EE.UU. consigue energía de fusión con el primer láser eficiente para producir ‘casi sin límites’

El equipo que estudian la energía de fusión en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California (LNLL) ha confirmado la primera reacción de fusión en un entorno de laboratorio que en realidad produjo más energía de la que se necesitó para iniciar la reacción mediante el uso de rayos láser. Ocurrió el 5 de diciembre Instalación Nacional de Ignición (NIF) del laboratorio hicieron estallar con láseres un pequeño cilindro con una protuberancia congelada “del aspecto de una palomita de maíz (…) y poniéndola a 3 millones de grados” ha explicado este martes Jill Hruby, la responsable de la Administración de Seguridad Nuclear estadounidense.

Dentro de la cápsula, isótopos (formas inestables) de hidrógeno encerrados en diamante. “Después de 60 años (…) redefinimos las fronteras de lo que es posible”, ha dicho Hruby en rueda de prensa. “Durante un breve tiempo, hemos simulado el interior de las estrellas“.

“Durante un breve tiempo, hemos simulado el interior de las estrellas“

Jill Hruby, Administración de Seguridad Nuclear estadounidense.

Las centrales nucleares producen energía de fisión. Es decir, ‘rompiendo’ núcleos de algunos átomos, que liberan mucha energía en el proceso. Sin embargo, hacer lo contrario, sería mucho más eficiente: unir o fusionar núcleos de átomos. Átomos de hidrógeno, en concreto, una sustancia ligera y muy abundante en el universo. La energía de fusión tiene un potencial del orden de 10 millones de veces más que el de los combustibles fósiles.

Entre 2 y 3 gramos de hidrógeno producirían la misma energía que el carbón que cabe en un estadio olímpico. O, como dice la investigadora en fusión nuclear Eleonora Viezzer (US), que hoy recibe el premio de la Real Sociedad de Física-FBBVA, “el hidrógeno de un vaso de agua bastaría para suministrar la electricidad y el calor que una familia de cuatro miembros tipo usa en 80 años”.

Esto es justo lo que hacen las estrellas para brillar durante millones de años antes de apagarse. Pero no es fácil construir un Sol en la Tierra. Por eso, un anuncio en este sentido causa tanta expectación. Y ha sido hecho por los responsables de agencias federales. Es una apuesta científica y estratégica del gobierno de los Estados Unidos.

La energía prometida que se nos ha resistido

Conseguir energía de fusión en la Tierra tiene dos grandes retos: Que no haya que gastar más energía en iniciar el sistema que la que se obtiene de la fusión (tener ganancia neta). Y contar con infraestructuras y tecnologías que impidan que las plantas de producción, literalmente, se derritan. Las temperaturas necesarias para conseguir completar el proceso en nuestro planeta deberían llegar a los 200 millones de grados centígrados. “Es como tener un Sol en la Tierra”.

La energía de fusión es la que mantiene encendidas las estrellas durante millones de años.

Según el laboratorio estadounudense, esto se ha conseguido gracias a una serie de rayos láser que ‘apenas’ han requerido 2,05 megajulios de energía para funcionar. El sistema devolvió unos 3,1 megajulios. Las cuentas salen, balance positivo. En un breve instante, que duró menos de 100 billonésimas de segundo, 2,05 megajulios de energía (como medio kilo de dinamita) bombardearon la bolita de hidrógeno. Salió una avalancha de neutrones equivalente a la energía de unos 0,7 kg de dinamita.

1,5 veces más energía de salida que de entrada. Aquello cruzó el umbral que en energía fusión láser se llama ignición: la línea divisoria donde la energía generada por la fusión es igual a la energía de los láseres entrantes que inician la reacción.

A principios de 2022, el Joint European Torus (JET), liderado por el Reino Unido, logró 59 megajulios durante cinco segundos con otra tecnología. Lo presentaron como el equivalente a la energía necesaria para hervir el agua de 60 teteras. La cuestión es que no fue fácil ni eficiente ‘arrancar el hervidor’, que consumió el doble de energía que la generada. Por seguir con el ‘índice-tetera’, lo logrado en EE.UU. ahora apenas da para llenar un juego de tazas de té caliente. Alrededor de 0,1 kWh, que también equivale a una bombilla led encendida todo el día.

