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“Conseguir la realización práctica la fusión nuclear en un laboratorio terrestre es uno de los grandes desafíos de la humanidad en el siglo XXI”. Y desde hoy, este desafío es más factible. “Estamos más cerca de hacerlo realidad”, asegura Carlos Hidalgo, director del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.
Estamos más cerca porque científicos estadounidenses han conseguido, por primera vez en la historia de la humanidad, “amplificar generación neta de energía nuclear”. Es decir, que “la energía que obtenemos de la fusión nuclear sea mayor a la que tenemos que invertir para conseguirla”.
Todo “un hito científico”, que puede marcar un antes y un después en el camino hacia un objetivo que se persigue desde hace décadas: “Hacer de la fusión nuclear una fuente de energía masiva y sostenible para el bienestar del ser humano”. Pero ¿qué es la fusión nuclear? ¿Qué demuestra el nuevo experimento? ¿Cuánto faltaría para que sea una alternativa y cómo sería su uso? ¿Es segura?
La fusión no tiene nada que ver con la fisión, que es la energía que alimenta las centrales nucleares actuales. Como su nombre indica, la fusión nuclear es un proceso en el que se fusionan dos o más átomos, mediante el cual se libera una enorme cantidad de calor y energía.
En la fusión se necesita hidrógeno, que está en el agua, por lo que su disponibilidad en la Tierra es ilimitada. Pero en los experimentos también se necesitan deuterio y tritio, que son más difíciles de obtener, sobre todo el tritio. El primero sale del agua del mar y el segundo de la corteza terrestre.
La fusión nuclear es el proceso por el cual las estrellas emiten su energía. En el Sol, por ejemplo, dos núcleos de hidrógeno se unen para convertirse en helio. “Es la que mantiene vivas a las estrellas y el universo”, resume Hidalgo. Imaginen ahora lo que puede ser recrear este proceso, en el que se alcanzan temperaturas elevadísimas, aquí en la Tierra. Los científicos llevan 50 años tratando de conseguirlo.
Para que se hagan una idea de su potencial, “con los átomos de un vaso de agua, podemos producir una cantidad de energía que sería suficiente para una familia de 4 personas para toda su vida, unos 80 años“, explica Eleonora Viezzer, profesora en el Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla. “La fusión nuclear es el santo grial de las nuevas energías”, asegura la investigadora, que acaba de recibir el Premio de Física de la Fundación BBVA.
“La energía de fusión nuclear es la más eficiente que existe en la naturaleza. Es 10 millones de veces más eficiente que la energía de origen químico, como el carbón o las fósiles”, explica Hidalgo. Poder recrear la energía del Sol en la Tierra supondría “disponer de una fuente ilimitada de energía en manos del ser humano”. Ilimitada y libre de carbono.
Para ensayar este proceso de fusión nuclear en el laboratorio, normalmente se consume mucha más energía de la que se obtiene. Esto ha sido así durante décadas. Hasta ahora.
Porque lo que han hecho ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California (EE.UU.) es conseguir generar más energía de la que han utilizado en el proceso. Es lo que se denomina “ganancia neta”.
Es la primera vez que ocurre y que se demuestra que es posible conseguirlo. “Demuestran que es posible amplificar la energía de fusión nuclear y esto no se había conseguido nunca”, explica Carlos Hidalgo.
En concreto, en una de sus instalaciones, han producido 2,5 megajulios (MJ) de energía tras emplear 2,1 megajulios. Hace unos meses, en febrero de este año, el proyecto europeo JET comunicó un nuevo récord en energía de fusión nuclear. Se consiguió entonces alcanzar 1,3 megajulios con un disparo láser de 1,7 MJ. “Pero ahí no habíamos alcanzado ganancia neta. Ahora lo han conseguido, y ese es el gran hito científico”, advierte Carlos Hidalgo.
