La energía de fusión nuclear también es conocida como la energía de las estrellas, en alusión a que esta reacción es la que genera la energía que recibimos del Sol. Los científicos llevan décadas tratando de reproducir en la Tierra este proceso, que consigue fusionar átomos de hidrógeno gracias a la acción de la gravedad y altísimas temperaturas. A día de hoy, hay varios proyectos en marcha en los que están involucrados decenas de países pero para que un día existan reactores de fusión capaces de generar electricidad aún quedan décadas.
El más ambicioso es ITER: desde 1985, investigadores de la Unión Europea, India, Japón, Corea, Rusia, China y EEUU trabajan en la construcción de un gigantesco dispositivo experimental (el tokamak más grande del mundo, según el término que en su día se acuñó en la URSS) para tratar de generar energía de fusión. Es la pata principal de un gran proyecto que implica la construcción en el futuro de DEMO, el que sería el primer reactor de fusión capaz de generar electricidad de forma estable y que necesita para entrar en marcha de otra instalación experimental que está ya construyéndose en Granada, IFMIF DONES. La misión del acelerador de partículas español será probar materiales que sean capaces de soportar las reacciones que se producirán en el futuro reactor.
¿Por qué aún no se ha logrado el sueño de la fusión nuclear pese a décadas de investigación e inversiones millonarias? ¿Cuáles son los principales retos a los que se enfrentan los científicos que desde hace décadas investigan sobre una energía que sería prácticamente inagotable, más potente que la nuclear y que no generaría residuos radiactivos?
Moisés Weber, Adjunto al Director de IFMIF-DONES España, resume en cuatro los principales desafíos a los que se enfrentan los científicos para lograr un objetivo que se aspira a conseguir este siglo:
1. ¿Cómo confinar la energía?
Conseguir una reacción de fusión requiere unas condiciones "muy exigentes", fundamentalmente unas altísimas temperaturas (150 millones de grados) y una enorme presión. "Si queremos hacer una salsa, no basta con poner los ingredientes en la cazuela; hay que calentarlos, removerlos…", ejemplifica Weber. "Necesitamos acercar mucho los núcleos de átomos que queremos fusionar, (deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno) para que se unan. Para eso hay que vencer las fuerzas de repulsión entre ellos. Nuestro caldo es un estado de la materia al que llamamos plasma (como una sopa de electrones e iones) que tiene que encontrarse en unas determinadas condiciones para favorecer la reacción de fusión", señala el experto. Es necesario, cuenta, que las partículas del plasma "se muevan a mucha velocidad para que cuando se encuentren, se queden incrustadas unas con otras y den lugar a nuevas partículas y mucha energía".
El desafío consiste no sólo en crear "las condiciones de la reacción" sino en que se mantengan, señala Weber, que las partículas "no se escapen de la reacción" sino que "se queden ayudando a que haya más reacciones".
"Para conseguir esto, utilizamos potentes campos magnéticos que las contienen" pero es necesario "encontrar la forma de reducir mucho la cantidad de partículas que se escapan, llevándose parte de la energía consigo (y enfriando la cazuela, como cuando "se sale el agua" al hervir)". Entre las estrategias está aumentar el tamaño del reactor: "Cuanto mayor es nuestro reactor, más partículas rodean a cualquier otra partícula que quiera escapar y de este modo le va a resultar más difícil hacerlo". "Si conseguimos aumentar los campos magnéticos, no necesitaremos aumentar tanto el tamaño", cuenta Weber, que insiste en que "confinar un plasma de fusión, de forma estable y rentable supone un inmenso desafío".
2. La alimentación del reactor y el "tubo de escape"
Para que se genere una reacción de fusión es necesario "aportar constantemente pequeñas cantidades de sus ingredientes, deuterio y tritio. Mientras que el deuterio es barato y se encuentra fácilmente en la naturaleza, el tritio se obtiene a través del litio. "La mejor forma de obtenerlo", señala el investigador, "es producirlo directamente dentro del propio reactor bombardeándolo con neutrones obtenidos de la propia reacción. El reto ahora es "desarrollar la tecnología necesaria para acercar el litio al núcleo del reactor" y "para extraer el tritio, almacenarlo y poder volver a inyectarlo". Se trata, cuenta, "de tecnologías completamente nuevas y desafiantes".
También supone "un gran desafío" el diseño del divertor, algo así como el "tubo de escape" del futuro reacción de fusión, por donde se extraerán los desechos de la reacción con el fin de que "no molesten a la siguiente reacción". "Al igual que los tubos de escape normales, es la parte del reactor que más se calienta y más sufre", señala.
3. Aprovechar la energía
Weber explica que para que la energía de fusión sea útil, tenemos que ser capaces de "extraerla de forma continua y convertirla en energía eléctrica". "Esto se hace en todas las centrales térmicas, ya sean nucleares, de gas, petróleo o carbón. Básicamente, se usa el calor de la reacción para calentar agua y convertirla en vapor, que a su vez se usa para mover una turbina con un generador eléctrico, es decir, una gigantesca dinamo, como la de un bicicleta. Sin embargo, para calentar el agua es necesario extraer el calor del reactor y esto no es un reto sencillo", cuenta.
En el caso de la fusión nuclear, "la energía que desprende puede ir en forma de radiación de distintos tipos o en forma de partículas aceleradas (de helio, por ejemplo). Esto implica que se requieren tecnologías específicas para extraer la energía de la forma óptima con el fin de mejorar el rendimiento de la planta. Es otro gran reto".
4. Los materiales
El último gran desafío es encontrar los materiales que resistan un proceso tan complejo. "Cuando hablamos de energía de fusión, muchos desarrollos están en el límite de la tecnología o más allá", explica Weber, que cuenta que en estos retos "siempre llega un momento, en el que los materiales nos ponen límites". "Da igual cuánta energía sea capaz de generar si no puedo construir un cable que la pueda transmitir, o da igual cuánta potencia pueda darle a un cohete si sus materiales no aguantan más velocidad", explica.
En fusión, el límite lo ponen los materiales que tendrán que soportar las peores condiciones de la reacción de fusión, como, por ejemplo, el divertor. Es aquí donde entra en juego la instalación que se quiere levantar en el pueblo granadino de Escúzar: IFMIF DONES tendrá la misión de "probar materiales para un reactor de fusión, sin tener un reactor de fusión", con el fin de "comprobar si pueden soportar las condiciones de una central de energía de fusión".
"El enorme tamaño del proyecto IFMIF-DONES da una idea de la importancia que tienen estos materiales para la energía de fusión y el ingente reto al que nos enfrentamos", cuenta.
En cuanto al tipo de materiales que van a probarse, Iván Podadera, responsable de Ingeniería de los Sistemas del Acelerador, señala a LD que se trata de materiales estructurales pero "también de todos los otros materiales (metales, cerámicas, fibras…) cercanos a donde se producirá la fusión, y que se verán sometidos a unas condiciones únicas, que no se pueden simular en ningún lugar del mundo".
"Ahora mismo, conocemos bien lo que sucede con ellos hasta un cierto nivel de daño, pero ninguna otra instalación puede producir el mismo tipo de daño que en los reactores de fusión, e IFMIF-DONES viene a llenar ese hueco", destaca.