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El sueño podría estar a punto de convertirse en realidad. Y después de más de dos décadas de intenso trabajo y resultados contradictorios, podríamos estar ya a las puertas del primer reactor nuclear de fusión viable, uno que produzca más energía de la que consume. Será, según una serie de siete nuevos estudios recién publicados en la revista Journal of Plasma Physics, en el año 2025. Si para entonces se consigue un reactor operativo, estaremos a un paso de ser capaces de generar una cantidad masiva de energía totalmente limpia.
La gran diferencia entre los actuales reactores de fisión nuclear y los de fusión es que los primeros obtienen energía a base de romper (fisionar) núcleos atómicos muy pesados, como los de uranio. Romper la cohesión de esos núcleos libera una gran cantidad de energía, pero también de peligrosa radiación.
La fusión nuclear, por el contrario, une núcleos atómicos muy ligeros para formar otros más pesados. Cuando la masa de los átomos resultantes es menor que la de los átomos que participaron en su creación, el exceso de masa se convierte en energía, liberando una cantidad extraordinaria de luz y calor y sin emitir radiación alguna. La fusión tampoco produce gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono, ni tampoco genera otros contaminantes. Y el combustible necesario, el hidrógeno, es lo suficientemente abundante en la Tierra como para satisfacer todas las necesidades energéticas de la humanidad durante millones de años.
A imagen y semejanza de las estrellas
Fusionar hidrógeno es, precisamente, lo que hacen el Sol y muchas estrellas para obtener su energía. Gracias a su enorme gravedad, en sus corazones ardientes los átomos de hidrógeno se unen y crean helio, liberando en el proceso, entre otras cosas, la energía necesaria para sostener la vida en nuestro planeta.
El principal problema para imitar ese proceso aquí, en la Tierra, es que, a falta de la inmensa gravedad solar, se necesita una enorme cantidad de energía para obligar a los átomos a fusionarse, cosa que ocurre a temperaturas de por lo menos 110 millones de grados. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que ese tipo de reacciones nucleares, las de fusión, son capaces de generar mucha más energía de la que requieren. Pero hasta ahora el balance había sido negativo. Es decir, se gastaba más energía para inducir la fusión de la que el propio proceso generaba.
«Prácticamente todos nosotros participamos en esta investigación -dice Martin Greenwald, físico del plasma del MIT, y uno de los líderes en el desarrollo del nuevo reactor- porque estamos tratando de resolver un problema global realmente serio. Queremos tener un impacto en la sociedad. Necesitamos una solución para el calentamiento global o, de lo contrario, la propia civilización estará en peligro. Y parece que esto podría ser una solución».
Otro de los problemas que se han tenido que afrontar durante los últimos 20 años es el del «confinamiento del plasma«. De hecho, no existe sobre el planeta un material capaz de contener un material, el plasma, a más de cien millones de grados. Por eso, la mayoría de los reactores experimentales de fusión utilizan un diseño ruso en forma de rosquilla llamado «tokamak», que usa poderosos campos magnéticos para confinar el plasma, una nube de gas ionizado, a temperaturas extremas, lo suficientemente altas como para que los átomos se fusionen.
El reactor SPARC, operativo en 2025
El nuevo reactor experimental, llamado SPARC, está siendo desarrollado por científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la empresa Commonwealth Fusion Systems. Si tiene éxito, SPARC se convertiría en el primer reactor capaz de utilizar el propio calor generado en las fusiones para mantener la fusión en marcha, sin necesidad de inyectar energía adicional.
Sin embargo, nadie hasta ahora ha sido capaz (aparte del Sol y las estrellas) de aprovechar el poder de la fusión del plasma en una reacción controlada. Y se necesita, por lo tanto, más investigación antes de que SPARC lo consiga. El proyecto, lanzado en 2018, se empezará a construir el próximo mes de junio y el reactor será operativo, según los investigadores, en 2025.
Eso significa que SPARC empezará a funcionar mucho antes que el proyecto de energía de fusión mayor del mundo, llamado Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que fue concebido en 1985, se empezó a construir en 2013 en Cadarache (Francia) y no generará una reacción de fusión hasta por lo menos el año 2035.
El reactor del MIT, además, utilizará una nueva generación de imanes superconductores de alta temperatura que solo están disponibles desde hace unos cinco años, mucho después de que ITER fuera diseñado, y que pueden producir campos magnéticos mucho más potentes y en reactores mucho más pequeños y baratos que el ITER.
Una forma de reemplezar las fuentes fósiles
En los siete nuevos estudios, en los que se describe al detalle el diseño del reactor, se explica que SPARC será capaz de generar diez veces más energía de la que necesita para funcionar.
El tremendo calor de la fusión, en efecto, generaría vapor, que se usaría para impulsar una turbina y un generador eléctrico, del mismo modo en que se hace en muchas centrales eléctricas actuales. «Las plantas de energía de fusión – explica Greenwald- podrían ir reemplazando una a una las actuales plantas de combustibles fósiles, y no sería necesario reestructurar las redes eléctricas«, como sucede con la energía solar o la eólica, que «no se adaptan bien al diseño actual de las redes eléctricas».
Los investigadores esperan que las futuras plantas de energía de fusión inspiradas en SPARC sean capaces de generar entre 250 y 1.000 megavatios de electricidad. «En el mercado energético actual de los Estados Unidos -dice el investigador- las plantas de energía suelen generar entre 100 y 500 megavatios».
