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El DOE confirma el hito de la energía de fusión en el laboratorio de California

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Los científicos de un laboratorio californiano han logrado la primera reacción de fusión nuclear que produce una ganancia neta de energía, un hito en la búsqueda durante décadas de una forma de producir energía ilimitada sin emisiones de carbono ni residuos nucleares.

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La Secretaria de Energía de EE.UU., Jennifer Granholm, hizo el anuncio oficial el 13 de diciembre durante una conferencia de prensa en el Departamento de Energía (DOE) en Washington, D.C. Granholm confirmó la noticia de la que se informó por primera vez el domingo, cuando los medios de comunicación, incluido POWER, citaron fuentes que decían que los investigadores de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore habían producido el 5 de diciembre una reacción de fusión que creaba más energía de la que consumía.

Granholm dijo el martes que el experimento de fusión en el NIF replicó "ciertas condiciones que sólo se encuentran en las estrellas y el sol" Las autoridades dijeron que los resultados de la reacción del 5 de diciembre debían ser analizados y revisados por expertos antes de anunciar oficialmente el avance, razón por la cual no se hizo público inmediatamente.

Dijo Granholm: "La ignición nos permite reproducir por primera vez ciertas condiciones que sólo se dan en las estrellas y el sol. Este hito nos acerca un paso significativo a la posibilidad de que la energía de fusión, abundante y sin carbono, alimente nuestra sociedad. Así es el liderazgo de Estados Unidos, y no hemos hecho más que empezar. Si logramos avanzar en la energía de fusión, podríamos utilizarla para producir electricidad limpia, combustibles para el transporte, energía, industria pesada y mucho más."

Los expertos en energía nuclear aplaudieron el anuncio del martes, si bien reconocieron que el progreso en la demostración de la viabilidad conceptual de la fusión es sólo una parada más en lo que la mayoría, si no todos, piensan que es un largo camino científico, técnico y financiero para comercializar esta tecnología tan esquiva.

"El anuncio de hoy de la Secretaria del Departamento de Energía de EE.UU., Jennifer Granholm, marca un nuevo hito, que lleva décadas gestándose, en la tradición de innovaciones energéticas lideradas por Estados Unidos", declaró Josh Freed, vicepresidente senior del Programa Clima y Energía. "El avance de la fusión muestra la vitalidad y el dinamismo del ecosistema estadounidense de energías limpias. Los responsables políticos deben apostar por la inversión en innovación para impulsar los avances tecnológicos en un conjunto de tecnologías que serán fundamentales para alcanzar la energía neta cero. Cada avance que hagamos en estas áreas de investigación genera beneficios estratégicos que impulsarán la competitividad de Estados Unidos a nivel mundial y estimularán el crecimiento económico a nivel nacional.

Freed prosiguió: "Los laboratorios nacionales estadounidenses siempre han alcanzado las estrellas, y el anuncio de hoy ejemplifica que no es sólo teórico, sino alcanzable. Merece la pena celebrarlo"

Maravilla de la ingeniería

"Esto es muy importante porque, desde una perspectiva energética, no puede ser una fuente de energía si no estás sacando más energía de la que estás metiendo", dijo a CNN Julio Friedmann, científico jefe de Carbon Direct y ex tecnólogo jefe de energía en Lawrence Livermore. "Los avances anteriores han sido importantes, pero no es lo mismo que generar energía que algún día pueda utilizarse a mayor escala"

La directora de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca, Dra. Arati Prabhakar, dijo durante la rueda de prensa del martes: "Se trata de un ejemplo asombroso del espíritu emprendedor de Estados Unidos... Quiero felicitar a todo el Dpto. de Energía bajo el liderazgo de la Secretaria Granholm" Prabhakar calificó la reacción de energía neta de fusión de "maravilla de la ingeniería"

Dijo Prabhakar: "Hace un siglo que descubrimos que era fusión lo que ocurría en nuestro sol y en todas las demás estrellas. Y en ese siglo, fueron necesarios muchos avances de muy diversa índole que, en última instancia, confluyeron hasta el punto de que pudimos reproducir esa actividad de fusión en un laboratorio."

Jill Hruby, subsecretaria de Seguridad Nuclear del DOE y administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, afirmó que "en el futuro", el trabajo sobre la fusión tendrá más "avances" y "retrocesos" Hruby dijo que el trabajo de su agencia se centra en "promover la seguridad nacional" al tiempo que "empuja hacia ... un futuro de energía limpia" Calificó el anuncio del martes de "sin precedentes" para la comunidad científica.

El proceso de fusión

El proceso de fusión funciona cuando los núcleos de dos átomos se someten a un calor extremo de más de 100 millones de grados Celsius, es decir, 180 millones de grados Fahrenheit. Esto hace que los átomos se fusionen en un nuevo átomo más grande, que emite enormes cantidades de energía. Es el mismo proceso que hace funcionar el sol y las estrellas.

Sin embargo, el proceso también consume enormes cantidades de energía. Uno de los objetivos de los científicos de la fusión ha sido conseguir que el proceso sea autosuficiente y, lo que es más importante, obtener más energía de la que consume, es decir, producir energía neta. También se pretende que el proceso funcione de forma continua, en lugar de sólo durante breves momentos.

