Es un momento histórico que se desarrolló en diciembre de 2022 en California. En una habitación completamente confinada, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LNLL), han logrado reproducir y dominar una reacción física inspirada en las estrellas: la fusión nuclear.
Si esto tuvo un impacto tan significativo es porque por primera vez en la historia de la humanidad, la experiencia fue capaz de generar más energía de la que inicialmente requería. Un descubrimiento que abre la puerta a todas las fantasías tecnológicas de energía limpia e ilimitada, dejando atrás todas las crisis energéticas y ecológicas.
El principio es relativamente simple: basta con calentar los átomos para que sus núcleos se fusionen, esto crea una inestabilidad, que expulsa a otros átomos creando energía. Concretamente: el laboratorio estadounidense envió láseres sobre una bolita de plasma de hidrógeno, que generó 2,5 megajulios de energía, los láseres solo consumieron 2,1. En otras palabras: si esta tecnología se dominara por completo, sería posible producir grandes cantidades de energía sin consumir ningún recurso… ¡Una verdadera revolución!
Tokamak y stellarator, la guerra fría de fusión
Una revolución tal vez, pero no surge de la nada. Durante casi un siglo, los científicos han buscado dominar la técnica de la fusión. Muchos experimentos concluyentes se llevaron a cabo en el laboratorio en la década de 1930. Permitieron establecer el vínculo con otro fenómeno físico aún poco conocido en ese momento: las estrellas. » La luz que emiten las estrellas es el resultado de la liberación de energía”, resume Jonathan Ferreira, astrofísico de la Universidad de Grenoble. » Gracias a la gravedad muy fuerte en el corazón de las estrellas, los átomos se calientan hasta varios miles de millones de grados, lo que desencadena reacciones de fusión… Pero estas condiciones son difíciles de reproducir en la Tierra.. »
Sin embargo, esto es lo que los científicos intentaron hacer en la década de 1940 al reemplazar la gravedad con el confinamiento magnético. La idea es comprimir el blanco, combustible compuesto por varios átomos, y calentarlo para obtener una reacción de fusión. Entonces nacieron dos sistemas en competencia en medio de la Guerra Fría: el tokamak ruso y el stellarator estadounidense. Dos cámaras diferentes, pero dirigidas hacia un mismo objetivo: lograr la fusión, crear energía en grandes cantidades y almacenar esta energía.
La obra del ITER vista desde el cielo, foto de 2022. Fuente – ITER
Estas dos soluciones tienen todo, desde la experiencia de un aprendiz de brujo directamente de una película de ciencia ficción. El objetivo se coloca en el centro de la cámara, estos son átomos que serán bombardeados por láseres. Cuando se calientan, se transformarán en plasma, que liberará neutrones. El desafío no es dejar escapar estos neutrones, sino recuperarlos. Rápidamente, el tokamak, más fácil de construir, se impuso en casi todo el mundo. Sin embargo, la investigación sobre el stellarator continuó.
Si todo esto parece tan lejano hoy, los experimentos aún continúan hoy. El más conocido, ITER, tiene lugar en Francia. Se trata de un reactor termonuclear experimental internacional, instalado muy cerca de Aix-en-Provence, en la localidad de Saint-Paul-lez-Durance en el Centro CEA de Cadarache. Construido a partir de 2010, el proyecto liderado en Francia por la Comisión de Energía Atómica (CEA), incluye países de todo el mundo, incluidos Estados Unidos, China y Rusia. » El objetivo es pasar de un experimento de laboratorio a una aplicación técnica.”, dice la CEA a siglo digital. » Lo que queremos es industrializar la fusión nuclear. »
Para ello, ITER ha elegido el tokamak. Sin embargo, durante la construcción, numerosos retrasos en la investigación hacen de este gigante internacional una fuente de controversia para los países involucrados. Tuvieron que aportar grandes sumas, hasta 20.000 millones de dólares según las últimas estimaciones, cuatro veces más de lo inicialmente previsto. Pero nada impide que la investigación continúe, ni los costos adicionales, ni la guerra en Ucrania. A pesar de los temores, Rusia sigue colaborando con Francia en estos temas, prueba de la importancia del tema para las distintas potencias mundiales.
Sin embargo, a pesar de la buena voluntad y el éxito de la LNLL en Estados Unidos, el camino aún es largo. LNLL” es un hito notable”, reconoce la CEA, “ pero todavía estamos muy lejos de dominar la tecnología. La energía creada fue mucho mayor que la enviada por los láseres, ¡pero se necesitó aún más energía para que estos láseres funcionaran! Así que la fusión todavía genera pérdidas por el momento. Para tener una planta capaz de producir energía, sería necesario tener un rendimiento casi 100 veces superior a la energía inicial.. »
Entre la investigación fundamental y los proyectos comerciales
¿La difícil transición de la teoría a la práctica? No sólo… » Incluso teóricamente, no tenemos todas las llaves.”, agregó Jonathan Ferreira. » Todavía tenemos que hacer una investigación fundamental para controlar el plasma, para convertirlo en una superficie estable y rígida, ¡lo cual no es fácil! «. La investigación avanza de todos modos: con el progreso de la informática, se ha vuelto más fácil construir los stellarators que se han abandonado durante mucho tiempo debido a su arquitectura mucho más complicada. La diferencia entre los dos se reduce a cómo el campo magnético retiene el plasma. El tokamak es más «rígido» en su diseño con bobinas magnéticas que controlan estrechamente el plasma, mientras que el stellarator crea un campo magnético helicoidal que permite un mejor control del plasma, utilizando menos energía… ¡Siempre que la arquitectura esté bajo control!
