Fusión nuclear, todo el mundo quiere tener su propio sol

Imagine uno de esos imanes con forma de herradura, pero tan grande como un edificio de cinco plantas y capaz de hacer levitar a un portaaviones. ¿Lo visualiza? Piense ahora en un horno de microondas, también enorme, y tan potente que es capaz de calentar una sopa a 150 millones de grados, diez veces la temperatura del interior del Sol. Son dos ejemplos que sirven para hacerse una idea de los desafíos de ingeniería que supone la fusión nuclear, una vieja aspiración de los científicos desde los años sesenta. Aunque compartan el apellido 'nuclear', no hay que confundir a la fusión con la fisión. Esta consiste en separar los átomos de elementos pesados, como el uranio o el plutonio. Las centrales nucleares actuales son de fisión. Por el contrario, la fusión une los átomos de los elementos ligeros. Pues bien, nada más ligero y abundante en el universo que el hidrógeno. Si juntamos dos átomos de hidrógeno (y aplicamos una presión y una temperatura descomunales), se funden y forman un átomo más pesado: el helio. Y este proceso libera energía. ¿Cuánta? Un gramo de este combustible produce tanta como ocho toneladas de petróleo. Sin emisiones de carbono y sin peligro de accidentes radiactivos, aunque es cierto que se liberan unos cuantos neutrones que se estrellan contra las paredes del reactor y, al cabo de un siglo, hay que cambiarlas porque se degradan. En cuanto a la radiactividad, más o menos es la que se produce en un tratamiento de radioterapia contra el cáncer.

Humor de físicos

En teoría, ya podríamos estar disfrutando de este chollo energético porque entendemos sus fundamentos. En la práctica, todo son complicaciones. Tantas que los físicos solían contar un chiste: «Estamos a treinta años de la fusión nuclear... y siempre lo estaremos». El principal escollo es que no salen las cuentas. Hasta la fecha, para encender el 'sol artificial' y mantener el plasma caliente y confinado hace falta mucha más energía que la que se llegará a liberar. Es decir, el rendimiento neto es negativo. Pero hoy nadie hace chistes. «Los avances tecnológicos y la inversión privada indican que va a ocurrir mucho antes de lo que esperábamos. En esta década tendremos prototipos funcionando y antes de 2035 habrá plantas comerciales de producción eléctrica por fusión», asegura Pablo Rodríguez-Fernández, ingeniero madrileño en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Boston, donde participa en uno de los proyectos que lideran la carrera mundial, el tokamak (como se conoce al tipo más común de estos reactores) SPARC, que desarrolla la empresa Commonwealth Fusion Systems con el MIT y que está respaldado por Bill Gates.

La competencia es feroz. Hay 35 compañías privadas desarrollando reactores en colaboración con universidades y centros de investigación. Media docena están en fases avanzadas y cuentan con apoyos como el de Jeff Bezos, Google y otros grandes de Silicon Valley; fondos soberanos de gobiernos, inversores de capital riesgo y gigantes del gas y el petróleo que pretenden dar el salto a energías limpias. Y, además, están los chinos...

El sol de China calienta más...

El 'sol artificial' de China acaba de batir todas las marcas. El 30 de diciembre fue capaz de mantener un plasma (un estado de la materia parecido al gaseoso, pero tan comprimido que se convierte en un fluido cargado eléctricamente) a 70 millones de grados durante 17 minutos. El plasma tiene un comportamiento salvaje, con deflagraciones parecidas a las llamaradas solares. Un equipo francés consiguió en 2003 estabilizar esa especie de ardiente y cremosa 'vichyssoise' durante seis minutos, el récord anterior. Para producir electricidad, hace falta que el plasma se mantenga bajo control indefinidamente.

China es el país que más contamina del mundo, pero también es el que más invierte en energías renovables. Sus recientes éxitos en el campo de la fusión nuclear están espoleando a los demás. Los expertos, no obstante, advierten de que hay que esperar a que se publiquen los resultados en revistas científicas para discernir cuánto hay de verdad y cuánto de propaganda.

