- Han pasado casi 90 años desde que los científicos realizaron la primera reacción de fusión en un laboratorio.
- Pero intentar crear energía a partir de la fusión presenta muchos problemas.
- Dos expertos explican cuánto tiempo podría pasar hasta que las centrales eléctricas de fusión sean posibles.
Durante el año pasado, los experimentos de fusión nuclear en la Instalación Nacional de Ignición lograron un gran hito cuando sus reacciones produjeron más energía de la que pusieron.
Estos logros son una novedad monumental para la física de fusión y acercan a la humanidad a aprovechar el mismo tipo de energía colosal que alimenta nuestro sol.
Si bien el NIF no se centra en aplicaciones comerciales, su avance científico sienta las bases para una serie de instituciones de investigación y nuevas empresas que están invirtiendo cientos de millones de dólares en la construcción de las primeras plantas de energía de fusión. Algunos tienen objetivos ambiciosos y dicen que llevarán electricidad a los hogares en 2028.
En teoría, las plantas de fusión podrían producir casi 4 millones de veces más energía que quemar carbón o petróleo, sin ninguna emisión de carbono.
Pero primero, los investigadores necesitan crear de manera confiable un plasma ardiente (una mezcla de núcleos atómicos y electrones libres que se calienta espontáneamente) que produzca más energía de la que se necesita para alimentar la reacción. Es lo que Andrew Christlieb, que forma parte de un proyecto de fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos en la Universidad Estatal de Michigan, llama «paso cero».
«Luego nos encontramos con un montón de cuestiones de ingeniería» que, según predice, tardarán al menos 20 años en resolverse.
Por lo tanto, la perspectiva de que las plantas de fusión impulsen las ciudades estadounidenses para 2028 podría ser demasiado ambiciosa para los inversores hambrientos que intentan marcar el comienzo de una nueva period de energía limpia.
Obstáculo 1: Se necesita una tonelada de energía para aprovechar el poder del sol
Hace casi 90 años, los científicos descubrieron por primera vez cómo producir energía a partir de la fusión. La fusión ocurre cuando varios átomos se unen o fusionan para formar nuevos átomos.
En el proceso, «un poco de masa se convierte en energía, pero ese poco de masa se convierte en mucha energía», dijo Christlieb.
El sol logra una fusión nuclear en su núcleo, donde las temperaturas son de 27 millones de grados Fahrenheit y la presión es 100 mil millones de veces mayor que la de la atmósfera terrestre. Reproducir esas condiciones en la Tierra para aprovechar ese poder es un desafío tecnológico, por decir lo menos.
Tres científicos lograron tal hazaña por primera vez en el laboratorio en 1934, cuando bombardearon un tipo de átomo de hidrógeno con otro tipo de partícula subatómica llamada deuterón. Los resultados produjeron «un efecto enorme», informaron en The Proceedings of the Royal Culture.
Pero sostener un experimento de fusión para generar flujos continuos de energía es lo que los científicos han estado persiguiendo desde entonces.
Hoy en día, los científicos controlan las reacciones de fusión en la Tierra de tres maneras: forzando la implosión de una cápsula de flamable, utilizando campos magnéticos para confinar el plasma o combinando los dos métodos.
Los experimentos de fusión en NIF utilizan láseres para el método de implosión. Pero la cantidad de energía necesaria para alimentar los láseres normalmente ha excedido la energía que deliver la reacción de fusión.
Obstáculo 2: El tritio es escaso y caro
Para calentar las moléculas lo suficiente como para chocar entre sí y fusionarse, los investigadores forman un plasma. Es una mezcla de dos isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio. Sólo se necesitan unos pocos gramos de cada uno.
Si bien el deuterio abunda, el tritio es extremadamente raro y cuesta hasta 30.000 dólares el gramo.
La reserva actual consta de sólo unas 55 libras. Los investigadores esperan fabricar reactores de fusión que creen su propio suministro de tritio.
Las mantas para reproductoras son una opción. Los neutrones de alta energía que se desprenden de las reacciones de fusión golpearían la «manta» de litio circundante y la dividirían en helio y tritio. Luego se podría recoger el tritio y devolverlo al reactor.