Desde Mánchester, la investigadora en energía de fusión en el ISIS, Aneeqa Khan, explica que “este es un gran resultado científico, pero todavía estamos lejos de la fusión comercial”. La ganancia de energía neta debe tener en cuenta todas las ineficiencias de la planta en el mundo real. Y una planta así no es una central atómica convencional, precisamente. “Presenta muchos desafíos de ingeniería y materiales”.

Tecnologías distintas en busca de la supremacía de la energía de fusión

Europa trabaja en proyectos con otras tecnologías distintas al láser estadounidense. Fundamentalmente, consisten en hacer levitar con imanes el plasma caliente (gas ionizado del combustible) para que no tenga que tocar las paredes de la vasija y achicharrarla. Se llama ‘confinamiento magnético‘, como en el caso del JET británico.

La mayoría de los esfuerzos en energía de fusión hasta la fecha han empleado reactores en forma de rosquilla, conocidos como tokamaks. Dentro de los reactores, el gas de hidrógeno se calienta a temperaturas lo suficientemente altas como para que los electrones se desprendan de los núcleos de hidrógeno. Ahí se forma el plasma. Los campos magnéticos confinan el plasma dentro de una especie de rosquilla flotante y los núcleos se fusionan. Ahí es donde se libera energía de fusión en forma de neutrones que escapan hacia afuera.

El NIF americano lo hace de otra forma, llamada ‘confinamiento inercial’. Usa 192 láseres gigantes que disparan simultáneamente a un cilindro de metal del tamaño de una goma de lápiz. El cilindro se calienta a casi 3 millones de grados. Se vaporiza, generando una implosión de rayos X. Esa implosión calienta y comprime una bolita del tamaño de un perdigón que hay en su interior. Y, a su vez, dentro de la bola se contiene el deuterio y el tritio congelados, las formas más pesadas de hidrógeno. La implosión fusiona el hidrógeno, dando por resultado helio (inocuo) y neutrones, creando la fusión.

Ventajas e inconvenientes de la energía de fusión

“La consecución práctica de la energía de fusión nuclear es uno de los grandes desafíos de la humanidad del siglo XXI”, afirma sin dudarlo Carlos Hidalgo, responsable del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT. Apenas genera residuos radiactivos y los que produce tienen menos actividad y vida que los que se derivan de las actuales centrales de fisión, confirman desde el Foro Nuclear Español.

“Se trata de un enorme paso para creer que efectivamente esta puede ser la fuente de alta densidad de energía masiva y concentrada que necesita la humanidad”, asegura por su parte el veterano físico José Manuel Perlado Martín, presidente del Instituto de Física Nuclear Guillermo Velarde (IFN-GV) en el SMC de España. 

Aún queda mucho para tener centrales de fusión más eficientes que las condiciones de laboratorio de este experimento, mientras el planeta exige energías limpias ya.

Puede ser, en el futuro, una fuente prácticamente inagotable de producción de electricidad, puesto que su combustible son esos isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio), que son muy abundantes en la naturaleza. El primero se saca del agua. El segundo, del litio –que está en la corteza terrestre–. Sin embargo son conocidos los impactos sociales y ambientales de la extracción de este mineral, usado en las baterías.

Para Perlado, “está claro que queda aún por recorrer el camino de hacer efectiva esta energía de fusión“. Pero supone que la tecnología de láser marca un camino por el que seguir investigando. Entretanto, ¿sigue siendo una eterna promesa?

Aneeqa Khan es clara: “ya es demasiado tarde para hacer frente a la crisis climática [con la energía de fusión], ya nos enfrentamos a la devastación del cambio climático a escala mundial. A corto plazo, debemos utilizar tecnologías bajas en carbono existentes, como la fisión y las energías renovables, mientras invertimos en fusión a largo plazo, para ser parte de una combinación energética diversa baja en carbono”, concluye, en contraposición con la mayoría de grupos ecologistas, que temen que seguir invirtiendo en nuclear nos desvía de los esfuerzos en renovables y el decrecimiento necesario para recortar con urgencia las emisiones de carbono.