Qué es la fusión nuclear y por qué puede ser la próxima gran revolución energética

Científicos estadounidenses han conseguido por primera vez ganacia de energía de una reacción de fusión, confirmó Jennifer Granholm, secretaria de Energía de Estados Unidos, demostrando que esta tecnología podría ser una alternativa abundante y sin emisiones de carbono para los combustibles fósiles.

"Se trata de un logro histórico", dijo Granholm en una conferencia de prensa en Washington.

"Hemos dado los primeros pasos hacia una fuente de energía limpia que podría revolucionar el mundo", declaró Jill Hruby, titular de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.

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Pero, ¿hasta qué punto este avance acerca al sector energético al sueño de la energía de fusión?

¿Qué es la fusión?

La fusión es la reacción que alimenta el sol. Consiste en calentar dos isótopos de hidrógeno -normalmente deuterio y tritio- a temperaturas tan extremas que los núcleos de los átomos se fusionan, liberando helio y grandes cantidades de energía en forma de neutrones.

A diferencia de la fisión nuclear, el proceso no produce residuos radiactivos de larga vida. Tampoco emite carbono, y los científicos calculan que una pequeña porción podría alimentar una casa durante más de 800 años.

Los partidarios de la fusión la describen como el "santo grial" de la energía limpia: una tecnología que teóricamente podría proporcionar energía casi ilimitada y sin emisiones de carbono.

Pero aunque los científicos soviéticos desarrollaron la primera máquina de fusión en la década de 1950, mediante un proceso llamado confinamiento magnético, hasta ahora ningún grupo había sido capaz de producir más energía de la que consumía, un hito científico conocido en este campo como ganancia de energía.

¿Qué han conseguido los científicos estadounidenses?

Los científicos de la National Ignition Facility (NIF) del gobierno estadounidense, situada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California, han logrado por primera vez ese objetivo de ganancia de energía en la reacción.

La NIF, con un presupuesto de u$s 3500 millones e inaugurada en 2009, se diseñó principalmente para probar armas nucleares mediante la simulación de explosiones, pero también se ha utilizado para avanzar en la investigación de la energía de fusión.

El confinamiento magnético, que sigue siendo el método de fusión más estudiado, utiliza enormes imanes para mantener el combustible de deuterio-tritio en su sitio mientras se calienta a temperaturas superiores a las del sol.

En la fusión nuclear los núcleos de los átomos se fusionan, liberando helio y grandes cantidades de energía en forma de neutrones

El NIF utiliza un proceso diferente, denominado confinamiento inercial, en el que dispara 192 láseres a una diminuta cápsula del combustible. Los láseres calientan el combustible a más de 3 millones de grados centígrados, lo que hace estallar la superficie de la cápsula objetivo, provocando lo que el NIF describe como una implosión "similar a la de un cohete". Esto comprime y calienta aún más el combustible hasta que los átomos de hidrógeno del deuterio y el tritio se fusionan, liberando helio y energía.

En el experimento del 5 de diciembre, la reacción produjo unos 3,15 megajoules (MJ) de energía, es decir, cerca del 150% de los 2,05 MJ de energía de los láseres, según informó el laboratorio.

¿Significa esto que han descifrado la energía de fusión?

No. Durante décadas se ha considerado que conseguir ganar energía era un paso crucial para demostrar que las centrales de fusión comerciales son posibles. Sin embargo, aún quedan varios obstáculos por superar.

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En primer lugar, la ganancia de energía en este contexto sólo compara la energía de salida con la energía en los láseres, no con la cantidad total de energía extraída de la red para alimentar el sistema. De hecho, cada disparo requiere 330 MJ de energía eléctrica, suministrada en una ráfaga de 400 microsegundos.

El sistema que alimenta los láseres del NIF es viejo y no está diseñado para obtener la máxima eficiencia energética. Sin embargo, los científicos siguen estimando que la fusión comercial requerirá reacciones de fusión que generen entre 30 y 100 veces la energía que entra.

Además, el NIF realiza como máximo un disparo al día, mientras que una central de confinamiento interno probablemente necesitaría completar varios disparos por segundo.

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"El experimento demuestra sin ambigüedades que la física de la fusión por láser funciona", afirma Robbie Scott, físico especialista en plasma que ha contribuido a la investigación del NIF. "Los próximos pasos incluyen la demostración de una ganancia de energía de fusión aún mayor y el desarrollo ulterior de métodos más eficientes para impulsar la implosión".

¿Cómo se compara con otros avances recientes?

El logro del NIF sigue a los grandes anuncios realizados en los últimos 18 meses por otros laboratorios de fusión con objetivos de investigación ligeramente distintos.

El año pasado, en China, una máquina de confinamiento magnético, conocida como tokamak, llamada East (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) consiguió mantener una reacción de fusión a 120mnC durante un tiempo récord de 101 segundos. Temperaturas de más de 100mnC, generalmente necesarias para la fusión por confinamiento magnético, se habían alcanzado antes, pero nunca se habían mantenido durante tanto tiempo.

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En mayo, los investigadores del mayor y más potente tokamak del mundo, situado en Oxford, el Joint European Torus (JET), produjeron la cifra récord de 59MJ a partir de una reacción sostenida que duró cinco segundos. Esta cantidad de energía duplica con creces el récord anterior de 22MJ alcanzado por el JET en 1997.

Ninguna de las dos reacciones demostró una ganancia de energía como la del NIF, pero ninguna de las dos instalaciones había dado prioridad a la consecución de esa ganancia, según los expertos.

¿Y ahora qué?

El sector espera que este avance despierte el interés y la inversión para acelerar el progreso.

Históricamente, la mayor parte de la ciencia de fusión ha corrido a cargo de laboratorios financiados con fondos públicos, como el NIF y el JET, pero en los últimos años también han afluido inversiones a empresas privadas que prometen suministrar energía de fusión en la década de 2030.

Melanie Windridge, física de plasma que dirige la consultora Fusion Energy Insights, recuerda que el NIF, cuya construcción costó u$s 3500 millones, tiene 13 años y se basa en tecnología láser desarrollada en los años ochenta.

"Si se puede hacer esto con una tecnología anticuada, se demuestra lo que se puede conseguir con los equipos más modernos", afirma. Si consiguen apoyo privado y son capaces de moverse en estos plazos tan agresivos, entonces podrán utilizar tecnología de punta... y eso es tremendamente emocionante".