Tres claves para entender por qué la fusión nuclear abre una nueva era de energía limpia

En un avance científico histórico, este mediodía, el Departamento de Energía de Estados Unidos anuncio que por primera vez científicos estadounidenses lograron generar energía a través de la fusión nuclear.

La importancia del hito científico es que el experimento es un gran proyecto de fusión inercial que trata de demostrar la viabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía ilimitada, barata y no contaminante.

El logro se consiguió en el NIF (National Ignition Facility) que pertenece al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, cerca de San Francisco. La fusión nuclear se ha estudiado durante al menos cinco décadas, con la esperanza de recrearla como una nueva fuente que proporcione energía ilimitada y libre de carbono, sin los desechos nucleares creados por los reactores nucleares actuales.

La fusión nuclear es una tecnología que tiene el potencial de algún día acelerar el alejamiento del planeta de los combustibles fósiles, que son los principales contribuyentes al cambio climático. Esta nueva fuente de energía es barata y libre de carbono y casi ilimitada.

Para entender qué es la fusión nuclear hay que mirar hacia arriba y ver qué está sucediendo justo en el espacio: las reacciones de fusión nuclear alimentan al sol y otras estrellas. La reacción ocurre cuando dos núcleos livianos se fusionan para formar un solo núcleo más pesado. Debido a que la masa total de ese único núcleo es menor que la masa de los dos núcleos originales, la masa sobrante es energía que se libera en el proceso, según el Departamento de Energía. En el caso del sol, su intenso calor (millones de grados Celsius) y la presión ejercida por su gravedad permiten que se fusionen átomos que de otro modo se repelerían entre sí.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo cómo ha funcionado la fusión nuclear y han estado tratando de duplicar el proceso en la Tierra desde la década de 1930. Los esfuerzos actuales se centran en fusionar un par de isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, según el Departamento de Energía, que dice que esa combinación particular libera “mucha más energía que la mayoría de las reacciones de fusión” y requiere menos calor para hacerlo.

Daniel Kammen, profesor de energía y sociedad en la Universidad de California en Berkeley, dijo que la fusión nuclear ofrece la posibilidad de un combustible “básicamente ilimitado” si la tecnología puede hacerse comercialmente viable. Los elementos necesarios están disponibles en el agua de mar. También es un proceso que no produce los desechos radiactivos de la fisión nuclear.

El gran desafío de aprovechar la energía de fusión es mantenerla el tiempo suficiente para que pueda alimentar las redes eléctricas y los sistemas de calefacción de todo el mundo. Esta es la primera vez que los científicos han producido con éxito una reacción de fusión nuclear que resulta en una ganancia neta de energía.

La ciencia de la fusión nuclear se basa en unir dos átomos a velocidades increíblemente altas y transformar la energía de esa reacción en electricidad que puede alimentar casas y oficinas sin emitir carbono al aire ni arrojar desechos radiactivos al medio ambiente.

Una forma en que los científicos han tratado de recrear la fusión nuclear implica lo que se llama tokamak, una cámara de vacío en forma de rosquilla que utiliza potentes imanes para convertir el combustible en un plasma sobrecalentado (entre 150 millones y 300 millones de grados Celsius) donde puede ocurrir la fusión.

El laboratorio de Livermore utiliza una técnica diferente: los investigadores disparan un láser de 192 rayos a una pequeña cápsula llena de combustible de deuterio y tritio. El laboratorio informó que una prueba de agosto de 2021 produjo 1,35 megajulios de energía de fusión, aproximadamente el 70 % de la energía disparada al objetivo. El laboratorio dijo que varios experimentos posteriores mostraron resultados decrecientes, pero los investigadores creían que habían identificado formas de mejorar la calidad de la cápsula de combustible y la simetría de los láseres.

“La característica más crítica de trasladar la fusión de la teoría a la realidad comercial es sacar más energía de la que entra”, dijo Kammen. Y eso es lo que el laboratorio NIF logró la semana pasada.

Los científicos han entendido cómo funciona la fusión nuclear desde hace tiempo, y han tratado de duplicar el proceso en la Tierra desde la década de 1930. Los intentos actuales se enfocan en fusionar un par de isotopos de hidrógeno —deuterio y tritio_, de acuerdo con el Departamento de Energía, que señaló que esa combinación en particular libera “mucha más energía que la mayoría de reacciones de fusión” y requiere menos calor para hacerlo.

La fusión nuclear ocurre cuando dos o más átomos se fusionan en uno más grande, un proceso que genera una gran cantidad de energía en forma de calor. Los proyectos de fusión utilizan principalmente los elementos deuterio y tritio, ambos isótopos de hidrógeno. El deuterio de un vaso de agua, con un poco de tritio añadido, podría alimentar una casa durante un año. El tritio es más raro y más difícil de obtener, aunque se puede fabricar sintéticamente.

La secretaria de Energía de EEUU, Jennifer Granholm, fue la encargada de anunciar en vivo el éxito histórico que alcanzó el NIF la semana pasada, concretamente, el haber alcanzado la fusión nuclear por primera vez en el mundo. “Es la primera vez que se hace en un laboratorio en el mundo. Esta ignición nos permite replicar un hito que solo ocurre en las estrellas. Esto permite también eliminar los combustibles fósiles y la contaminación ambiental. Y Estados Unidos lo ha logrado porque ha apostado e invertido en ciencia básica y en investigación”, precisó Granholm.

El proyecto de NIF genera energía a través de lo que se denomina “fusión termonuclear inercial”, que en la práctica ha significado que los científicos estadounidenses han disparado bolitas de combustible de hidrógeno a través de 200 láseres para crear 50 explosiones por segundo. Los científicos explicaron que la reacción de fusión en el laboratorio produjo 2,05 megajulios (MJ) de energía y obtuvo 3,15 MJ debido a la fusión nuclear, lo que generó +50% de ganancia de energía en los láseres, consiguiendo así la ganancia neta esperada.

Hay varios proyectos de fusión en EEUU, Reino Unido y Europa. Francia alberga el Reactor Experimental Termonuclear Internacional, en el que colaboran treinta y cinco países, incluidos los miembros principales China, Estados Unidos, la Unión Europea, Rusia, India, Japón y Corea del Sur.

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