Y los recientes avances técnicos han desatado la euforia: una nueva generación de superconductores de altas temperaturas y la inteligencia artificial aplicada a los modelos de simulación matemática, entre otros. Rodríguez-Fernández es el autor principal del trabajo que demuestra que el reactor SPARC puede producir diez veces más energía de la que consume. Esto, en esencia, valida su viabilidad comercial. ¿Qué ha sucedido para que, ahora sí, sea factible?

Hasta hace pocos años el grueso de la investigación lo acaparaba el proyecto ITER, una iniciativa grandiosa con fondos públicos en la que participan 35 países (entre ellos, España) y que lleva gastados 25.000 millones de dólares. Nació con el final de la Guerra Fría, cuando los presidentes Ronald Reagan y Mijaíl Gorbachov acordaron colaborar para un proyecto que uniese a la humanidad. «Pero las limitaciones técnicas de la época hicieron que se optase por una estructura faraónica. Un reactor enorme que, gracias a sus dimensiones, puede generar los campos magnéticos necesarios para la fusión y que se está construyendo en el sur de Francia. Con los nuevos superconductores, sin embargo, se pueden crear campos magnéticos igual o más intensos, pero a mucha menor escala, abaratando así los costes», explica Rodríguez-Fernández. 

Lo mismo que la vacuna

ITER está lastrado, además, por la burocracia internacional. «Y es meramente experimental, no comercial. Para llegar a modelos comerciales con esa tecnología habría que esperar hasta 2060. Sin embargo, ITER ha sido muy positivo porque de sus investigaciones nos hemos beneficiado todos. El reactor de tipo tokamak, aunque mucho más pequeño, tiene detrás de sí unos fundamentos muy robustos». Se han fabricado más de 200 a lo largo de la historia. La mayoría tiene forma de donut y consiste en una cámara donde se ha practicado el vacío y que está rodeada de un fortísimo campo magnético para enjaular al plasma. Se inyecta hidrógeno, al que se aplican pulsos eléctricos. El gas se calienta y los átomos se fusionan. Otras compañías están arriesgando con variaciones al tokamak o con modelos muy diferentes. «En cierto modo, con la fusión nuclear está pasando como con la carrera por la vacuna, que fue un éxito porque se combinaron la colaboración científica y una fuerte competencia. La comunidad internacional que trabaja en la fusión también es muy solidaria, aunque con la llegada de capital privado se lleva más cuidado a la hora de revelar ciertas informaciones que afectan a la propiedad intelectual».

¿Llegará la fusión a tiempo para frenar el cambio climático? «Es la gran pregunta. A nivel personal, lo que más me motiva es poder hacer algo útil por el futuro de la humanidad. Pero necesitamos actuar ya. Hay que seguir apostando por las energías renovables mientras llega la fusión, que debe estar operativa en una década, pero no hay que desdeñar la fisión, que es nuestra mejor apuesta a corto plazo para conseguir las cero emisiones. No es bueno poner todos los huevos en la misma cesta», advierte Rodríguez-Fernández.

General Fusion, en Vancouver (Canadá), es la compañía por la que apuesta Jeff Bezos y desarrolla un reactor de gran potencia. El plasma se inyecta en una cavidad forrada de plomo y litio líquido. Unos pistones lo comprimen durante veinte milisegundos para calentarlo. El prototipo se terminará en 2025.

TAE Technologies (California) calcula que en cinco años será capaz de mantener reacciones de fusión estables y en diez tendrá un prototipo comercial de su reactor. La empresa está financiada por Alphabet (la compañía matriz de Google) y fondos soberanos. 

Bill Gates y la petrolera italiana Eni respaldan el proyecto de Commonwealth Fusion Systems (Boston), una start-up formada por ingenieros y físicos del MIT, institución que desarrolla el reactor de pruebas SPARC, un 'sol low cost' (400 millones de dólares) que aprovecha la tecnología de superconductores.

El tokamak EAST chino ha conseguido calentar un bucle de plasma a temperaturas cinco veces superiores a la del sol (70 millones de grados) durante 1056 segundos. Es un récord mundial. China lleva invertidos mil millones de dólares en este reactor experimental ubicado en Heféi.

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