Científicos estadounidenses lograron ganar energía en una reacción de fusión por primera vez, confirmó la secretaria de energía del país, Jennifer Granholm, anunciando el avance como evidencia de que la tecnología podría eventualmente proporcionar una alternativa abundante y sin carbono a los combustibles fósiles.
“Este es un logro histórico”, dijo Granholm en una conferencia de prensa en Washington el martes, confirmando el avance informado por primera vez por el Financial Times.
“Hemos dado los primeros pasos tentativos hacia una fuente de energía limpia que podría revolucionar el mundo”, dijo Jill Hruby, administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.
Pero, ¿cuánto más cerca lleva este avance al sector energético del sueño de la energía de fusión?
¿Qué es la fusión?
La fusión es la reacción que alimenta al sol. Implica calentar dos isótopos de hidrógeno, normalmente deuterio y tritio, a temperaturas tan extremas que los núcleos atómicos se fusionan, liberando helio y grandes cantidades de energía en forma de neutrones.
A diferencia de la fisión nuclear, el proceso no produce residuos radiactivos de larga duración. Tampoco emite carbono, y los científicos estiman que una pequeña taza de combustible podría alimentar una casa durante más de 800 años.
Los partidarios de Fusion lo describen como el “santo grial” de la energía limpia: una tecnología que, en teoría, podría proporcionar energía casi ilimitada con cero emisiones de carbono.
Pero aunque los científicos soviéticos desarrollaron la primera máquina de fusión en la década de 1950 usando un proceso llamado confinamiento magnético, hasta ahora ningún grupo había sido capaz de producir más energía a partir de una reacción de fusión de la que consumía, un hito científico conocido en el campo como ganancia científica de energía o energía. ganancia objetivo.
¿Qué han logrado los científicos estadounidenses?
Los científicos de la Instalación Nacional de Ignición del gobierno de EE. UU. en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California han logrado ese objetivo de ganancia de energía en la reacción por primera vez.
El NIF de 3.500 millones de dólares, que se inauguró en 2009, se diseñó principalmente para probar armas nucleares mediante la simulación de explosiones, pero también se ha utilizado para avanzar en la investigación de la energía de fusión.
El confinamiento magnético, que sigue siendo el enfoque de fusión más estudiado, utiliza imanes enormes para mantener el combustible de deuterio-tritio en su lugar mientras se calienta a temperaturas más altas que el sol.
El NIF utiliza un proceso diferente, llamado confinamiento inercial, en el que dispara 192 láseres a una pequeña cápsula de combustible. Los láseres calientan el combustible a más de 3 millones de grados centígrados, lo que hace volar la superficie de la cápsula objetivo, lo que provoca lo que el NIF describe como una implosión “similar a un cohete”. Eso comprime y calienta aún más el combustible hasta que los átomos de hidrógeno en el deuterio y el tritio se fusionan, liberando helio y energía.
En el experimento del 5 de diciembre, la reacción produjo alrededor de 3,15 megajulios de energía, que fue aproximadamente el 150 por ciento de los 2,05 MJ de energía en los láseres, dijo el laboratorio el martes. La ganancia fue incluso mayor que los resultados preliminares informados por el FT.
¿Significa esto que han descifrado el poder de fusión?
No. Lograr la ganancia de energía se ha visto durante décadas como un paso crucial para demostrar que las centrales eléctricas de fusión comerciales son posibles. Sin embargo, aún quedan varios obstáculos por superar.
En primer lugar, la ganancia de energía en este contexto solo compara la energía que sale con la energía de los láseres, no con la cantidad total de energía extraída de la red para alimentar el sistema. De hecho, cada disparo requiere 330 MJ de energía eléctrica, entregados en una ráfaga de 400 microsegundos.
El sistema que alimenta los láseres en el NIF es antiguo y no está diseñado para lograr la máxima eficiencia energética. Sin embargo, los científicos aún estiman que la fusión comercial requerirá reacciones de fusión que generen entre 30 y 100 veces la energía que ingresa.
El NIF también realiza un máximo de un disparo por día, mientras que una central eléctrica de confinamiento interno probablemente necesitaría completar varios disparos por segundo.
“El experimento demuestra sin ambigüedades que la física de la fusión láser funciona”, dijo Robbie Scott, un físico de plasma que ha contribuido con investigaciones al NIF. “Los próximos pasos incluyen la demostración de una ganancia de energía de fusión aún mayor y el desarrollo adicional de métodos más eficientes para impulsar la implosión”.
¿Cómo se compara con otros avances recientes?
El logro en el NIF sigue a grandes anuncios en los últimos 18 meses por parte de otros laboratorios de fusión financiados con fondos públicos con objetivos de investigación ligeramente diferentes.
El año pasado en China, una máquina de confinamiento magnético, conocida como tokamak, llamada East, el Tokamak superconductor avanzado experimental, logró mantener una reacción de fusión a 120mnC durante un récord de 101 segundos. Antes se habían alcanzado temperaturas de más de 100 mnC, generalmente necesarias para la fusión por confinamiento magnético, pero nunca se mantuvieron durante tanto tiempo.
En mayo, los investigadores del tokamak más grande y poderoso del mundo en Oxford, el Joint European Torus (JET), produjeron un récord de 59 MJ a partir de una reacción sostenida que duró cinco segundos. Esa fue suficiente energía para hervir alrededor de 60 teteras y duplicó con creces el récord anterior de producción de energía de 22MJ, logrado por JET en 1997.
Ninguna de las reacciones demostró una ganancia de energía como lo hizo el NIF, pero ninguna instalación había priorizado lograr una ganancia, dijeron los expertos.
¿Qué pasa después?
El sector espera que el avance impulse el interés y la inversión y, por lo tanto, acelere el progreso.
Históricamente, la mayor parte de la ciencia de la fusión ha sido realizada por laboratorios financiados con fondos públicos, como el NIF y el JET, pero en los últimos años la inversión también ha inundado las empresas privadas que prometen entregar energía de fusión en la década de 2030.
Melanie Windridge, física de plasma que dirige la consultora Fusion Energy Insights, señaló que el NIF, cuya construcción costó 3500 millones de dólares, tenía 13 años y se basaba en tecnología láser desarrollada en la década de 1980.
“Si puede hacer eso con tecnología obsoleta, simplemente muestra lo que podría ser posible con el equipo más nuevo”, dijo. “Si obtienen respaldo privado y pueden moverse en estos plazos agresivos, entonces pueden usar tecnología de punta. . . y eso es tremendamente emocionante”.