La consecución de estos objetivos podría conducir a la comercialización de la fusión, que, según los expertos del sector, podría tener lugar en la próxima década, aunque reconocen que podría llevar más tiempo. Lo que entusiasma a muchos investigadores es la posibilidad de crear un suministro ilimitado de energía libre de carbono, lo que ayudaría a luchar contra el cambio climático, sin los residuos nucleares que producen los reactores de fisión actuales.

"El hecho de que hayamos sido capaces de extraer más energía de la que introducimos demuestra que esto es posible", afirma Mark Herrmann, director del programa de física y diseño de armas del laboratorio de Livermore. "Se puede construir, mejorar y perfeccionar y, potencialmente, podría ser una fuente de energía en el futuro"

Se necesitan muchos pasos

Producir con éxito energía neta, sin embargo, es sólo uno de los muchos pasos necesarios para cumplir la promesa de la fusión. La energía producida por fusión tendría que cosecharse y luego transferirse a la red eléctrica en forma de electricidad. Muchos científicos, incluso después del anuncio del martes, siguen diciendo que pasarán años (algunos dicen que décadas) antes de que la fusión pueda producir cantidades ilimitadas de energía limpia.

Tony Roulstone, ingeniero nuclear de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), declaró a la NPR (National Public Radio) que, a menos que se produzcan avances significativos, es improbable que la fusión tenga un papel importante en la generación de energía hasta dentro de 40 o 50 años.

"Creo que la ciencia es excelente", afirma Roulstone, que ha realizado un análisis económico de la energía de fusión. "No sabemos realmente cómo sería la central eléctrica"

Irina Tsukerman, analista geopolítica y presidenta de Scarab Rising, una empresa de asesoría con sede en Nueva York, declaró a POWER que "la investigación sobre la fusión necesita mejores relaciones públicas. Está muy infravalorada. Hasta ahora, la mayor parte de la atención se ha centrado en aplicaciones relacionadas con el clima, como la reducción de las emisiones de carbono. No existe una amplia conciencia comercial de las aplicaciones potenciales de la fusión... por lo que no hay un incentivo significativo del sector privado para dedicar recursos a ese tipo de investigación, cuando el empuje social general recae en otros tipos de energía"

Tsukerman dijo que "los estereotipos relacionados con la investigación de la energía nuclear en general" también han sido un factor limitante para la inversión en la investigación de la fusión. "Si la fusión se ve como algo 'sexy', seguro y que se extiende, despegará como lo ha hecho hasta ahora todo lo que se ve como algo de moda y excitante" Y prosiguió: "También es muy necesario que agentes no gubernamentales financien este espacio y diversifiquen la investigación en general"

Investigación mundial

Hay varios proyectos de fusión en marcha en Estados Unidos, así como en el Reino Unido y Europa. Francia alberga el Reactor Termonuclear Experimental Internacional, o ITER, un programa en el que colaboran 35 países. Entre ellos figuran Estados Unidos, China, la Unión Europea, Rusia, Corea del Sur, Japón e India.

Gran parte del trabajo en Estados Unidos se lleva a cabo en el NIF de Lawrence Livermore, un enorme edificio de 10 plantas del tamaño de tres campos de fútbol estadounidenses. El NIF se inauguró en 2009, pero muchos funcionarios cuestionaron los miles de millones de dólares invertidos en el proyecto, que investiga lo que se denomina "fusión termonuclear inercial" Los científicos disparan pastillas que contienen combustible de hidrógeno (con dos isótopos de hidrógeno) a un conjunto de 192 láseres, lo que esencialmente crea una serie de explosiones muy rápidas y repetidas a un ritmo de 50 veces por segundo. La energía recogida de los neutrones y partículas alfa resultantes se extrae en forma de calor, ya que los isótopos de hidrógeno se fusionan y liberan cantidades masivas de energía.

"A diferencia del carbón, sólo se necesita una pequeña cantidad de hidrógeno, y es lo más abundante que se encuentra en el universo", afirma Friedmann en declaraciones a la CNN. "El hidrógeno se encuentra en el agua, así que el material que genera esta energía es salvajemente ilimitado y es limpio"

En agosto de 2021, los físicos de Lawrence Livermore lograron "encender" el hidrógeno del interior de la cápsula, que creó una combustión autosostenida. Riccardo Betti, el científico jefe del laboratorio de energía láser de la Universidad de Rochester en Nueva York, dijo a NPR que el proceso es análogo a encender gasolina. "Empiezas con una pequeña chispa, y luego la chispa se hace más y más y más grande, y entonces la combustión se propaga"

Los investigadores del proyecto ITER, y científicos del Reino Unido, trabajan con tokamaks, grandes máquinas circulares equipadas con imanes gigantes, para producir el mismo resultado que sus homólogos estadounidenses. El tokamak confina el plasma mediante campos magnéticos en forma de rosquilla que los científicos denominan toroide. Cuando se introduce combustible en un tokamak, se encienden sus imanes. Las temperaturas en el interior se elevan exponencialmente para crear plasma. El plasma debe alcanzar al menos 150 millones de grados Celsius, es decir, 10 veces más caliente que el núcleo del sol. A continuación, los neutrones escapan del plasma, chocan contra una "manta" que recubre las paredes del tokamak y transfieren su energía cinética en forma de calor.

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