Agencias de NoticiasDicen que la fusión nuclear ha estado “a 20 años de distancia” durante más de 50 años, así que ¿estamos realmente más cerca ahora?
George R. Tynan y Farhat Beg: La forma en que los científicos piensan sobre la fusión cambió para siempre en 2022, cuando lo que algunos llamaron el experimento del siglo demostró por primera vez que la fusión puede ser una fuente viable de energía limpia.
El experimento, en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, mostró la ignición: una reacción de fusión que genera más energía de la que se introduce.
Además, los últimos años se han caracterizado por una ganancia inesperada de miles de millones de dólares de inversión privada en el campo, principalmente en los Estados Unidos.
Pero es necesario abordar toda una serie de desafíos de ingeniería antes de que la fusión pueda ampliarse para convertirse en una fuente segura y asequible de energía limpia prácticamente ilimitada. En otras palabras, es la hora de la ingeniería.
Como ingenieros que hemos estado trabajando en la ciencia fundamental y la ingeniería aplicada en la fusión nuclear durante décadas, hemos visto que gran parte de la ciencia y la física de la fusión alcanzaron la madurez en los últimos 10 años.
Pero para que la fusión sea una fuente viable de energía comercial, los ingenieros ahora tienen que abordar una serie de desafíos prácticos. El que Estados Unidos aproveche esta oportunidad y se convierta en el líder mundial en energía de fusión dependerá, en parte, de cuánto esté dispuesto a invertir el país en la solución de estos problemas prácticos, en particular mediante asociaciones público-privadas.
Construcción de un reactor de fusión
La fusión se produce cuando dos tipos de átomos de hidrógeno, deuterio y tritio, chocan en condiciones extremas. Los dos átomos se fusionan literalmente en un solo átomo al calentarse hasta 180 millones de grados Fahrenheit (100 millones de grados Celsius), diez veces más caliente que el núcleo del Sol. Para que se produzcan estas reacciones, la infraestructura de energía de fusión tendrá que soportar estas condiciones extremas.
Hay dos enfoques para lograr la fusión en el laboratorio: la fusión por confinamiento inercial, que utiliza potentes láseres, y la fusión por confinamiento magnético, que utiliza potentes imanes.
Si bien el “experimento del siglo” utilizó la fusión por confinamiento inercial, la fusión por confinamiento magnético aún tiene que demostrar que puede alcanzar el punto de equilibrio en la generación de energía.
Varios experimentos financiados con fondos privados tienen como objetivo lograr esta hazaña a finales de esta década, y un gran experimento con apoyo internacional en Francia, ITER, también espera alcanzar el punto de equilibrio a finales de la década de 2030. Ambos utilizan la fusión por confinamiento magnético.
Desafíos futuros
Ambos enfoques de la fusión comparten una serie de desafíos que no serán baratos de superar. Por ejemplo, los investigadores necesitan desarrollar nuevos materiales que puedan soportar temperaturas extremas y condiciones de irradiación.
Los materiales del reactor de fusión también se vuelven radiactivos al ser bombardeados con partículas altamente energéticas. Los investigadores necesitan diseñar nuevos materiales que puedan desintegrarse en unos pocos años a niveles de radiactividad que puedan eliminarse de manera segura y más fácil.
Producir suficiente combustible y hacerlo de manera sostenible también es un desafío importante. El deuterio es abundante y se puede extraer del agua corriente, pero aumentar la producción de tritio, que normalmente se produce a partir del litio, resultará mucho más difícil. Un solo reactor de fusión necesitará entre cientos de gramos y un kilogramo de tritio al día para funcionar.
En la actualidad, los reactores nucleares convencionales producen tritio como subproducto de la fisión, pero no pueden proporcionar suficiente para mantener una flota de reactores de fusión.
Por lo tanto, los ingenieros tendrán que desarrollar la capacidad de producir tritio dentro del propio dispositivo de fusión. Esto podría implicar rodear el reactor de fusión con material que contenga litio, que la reacción convertirá en tritio.
Para aumentar la escala de la fusión inercial, los ingenieros tendrán que desarrollar láseres capaces de golpear repetidamente un objetivo de combustible de fusión, hecho de deuterio y tritio congelados, varias veces por segundo aproximadamente. Pero ningún láser es lo suficientemente potente para hacer esto a esa velocidad, todavía. Los ingenieros también tendrán que desarrollar sistemas de control y algoritmos que dirijan estos láseres con extrema precisión hacia el objetivo.
Además, los ingenieros tendrán que aumentar la producción de objetivos en órdenes de magnitud: de unos pocos cientos hechos a mano cada año con un precio de cientos de miles de dólares cada uno a millones que cuestan solo unos pocos dólares cada uno.
Para la contención magnética, los ingenieros y los científicos de materiales tendrán que desarrollar métodos más efectivos para calentar y controlar el plasma y materiales más resistentes al calor y la radiación para las paredes del reactor. La tecnología utilizada para calentar y confinar el plasma hasta que los átomos se fusionen debe funcionar de manera confiable durante años.
Estos son algunos de los grandes desafíos. Son difíciles, pero no insuperables.
Panorama actual de financiación
Las inversiones de empresas privadas a nivel mundial han aumentado: es probable que sigan siendo un factor importante que impulse la investigación sobre fusión. Las empresas privadas han atraído más de 7.000 millones de dólares en inversiones privadas en los últimos cinco años.
Varias empresas emergentes están desarrollando diferentes tecnologías y diseños de reactores con el objetivo de añadir fusión a la red eléctrica en las próximas décadas. La mayoría tienen su sede en Estados Unidos, y algunas en Europa y Asia.
Si bien las inversiones del sector privado han aumentado, el gobierno estadounidense sigue desempeñando un papel clave en el desarrollo de la tecnología de fusión hasta este momento. Esperamos que siga haciéndolo en el futuro.
Fue el Departamento de Energía de Estados Unidos el que invirtió alrededor de 3.000 millones de dólares para construir la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore a mediados de la década de 2000, donde tuvo lugar el “experimento del siglo” 12 años después.
En 2023, el Departamento de Energía anunció un programa de cuatro años y 42 millones de dólares para desarrollar centros de fusión para la tecnología. Si bien esta financiación es importante, probablemente no será suficiente para resolver los desafíos más importantes que aún enfrenta Estados Unidos para emerger como líder mundial en energía de fusión práctica.
Una forma de crear alianzas entre el gobierno y las empresas privadas en este ámbito podría ser crear relaciones similares a las que existen entre la NASA y SpaceX. Como uno de los socios comerciales de la NASA, SpaceX recibe financiación tanto del gobierno como privada para desarrollar tecnología que la NASA pueda utilizar. Fue la primera empresa privada en enviar astronautas al espacio y a la Estación Espacial Internacional.
Al igual que muchos otros investigadores, somos cautelosamente optimistas. Nuevos resultados experimentales y teóricos, nuevas herramientas e inversiones del sector privado se suman a nuestra creciente sensación de que el desarrollo de la energía de fusión práctica ya no es una cuestión de si, sino de cuándo.
Agencias de Noticias
Rafael Oseguera
Enigma 900
Jorge P. Luevano
