energ¨ªa de forma sostenida.

Los resultados han sido la culminaci¨®n de a?os de preparaci¨®n y, tal y como explic¨® el profesor Donn¨¦, uno de los desarrollos clave desde 1997 ha sido el cambio de la pared interior de la c¨¢mara del JET.

Antes la pared era de carbono, pero result¨® ser demasiado reactivo a la mezcla de deuterio y tritio, dos is¨®topos o formas del hidr¨®geno m¨¢s pesados y utilizados en la reacci¨®n de fusi¨®n. Como resultado, se formaron hidrocarburos que aislaron el combustible de tritio en la pared. En el reacondicionamiento, en el que se adaptaron 16.000 componentes y se usaron m¨¢s de 4.000 toneladas de metal, el carbono se sustituy¨® por berilio y tungsteno para reducir la retenci¨®n de tritio. Con ello, el equipo consigui¨® reducir significativamente la cantidad de combustible retenido, lo que contribuy¨® al ¨¦xito del reciente experimento de fusi¨®n.

Una central de demostraci¨®n

Como preparaci¨®n para la siguiente fase del ¨¦pico viaje de la fusi¨®n, los cambios realizados en el JET garantizaron que su configuraci¨®n responde a los planes previstos para el ITER. En un horizonte m¨¢s lejano, el paso siguiente al ITER ser¨¢ una central de demostraci¨®n, a la que se conoce como DEMO, que tras enviar electricidad a la red el¨¦ctrica, har¨¢ de las centrales de fusi¨®n una realidad comercial e industrial.

"El ITER puede crear 10 veces m¨¢s energ¨ªa de fusi¨®n que la energ¨ªa que se requiere para calentar el plasma", se?al¨® el profesor Donn¨¦. "Pero al ser una instalaci¨®n experimental, no derivar¨¢ electricidad a la red. Para eso necesitamos un equipo distinto, al que llamamos DEMO. Este nos acercar¨¢ de verdad al punto de partida de la primera generaci¨®n de centrales de energ¨ªa de fusi¨®n".

El profesor Donn¨¦ contin¨²a: ¡°El JET ha demostrado que la fusi¨®n es factible. El ITER ha de demostrar que es viable y el DEMO deber¨¢ probar que todo el sistema funciona de verdad¡±.

Seg¨²n ¨¦l, es realista esperar que el DEMO, con el que se pretende derivar 500 megavatios (MW) a la red el¨¦ctrica, se ponga en marcha alrededor de 2050. "Esperamos aplicar lo que hemos aprendido y construir el DEMO con m¨¢s rapidez que el ITER", expres¨®.

Sin embargo, existen otros retos clave que superar antes de que la fusi¨®n nuclear pueda producirse de forma ordinaria. Uno de ellos es que, mientras el deuterio abunda en el agua marina, el tritio es extremadamente escaso y dif¨ªcil de producir.

Por ello, el personal investigador tiene previsto desarrollar una forma de generarlo en el tokamak, a trav¨¦s de ¡°m¨®dulos f¨¦rtiles¡± que contengan litio. La idea subyacente es que los neutrones hiperenerg¨¦ticos de las reacciones de fusi¨®n interact¨²en con el litio para crear tritio.

Una energ¨ªa esencial

El profesor Donn¨¦ afirma que en el futuro la fusi¨®n nuclear podr¨ªa ser una fuente crucial de energ¨ªa verde y sostenible. ¡°Dir¨ªa que es esencial¡±, declar¨®. ¡°No estoy convencido de que antes de 2050 podamos abandonar el di¨®xido de carbono usando ¨²nicamente energ¨ªas renovables, as¨ª que necesitamos alternativas¡±.

Y aunque cuenta que el m¨¦todo actual de crear energ¨ªa nuclear por fisi¨®n es cada vez m¨¢s seguro, la fusi¨®n presenta ventajas muy importantes. Quienes participan en el programa del ITER hablan de beneficios tales como la ausencia del riesgo de fusiones de n¨²cleo y a?aden que la fusi¨®n nuclear no produce residuos radioactivos persistentes y que los materiales de los reactores pueden reciclarse o reutilizarse durante un periodo de 100 a 300 a?os.

"Sin lugar a dudas, es mucho m¨¢s segura", manifest¨® Donn¨¦. En referencia al estigma que pesa sobre la energ¨ªa nuclear, Donn¨¦ afirm¨® que "lo que constatamos cuando interactuamos con el p¨²blico es que es muy frecuente que no hayan o¨ªdo hablar de la fusi¨®n nuclear; no obstante, cuando les explicamos las ventajas y desventajas, creo que la gente se muestra mucho m¨¢s favorable".

Tras preguntarle por Lev Artsimovich, a quien se ha apodado ¡°el padre del tokamak¡±, Donn¨¦ cuenta: ¡°Artsimovich siempre ha dicho que la fusi¨®n estar¨ªa ah¨ª cuando la sociedad la necesitase de verdad. Si logramos ponerla en marcha y operativizarla, tendremos una fuente de energ¨ªa limpia y muy segura que nos proveer¨¢ de energ¨ªa durante miles de a?os¡±.

La investigaci¨®n descrita en este art¨ªculo ha sido financiada con fondos de la UE. Art¨ªculo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigaci¨®n e Innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.

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