Para ponerse en marcha, los grandes reactores como el Reactor Experimental Termonuclear Internacional necesitan varias libras de tritio cada uno. Es posible que ITER, el proyecto de fusión más grande del mundo, no entre en funcionamiento hasta la década de 2040, y se está utilizando con fines de investigación en lugar de con fines comerciales.
Uno de los principales objetivos del ITER es producir plasma en combustión. Una colaboración internacional entre la Unión Europea, Estados Unidos, China, Rusia y otros países también supera con creces el presupuesto. Originalmente se esperaba que estuviera en funcionamiento en 2016 por alrededor de $6.3 mil millones, pero ahora lleva varios años de retraso y es más de tres veces el costo estimado authentic, informó Scientific American.
Obstáculo 3: contener algo más caliente que el sol es difícil
Crear un dispositivo de contención magnético para contener plasma es su propio desafío. El plasma debe alcanzar temperaturas de 150 millones de grados centígrados o más. Eso hace más calor que el sol.
Ni siquiera el recipiente metálico más resistente al calor puede contener el plasma. Cualquier materials se dañaría.
Una de las soluciones de confinamiento de plasma más comunes es el tokamak. El dispositivo funciona como una especie de «botella magnética». Las partículas de plasma siguen las líneas invisibles del campo magnético y no se desvían más allá.
Obstáculo 4: Es una reacción delicada
Un dispositivo metálico de contención de plasma también enfriaría el contenido y detendría el proceso de fusión. Ésa es una de las razones por las que los reactores de fusión no pueden tener fusiones como las de Chernobyl. Es una reacción tan delicada que las perturbaciones hacen que se enfríe y se detenga.
Además, el plasma puede comportarse de forma extraña.
«Es como cuando aprietas gelatina en la mano», dijo Christlieb. «Encuentra estos pequeños agujeros por los que salir porque la mano no está perfectamente sellada». El tokamak debe poder adaptarse a los cambios del plasma.
Cuando el plasma cambia su comportamiento, puede interactuar y dañar la pared del dispositivo. El laboratorio de Princeton está experimentando con steel líquido para algunos componentes del reactor de fusión. Jonathan Menard, director de investigación del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, lo compara con el T-1000 en «Terminator 2», haciéndolo casi autorreparable.
Obstáculo 5: El tritio sigue siendo radiactivo
Aunque el tritio tiene una vida media mucho más corta que el plutonio-239 (12,3 años en comparación con 24.000 años), se sabe que el primero se filtra al agua subterránea desde las centrales nucleares.
Debido a que las plantas de energía de fusión serían un tipo de instalación completamente nuevo, todavía hay muchas incógnitas en lo que respecta a otras preocupaciones de seguridad.
Un informe reciente analizó todo, desde terremotos hasta incendios y ataques terroristas. Algunos escenarios, como las descargas electromagnéticas, donde los sistemas magnéticos fallan y provocan que la energía se forme un arco, y los accidentes que involucran mantas de cría necesitan más estudios, advirtieron los autores.
Los expertos creen que se necesitarán décadas para obtener energía de fusión comercial
A pesar de la gran cantidad de desafíos, tanto Menard como Christlieb se mostraron optimistas sobre el futuro de la energía de fusión.
Pero aún queda un largo camino por recorrer. «No son cifras de un solo dígito», dijo Menard. Son décadas.
«El chiste eterno sobre la fusión es que siempre faltan 10 años», dijo Christlieb. Pero sí cree que está más cerca que nunca.
El gobierno estadounidense ha invertido en energía de fusión desde los años cincuenta. El programa de Ciencias de la Energía de Fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos tiene un presupuesto de 763 millones de dólares para 2023, que podría crecer a más de mil millones de dólares el próximo año.
La Fusion Business Affiliation cifra la inversión overall en fusión en alrededor de 6.000 millones de dólares. Magnates de la tecnología como Bill Gates y Sam Altman están invirtiendo dinero en proyectos de fusión.
Lograr energía de fusión comercial en dos décadas no será lo suficientemente rápido para abordar los objetivos de muchos países de adaptar la energía limpia y limitar el calentamiento global para 2035.
Christlieb todavía cree que vale la pena. «Me alegra muchísimo pensar que voy a ver que esto suceda en mi vida», dijo.
MIRA AHORA: Videos populares de Insider Inc.
Cargando…
