La ciencia da un salto de gigante para lograr el sueño de la energía limpia e ilimitada por fusión

Provocar y controlar la fusión nuclear es "uno de los grandes desafíos de la humanidad" ya que supone manipular "la energía que mantiene vivo al universo", en palabras de Carlos Hidalgo, director del Laboratorio Nacional de Fusión Nuclear (LNF), que forma parte del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat). Estamos hablando por tanto de un "paso de gigante", si bien los especialistas invitan a la prudencia antes de pensar en ver reactores de fusión nuclear conectados a la red eléctrica. Todavía hay retos de integración tecnológica, advertía el director del LNF, que "llevará tiempo" resolver.

"Es un gran hito, no solo para nosotros los científicos sino también para la sociedad", se congratula Eleonora Viezzer, investigadora del Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla, y ganadora del Premio de Física otorgado por la Fundación BBVA y la Real Sociedad Española de Física (RSEF). "Aparte de ser la fuente de energía de las estrellas, la fusión nuclear es el Santo Grial de las nuevas energías y una de las grandes esperanzas de la humanidad para resolver la crisis energética que estamos viviendo".

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Viezzer, que desarrolla su propio proyecto de fusión nuclear impulsado por una Beca Leonardo de la Fundación BBVA, subraya la cualidad "prácticamente inagotable" de esta fuente de energía, ya que el hidrógeno se encuentra en abundancia. La investigadora aboga por un 'mix energético' de energías 'limpias y seguras' entre las que se encuentra la fusión nuclear, que no produce residuos radiactivos ni emite gases de efecto invernadero. En ese sentido, permitiría abordar "la problemática de la dependencia del gas", algo "importante" con la actual situación política.

La ventaja estratégica de contar con una energía que no dependa de los combustibles fósiles y permita el desarrollo económico sin poner en peligro los objetivos climáticos del Acuerdo de París ha sobrevolado el anuncio de la Casa Blanca. La invasión rusa de Ucrania y el chantaje en el suministro de gas y petróleo emprendido por Moscú ha acuciado también el anuncio científico, según los analistas. Aunque los países europeos y asiáticos también siguen sus propios proyectos de fusión, la administración Biden ha invertido 370.000 millones de dólares en energías renovables, y ha aprovechado el anuncio para destinar otros 624.000 millones más.

Descripción de la fusión por confinamiento inercial.

Confinamiento inercial vs. confinamiento magnético

José Manuel Perlado Martín, presidente del Instituto de Física Nuclear Guillermo Velarde (IFN-GV) de la Universidad Politécnica Madrid (UPM), es uno de los que considera "exagerado" calificar el hallazgo de 'Santo grial', al menos en términos absolutos. "Lo que se ha demostrado es que el mecanismo de la fusión por confinamiento inercial se entiende, se puede replicar y se puede esperar ganar más energía a medida que se refine". Esta técnica emplea una cápsula de tamaño milimétrico, con un núcleo de deuterio-tritio en forma de hielo y un recubrimiento de otros materiales, como el berilio o el carbono de alta densidad.

Esta esfera, de apenas "unos miligramos" de peso, se coloca en el interior de un cilindro, el hohlraum, y se convierte en el blanco de los disparos de láser, que se suceden en fracciones de segundos. "Al irradiarla, la parte exterior se eleva a temperaturas altísimas y se transforma en un gas ionizado, el plasma, que vuela hacia el exterior", explica Perlado. "El resto de la cápsula se comprime hasta alcanzar una densidad de casi mil gramos por cm3". Temperatura y presión se aúnan para alcanzar el punto de fusión, pero este experimento ha producido algo más. "La palabra clave aquí es la ignición, el proceso por el que obtengo más de lo que doy".

Los láseres disparados dentro del hohlraum se transforman en rayos X que generan plasma supercaliente y comprimen la cápsula, provocando la fusión. LLNL.

El IFN-GV ha colaborado con proyectos de fusión inercial en EEUU "desde los años 80", confirma Perlado, y la lista de pasos pendientes tras este 'gran salto' es ingente. "Necesitamos fuentes de luz (láser, rayos X, iones) capaces de generar mucha energía en rápidas repeticiones, de una a diez veces por segundo. Necesitamos producir e inyectar blancos -cápsulas- a la misma velocidad que los disparos. Debemos diseñar toda la cámara para recuperar la energía. Y todavía no tenemos la ciencia básica para desarrollar toda esa tecnología".

El enfoque europeo, mediante el consorcio EUROFUSIÓN, se concentra "desde sus inicios" en una técnica alternativa, la fusión por confinamiento magnético. La respuesta a la NIF es el International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), que pronto estará completado en Cadarache (Francia). Con esta técnica, se conducen por un circuito de forma toroidal las partículas cargadas de baja densidad del plasma a cientos de millones de grados de temperatura mediante campos electromagnéticos. Al dar vueltas en el circuito, las partículas chocan y se produce la fusión.

Instalación experimental de plasmas para fusión nuclear en Cadarache, Francia, sede del proyecto ITER.

"Con el confinamiento magnético, los pulsos son un poquito más largos", apunta Viezzer, que espera que el ITER produzca su primer plasma antes de que acabe la década. Perlado apunta que hay múltiples líneas de investigación en fusión nuclear, "y de todas ellas se aprende". Así, cita la línea magnética de Pablo Rodríguez del MIT, "un reactor tokamak 'compacto', con altísimas intensidades de campo". El JET de Reino Unido, el reactor que ha batido récords energéticos, "es una esfera". Y el reverse field pinch, "una idea que se planteó en los 70", se ha recuperado en países como Japón.

El programa público europeo plantea el primer reactor demostrador de potencia (DEMO) entre el 2060 y el 2070. Sin embargo, ambos investigadores señalan que la colaboración público-privada, y también el impulso en Defensa que ha dado EEUU, pueden dar resultados prácticos en 20 años. "Con la inversión apropiada podríamos ir mucho más rápido. Con las tecnologías que tenemos, esperamos poder generar electricidad en la próxima década. Espero que con esta noticia haya más financiación para la fusión nuclear y que se pueda conseguir cuanto antes", concluye Viezzer.