» Creemos que el éxito vendrá de Stellarators “dice Simon Belka, director de proyectos de la start-up Renaissance Fusion,” Las posibilidades son mucho mayores pero requiere imanes más complejos que aún están por desarrollar.. La joven empresa de Grenoble recaudó 15 millones de euros en 2022 para llevar a cabo su proyecto de fusión nuclear. » No tenemos el mismo objetivo que los centros de investigación, pero somos complementarios “dice Simón Belka. « Ellos buscan investigar, y nosotros: nos basamos en esta investigación seleccionando lo mejor de lo que existe y experimentando con nuevas ideas para terminar con un producto comercializable.. »
Más concretamente, Renaissance Fusion está trabajando en un combustible a base de deuterio y tritio, la combinación más sencilla para conseguir la fusión a temperaturas razonables. Calentarán estas partículas con láseres para obtener un plasma, que rechazará los neutrones que deberán ser absorbidos por las paredes de metal líquido del stellarator.
Es posible, gracias al reactor diseñado por la start-up de Grenoble, introducir litio en su forma de plasma y luego recuperarlo tras la fusión nueclair para favorecer la vaporización del agua. Imagen: Renacimiento Fusión.
Optimista, Simon Belka espera tener un reactor nuclear de 1 gigavatio dentro de diez años. » podría ser más largo”, matiza, “ pero tenemos razones para creerlo. Llevó décadas obtener un rendimiento positivo, pero ahora que se cruzó ese listón, creo que las cosas se acelerarán.. »
En todo el mundo, unas cuarenta start-ups como Renaissance Fusion están trabajando en la fusión con diferentes dispositivos”, En el lote, hay algunos que se arriesgan con la esperanza de avanzar más rápido “, informa Simon Belka. » Puede que no seamos los primeros, pero podemos esperar que los descubrimientos se aceleren.. »
Por un lado, la flexibilidad de las pequeñas empresas contrasta con la pesadez de grandes laboratorios como el ITER. Las empresas emergentes deben, por otro lado, encontrar fuentes adicionales de financiación, más allá de la recaudación de fondos. Para convencer a los inversores, Simon Belka argumenta sobre los beneficios potenciales además de la producción directa de energía, » estamos trabajando en imanes nuevos y más eficientes para nuestro stellarator “, ladrillos tecnológicos” que pueden ser útiles en otros sectores como los aceleradores de partículas, los aerogeneradores o incluso la imagen médica. Por lo tanto, ya podemos generar ingresos en los próximos años.,» él dice.
Proyectos financieros a corto plazo, pero para el reactor de fusión nuclear, el futuro es más vago. Si Renaissance Fusion apuesta por diez años, del lado de la CEA, el discurso es un poco más pesimista”, La fusión no va a resolver la actual crisis energética. Es una esperanza entre otras, pero probablemente no habrá nada viable antes de 2050, incluso si se encuentra un sistema que funcione antes, llevará tiempo desarrollarlo. ¡Pero tal vez tengamos sorpresas! »
La fusión es objeto de una extensa investigación en todo el mundo, ya sea por confinamiento láser, como intentó el LNLL, o por tokamak para ITER o SPARC, un proyecto estadounidense que tiene entre sus financiadores a Bill Gates o Google, sin olvidar a Wendelstein 7-X, un reactor alemán. que, al igual que Renaissance Fusion, eligió el Stellarator. Todos comparten el mismo objetivo: conseguir energía utilizable.
» Estos son avances necesarios”, advierte Jonathan Ferreira. » Nuestro modo de producción actual no es sostenible a largo plazo porque nos quedaremos sin recursos. Si queremos seguir teniendo suficiente energía para todos, necesitamos fusión. Pero para lograr un resultado, necesitas especialistas.. Sin embargo, la investigación relacionada con la fusión incluye habilidades muy especializadas en física e ingeniería del plasma. Temas que solo se abordan a partir de la finalización del máster, lo que requiere una inversión del alumno mucho mayor. » Espero que los jóvenes se interesen más por la física fundamental.”, añade Jonathan Ferreira. » Será gracias a sangre nueva que podremos avanzar en esta cuestión, que es vital para nuestra civilización tal como la conocemos.. »