Los científicos estadounidenses lo han hecho utilizando láseres. Pero no es la única forma de hacerlo. Hay dos tipos de fusión nuclear, dos estrategias para conseguir confinar esa energía que se libera en el proceso.
En el confinamiento magnético “se utilizan campos magnéticos muy intensos, unas 100.000 veces el campo magnético terrestre”, explica Hidalgo. “Se generan temperaturas 10 veces la temperatura del centro del sol”. Es el proceso que se ensaya en el ITER, el proyecto en el que colaboran 35 países, la gran mayoría de la comunidad científica.
Hablamos de temperaturas de al menos 150 millones de grados centígrados. Eleonora Viezzer explica que, “como no hay ningún material que pueda aguantar estas temperaturas tan extremas, tenemos que confinar nuestro plasma dentro de una jaula magnética. Pero el plasma no puede tocar las paredes. Con campos magnéticos, intentamos levitarlo para que no las toque”.
En el confinamiento inercial, la técnica que han utilizado ahora, se utilizan grandes láseres. Es lo que han hecho en el laboratorio de California. En este proceso “se parte de pequeñas bolitas de combustible que son implosionadas por láseres de alta potencia”, explica Hidalgo, para que se entienda. El objetivo es “comprimir la materia hasta alcanzar elevadísimas densidades que permitan la fusión”.
Pero “conseguir la fusión nuclear requiere, no solo alcanzar estas condiciones de energía, sino integrar este logro con la tecnología de un reactor de fusión nuclear”, advierte Hidalgo. Es decir, lo que se ha conseguido ahora es un paso clave, pero faltan muchos más “para poder conseguir energía rentable y masiva para usar en nuestros hogares”. Esa integración científico-tecnológica “está por hacer”. Y hablamos de décadas todavía.
Hidalgo explica que, en el confinamiento magnético, la parte tecnológica está más avanzada. Asegura que, “según la actual hoja de ruta europea hacia la energía de fusión nuclear, está previsto empezar la construcción de un reactor para 2040”.
La fusión inercial requiere más tiempo, asegura. Volviendo a esas pequeñas bolitas implosionadas por láseres de alta potencia, Hidalgo explica que, “para tener un reactor en base a esa fusión inercial, haría falta implosionarlas con una frecuencia temporal inferior al segundo. Actualmente se consigue con una frecuencia de varias horas. La evolución de esta tecnología está todavía por conseguir”.
Pero, de una forma o de otra, todavía hay que lograr producir mucha más energía mediante fusión nuclear, en una escala mucho mayor. Si hablamos de futuras centrales eléctricas, se necesitaría mucha mayor ganancia de energía. Y no sólo eso. El gran desafío es poder mantenerla el tiempo suficiente para alimentar las redes eléctricas y los sistemas de calefacción de todo el mundo.
Además, cada experimento que se realiza es muy costoso, por lo que también es clave reducir su coste, para que pudiera acabar utilizándose de forma comercial en el futuro.
La fusión nuclear, a diferencia de la fisión, no se autoalimenta. Es un proceso mucho más seguro, por tanto. Cuando dejas de alimentar el proceso, se detiene. Además, los materiales utilizados para este proceso tienen una vida media mucho más corta que los utilizados en la fisión. La fusión no produce residuos radioactivos como los de la fisión nuclear, por lo que es una energía mucho más limpia.
“La fusión nuclear tiene el potencial de resolver el problema energético mundial y cubrir también la demanda energética mundial. Podemos ver un futuro seguro de nuestra generación y también de las próximas generaciones“, asegura Eleonora Viezzer.
Puede que nosotros lo veamos o no, pero "que el ser humano ponga esfuerzo en conseguir objetivos trascendentales para el bienestar de la humanidad pensando en las siguientes generaciones tiene un carácter ético importante”, advierte Hidalgo. Puede “que seamos los impulsores de una solución de la que van a disfrutar nuestros hijos”, asegura el investigador.