Posiblemente, de todos los problemas que ahora mismo enfrentamos como sociedad, la crisis energética es uno de los más determinantes. De cómo la abordemos dependerá nuestro futuro como humanidad. Y es que posiblemente sigamos aquí tras un colapso energético, pero seremos diferentes, como también lo seremos en función del conjunto de soluciones que logremos implementar. Entre ellas, una de las más soñadas es la energía nuclear de fusión. Un proceso que no genera residuos, que es altamente rentable en términos energéticos y que parte de una materia prima bastante asequible: el hidrógeno. No obstante, estamos lejos de obtener una reacción de fusión nuclear capaz de producir energía neta a escala comercial. Aunque hoy está algo más cerca que ayer.

El equipo del ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) ha anunciado hoy un nuevo éxito: ya tiene todas las piezas para ensamblar el corazón de su “sol artificial”, un reactor nuclear de fusión con propósitos no comerciales en el que están colaborando potencias como Europa, Estados Unidos, China, Rusia, Japón y India o Corea del Sur. Porque, aunque parezca una alianza poco probable, el potencial beneficio de esta tecnología bien lo merece. En total son más de 30 países los que contribuyen en el desarrollo del reactor. Su corazón electromagnético, llamado “solenoide central”, está compuesto por seis módulos y, cuando esté en funcionamiento, será el imán más poderoso del planeta, capaz incluso de levantar un portaaviones.

Fisión y Fusión

Pero antes de seguir, aclaremos algunos conceptos. A comienzos del siglo XX, la energía nuclear representaba dos sueños contrapuestos. El primero era la fisión: romper átomos para liberar energía. En 1954, esta idea se materializó cuando se descubrió que bombardear átomos de uranio con neutrones los dividía, liberando más neutrones y, sobre todo, mucha energía en una reacción en cadena. Este proceso, eficaz, pero con residuos radiactivos y dependencia del uranio, se convirtió en la base de las centrales nucleares tradicionales y, sin duda, ha supuesto un enorme éxito energético.

El otro sueño surgió también en esos primeros años del siglo pasasdo, gracias al físico británico Arthur Eddington. En lugar de romper átomos, él imaginó una fuente de energía basada en su unión (fusión), como hacen las estrellas. Bajo altísimas presiones y temperaturas, los átomos de hidrógeno pueden vencer la repulsión que sienten entre sí y combinarse formando un átomo de helio, liberando una enorme cantidad de energía en el proceso. Esta fusión estelar es, en esencia, lo que alimenta el Sol, evitando que colapse bajo su propio peso.

Soles artificiales

Inspirados por este fenómeno natural, los científicos intentan desde hace décadas construir reactores de fusión. Sin embargo, aún no se ha logrado uno plenamente funcional. Los desafíos son enormes: primero, alcanzar temperaturas altísimas que transformen el gas en plasma; y segundo, mantener ese plasma estable sin que toque las paredes del reactor, usando complejos campos magnéticos, como en los diseños Tokamak (del ITER) y Stellarator.

Para ser más específicos, el ITER está diseñado para recibir unos pocos gramos de combustible de hidrógeno en la gigantesca cámara del Tokamak (con la forma de una rosquilla hueca). El sistema de imanes generará una corriente eléctrica que convertirá el gas en plasma, haciendo que los electrones de los átomos de hidrógeno fluyan “libremente” en una suerte de nube de partículas eléctricas. A continuación, los imanes generaran un campo magnético capaz de confinar el plasma ionizado, como si estuviera contenido entre unas paredes invisibles.

Va a nacer una estrella

Y ahora es cuando el “sol” nace, porque los sistemas de calentamiento elevan la temperatura del plasma hasta alcanzar 150 millones de grados Celsius. Esto es: unas diez veces más que en el núcleo de nuestra estrella. Solo entonces, a temperaturas y presiones tales, las partículas del plasma comienzan a fusionarse, formando átomos de hidrógeno liberando una enorme cantidad de energía térmica. Según las estimaciones, el reactor será capaz de producir 500 megavatios de energía con una entrada de, tan solo, 50 megavatios. Con unos resultados así en juego, es emocionante que ITER haya logrado completar el último módulo de su solenoide central.

Porque, aunque se han logrado avances prometedores, como generar más energía que la absorbida por los átomos de hidrógeno, estas pruebas se realizan en versiones reducidas no son aún escalables a nivel comercial. Hoy por hoy, seguimos invirtiendo mucha más energía de la que se obtiene, pero estas investigaciones son esenciales. Son pasos previos y necesarios para, algún día, hacer de la fusión una fuente de energía limpia, abundante y segura.

REFERENCIAS (MLA):

• Desde que apareció la primera central nuclear, estas se han vuelto muchísimo más seguras y la obtención de energía se ha optimizado. Como parte del mix energético, las centrales nucleares de fisión proporcionan un complemento interesante y que no emite más sustancias contaminantes que los residuos radiactivos, los cuales pueden ser almacenados y tratados de forma segura.

QUE NO TE LA CUELEN:

• ITER. Fusion energy: ITER completes world’s largest and most powerful pulsed magnet system with major components built by USA, Russia, Europe, China. ITER, 30 Apr. 2025. EurekAlert!, https://www.iter.org/news.
• Zylstra, A.B., Hurricane, O.A., Callahan, D.A. et al. Burning plasma achieved in inertial fusion. Nature601, 542–548 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04281-w
• Barbarino, Matteo. “Author Correction: A Brief History Of Nuclear Fusion”. Nature Physics, vol 16, no. 12, 2020, pp. 1238-1238. Springer Science And Business Media LLC, doi:10.1038/s41567-020-0966-x. Accessed 15 Sept 2021.
• Tollefson, Jeff. “US Achieves Laser-Fusion Record: What It Means For Nuclear-Weapons Research”. Nature, vol 597, no. 7875, 2021, pp. 163-164. Springer Science And Business Media LLC, doi:10.1038/d41586-021-02338-4. Accessed 15 Sept 2021.