Una pieza clave en la mayor revolución energética de la historia

Al famoso físico ruso Lev Artsimovich, que dirigió el programa soviético de fusión nuclear entre 1951 y 1973, le preguntaron en cierta ocasión cuándo estaría operativa la prometedora fuente de energía en la que trabajaba. "Cuando la humanidad la necesite, tal vez un poco antes", fue su célebre respuesta.

Una broma recurrente entre los expertos es que siempre faltan 50 años. Sin embargo, hay razones para pensar que por fin los plazos se acortan y que en las próximas décadas se van a poner en marcha los primeros reactores comerciales de fusión, un reto científico y tecnológico formidable para disponer de una energía limpia, barata y potencialmente inagotable.

El proyecto internacional ITER, que se está construyendo en Francia, participado por China, Corea del Sur, Estados Unidos, Europa, India, Japón y Rusia, ha fijado un calendario para demostrar que es posible producir energía de forma comercial mediante fusión de núcleos de hidrógeno. El posterior proyecto DEMO suministrará por primera vez megavatios a la red eléctrica, previsiblemente en la década de 2040.

Sin embargo, hay otra pieza clave para llegar a ese histórico momento: se llama IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) en su fase EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity) y se coordina desde Rokkasho (Japón) bajo la dirección del físico e ingeniero español Juan Ramón Knaster.

El científico José Ramón Knaster. José Pichel

"ITER nos enseñará cómo confinar el plasma de las reacciones de fusión, así que sabremos hacer el contenido, pero a día de hoy aún no sabemos cómo hacer el continente", explica a EL ESPAÑOL. Esa es la principal misión de IFMIF: caracterizar los materiales que podrían exponerse a las reacciones de fusión y contribuir a encontrar otros mejores para construir un reactor viable económicamente, al reducir las necesidades de mantenimiento.

La fusión

En una central nuclear actual, la energía se produce por la fisión del uranio, es decir, un neutrón rompe el núcleo del átomo de uranio en dos núcleos más ligeros, que son radiactivos y liberan nuevos neutrones que, a su vez, colisionan con otros núcleos de uranio en tiempos cortísimos, desencadenando lo que se conoce como reacción en cadena.

En cambio, la fusión es el fenómeno contrario, dos núcleos de hidrógeno se unen para formar helio, un proceso que libera una enorme cantidad de energía. De hecho, la fusión de núcleos ligeros produce la energía de las estrellas, como el Sol. Ese es el proceso que los científicos quieren imitar en la Tierra fusionando deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno que presentan, respectivamente, uno y dos neutrones en el núcleo del átomo junto al protón.

El deuterio es un átomo estable, está presente en la naturaleza, se puede extraer del agua, de manera que sería una fuente de combustible casi inagotable, mientras que el tritio se producirá artificialmente a partir de litio durante la operación del futuro reactor.

El resultado de la fusión entre los núcleos de deuterio y tritio es un núcleo de helio, un gas inocuo, y un neutrón muy caliente, cuya energía es la que se utilizará para la generación eléctrica con el mismo método de las centrales térmicas actuales: vapor que mueve una turbina conectada a un alternador. "Para poder captar la energía hay que absorber el neutrón que se libera y queremos desarrollar materiales que lo hagan sufriendo una mínima degradación, ya que los actuales durarían pocos años", señala Knaster, empleado de Fusion for Energy (F4E), el organismo de la Unión Europea encargado de la contribución de Europa al ITER.

Acelerador de partículas

El problema es cómo obtener una fuente de neutrones de características similares a la que produciría un futuro reactor y así probar el comportamiento de distintos materiales. La idea surgió en los años 70 en Estados Unidos, pero la tecnología no estaba preparada hasta ahora. Se conseguirá con un acelerador de deuterones (iones de deuterio) que impacten en una pantalla de litio líquido. Tanto el acelerador como la pantalla de litio líquido tienen unas características que los hacen únicos en el mundo, al límite de lo que la tecnología actual puede conseguir.

Knaster, que también trabajó en el CERN en el diseño y construcción del LHC, explica que el acelerador de su proyecto es muy diferente. En lugar de circular, será lineal, pero sobre todo destacará por ser "el de mayor corriente con núcleos de hidrógeno que se haya construido nunca".

Este gran proyecto internacional se enmarca dentro del Broader Approach Agreement, un acuerdo entre la Unión Europea y Japón en el que participan seis países europeos (Alemania, Bélgica, España, Francia, Italia y Suiza). En concreto, en el diseño de los componentes del acelerador están especialmente involucrados Italia, Francia y España.

Beneficios para la industria española

El Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) coordina la aportación española, que tiene importantes repercusiones para la industria nacional. "Ha permitido a España meter la cabeza en terrenos tecnológicos que hasta ahora nos estaban vedados porque no teníamos experiencia en las licitaciones internacionales", destaca Knaster.

En particular, el desarrollo del acelerador de alta corriente, rompiendo las fronteras tecnológicas actuales, tendrá múltiples aplicaciones más allá de este proyecto, ya que podría emplearse en medicina para tratamientos anticancerígenos o en el estudio de la transmutación de materiales para resolver el problema de los residuos radiactivos.

El científico español dirige en Japón a más de 50 investigadores, a los que hay que sumar unos 300 más que trabajan desde los países europeos que forman parte del proyecto. En la actualidad, se discute la posibilidad de construir una fuente de neutrones basada en los logros de IFMIF/EVEDA. Posiblemente, se llamará IFMIF-DONES y, si se ubica en Europa, España es uno de los candidatos para albergarla.

Llega el momento

En opinión de Knaster, el momento que vaticinó Artsimovich está muy próximo, la humanidad está empezando a necesitar la energía de fusión. "Ya hay un consenso sobre el impacto que tienen los combustibles fósiles en el cambio climático y las energías renovables llegan hasta donde llegan, ningún país basará jamás su modelo energético en ellas, por la noche no hay sol y los vientos no son constantes, es necesario un suministro estable", comenta.

Ante este panorama, la actual energía nuclear de fisión es "un mal menor" que no deja de implicar riesgos, como bien saben en Japón tras los sucesos de Fukushima, y que depende de las reservas de uranio, no muy abundantes. Por el contrario, un reactor de fusión es "como un inmenso microondas", no puede desencadenar la reacción en cadena descontrolada característica de los accidentes nucleares, no deja desechos radiactivos de larga duración y utiliza combustibles económicos y casi inagotables.