El acelerador de partículas que se instalará en Granada ayudará a generar una nueva fuente de energía limpia

Granada se prepara para construir un gran acelerador de partículas, la IFMIF DONES (Instalación Internacional de Materiales de Fusión con Fuente de Neutrones orientada al Demostración, por sus siglas en inglés), un proyecto científico estratégico para Europa. El objetivo de esta infraestructura científica es el desarrollo de los materiales que se usarán en los futuros reactores de fusión nuclear, capaces de generar energía limpia para completar el mix energético en la segunda mitad de este siglo.

El nuevo acelerador, que comenzará a construirse en los próximos meses, tiene un presupuesto de unos 700 millones de euros solo para esta primera fase. Una vez completada su instalación, que se prevé que se extienda durante una década hasta 2033, el coste ascenderá a los 50 y 60 millones de euros anualmente. Además, generará, según estimaciones, 54.219 puestos de trabajo desde el comienzo de la construcción. 

El acelerador de partículas IFMIF DONES de Granada, una de las fases necesarias para lograr construir el primer reactor de fusión comercial 

Los reactores de fusión nuclear que existen actualmente son experimentales y aún no generan energía que pueda ser volcada a la red eléctrica. Sin embargo, hay una hoja de ruta internacional que establece las fases para conseguirlo. La primera de todas es el ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional, por sus siglas en inglés), un reactor de fusión experimental que se está construyendo actualmente en Cadarache, en el sur de Francia, y en el que participan China, India, Japón, Corea del Sur, Rusia, Estados Unidos y los 27 estados miembros de la Unión Europea (además de Reino Unido y Suiza), siendo Europa el que cubre con el 45,6% de los costes de construcción mientras que el resto se reparte entre los otros seis países. 

El objetivo del ITER es demostrar que el proceso de fusión es eficiente, es decir, que es posible producir más energía que la que se requiere. La idea es conseguir en 2025 que esta infraestructura experimental genere el primer plasma supercaliente a 150 millones de grados (“diez veces la temperatura del centro del Sol”) donde se darán las condiciones de fusión. “Este es el proyecto científico en marcha más importante de la humanidad”, explica a Newtral.es el coordinador de la oficina técnica de IFMIF-DONES, José Aguilar.

Una vez demostrado que es posible “fabricar un Sol en la Tierra” con ITER, la siguiente fase del plan es construir el prototipo de lo que serán los reactores de fusión en el futuro, los que producirán electricidad a partir de ese Sol. Esta infraestructura es DEMO (Demostración de Generación de Potencia, por su siglas en inglés) con el que se pretende conseguir que el «Sol en la Tierra» esté encendido continuamente, y no solo durante unos segundos como con ITER. “DEMO será capaz de suministrar electricidad limpia a la red”, puntualiza Aguilar. Y en este punto de la hoja de ruta es donde encaja Granada y su acelerador de partículas. 

Aún no existen materiales capaces de soportar las temperaturas desmesuradas necesarias para producir electricidad a partir de la fusión, no solo en DEMO también en las plantas del futuro. Precisamente el objetivo de IFMIF DONES es encontrar estos materiales, validarlos y probarlos. “La instalación en Granada permitirá obtener información del comportamiento de estos materiales en condiciones de irradiación similares a la que estarán sometidos en los reactores de fusión del futuro”, añade Aguilar. Es decir, el objetivo del IFMIF DONES es descubrir los materiales del futuro. 

¿Qué es la energía de fusión? Imitar en la Tierra lo que se produce en el centro del Sol 

La energía de fusión es la más abundante en el universo porque es la que se produce en el centro del Sol, en el centro de las estrellas. “Es la fuente de energía del universo”, subraya Aguilar. 

Técnicamente, replicar los procesos de fusión del Sol en la Tierra consiste en unir dos núcleos atómicos ligeros, normalmente isótopos de hidrógeno, hasta conseguir que se fusionen en uno solo más pesado. La diferencia que hay entre la masa del núcleo resultante de la fusión y la de los núcleos que se combinan se libera en forma de “cantidades ingentes de energía”, subraya Aguilar. 

Sin embargo, utilizar la fusión como fuente de energía es un reto tan complejo que, a pesar de que los científicos llevan décadas investigando, aún no existe una central de fusión nuclear “comercial”, esto es, una central que genere energía que se pueda inyectar a la red eléctrica. 

La dificultad principal es, según explica Aguilar, la temperatura. Las reacciones de fusión se producen cuando la materia se encuentra en un estado denominado plasma: un gas extremadamente caliente con características propias que lo diferencian del resto de estados que existen en la naturaleza. “El plasma no es un líquido, un sólido ni un gas, es una nube de gas a temperatura extrema”. 

El centro del sol, donde se produce la fusión, está a unos 15 millones de grados centígrados. “El magma de la Palma estaba a unos 1.500”, contrapone Aguilar. Alcanzar esta temperatura extrema es necesario para superar la fuerza de repulsión de los dos núcleos que hay que unir, ya que están cargados con la misma carga y se repelen.

Y esta es precisamente la meta de la investigación en la que participa el acelerador de partículas de Granada: construir una infraestructura capaz de soportar unas temperaturas y presión desmesuradas para conseguir que los núcleos de hidrógeno se fusionen y, una vez unidas, lograr que la reacción se mantenga durante un tiempo suficientemente prolongado para obtener una ganancia de energía positiva. Es decir, el objetivo de la investigación es recrear lo que ocurre dentro de las estrellas por un tiempo continuado y en suficiente cantidad. “Hasta ahora hemos conseguido hacerlo solo durante unos pocos segundos”, indica Aguilar. 

¿Cuáles son las ventajas de la energía de fusión?

Desde mediados del siglo XX la comunidad científica internacional ha conseguido lograr avances tanto en física como en ingeniería para superar las complejas dificultades que entraña “imitar en la Tierra lo que se produce en el centro del Sol”. El interés para invertir tanto tiempo y recursos radica en las ventajas que tiene la energía de fusión sobre otras, para la que el acelerador de partículas de Granada participa. 

Es una energía limpia porque no emite CO2 “frente a la que quema combustibles fósiles causantes del cambio climático”. Como detallan desde el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), la reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo, usado por ejemplo para los globos de los niños. De esta forma, y teniendo en cuenta que los combustibles fósiles son limitados, la energía de fusión es única como alternativa de futuro para el planeta. 

Otra de las ventajas es que no genera residuos radiactivos. El gas radiactivo se produce dentro del mismo reactor, por lo que no hay necesidad de extraer nada radiactivo hacia el exterior. Además, es segura porque “en las centrales de fusión no se producen las reacciones en cadena que ocurren en una central nuclear de fisión”, explica Aguilar. Es decir, nunca se pierde el control y, en cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando el suministro de combustible. 

Otro punto positivo más: la energía de fusión es ilimitada. El Ciemat indica que la materia para el combustible está disponible en cualquier parte, y hay suficiente para la generación de energía durante millones de años. 

Fuentes

José Aguilar, coordinador de la oficina técnica de IFMIF-DONES

Página oficial del ITER

Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)

Página oficial del proyecto europeo de fusión Euro-fusion