La cuestión no es si la energía de fusión nuclear es posible, sino qué tan barata será

La cooperación internacional fue la palabra clave en la conversación entre los líderes del ITER de Francia, el Instituto Naka Fusion de Japón, el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton de los EE. UU., el Consorcio RFX italiano y el Instituto Max Planck de Física del Plasma de Alemania durante la Semana de la Ciencia de Berlín. Los diferentes institutos parecen agradarse mucho con su ayuda, tratando de descubrir cómo extraer electricidad de forma económica del plasma, con un éxito limitado hasta el momento.

El objetivo de las centrales eléctricas de fusión es aprovechar la energía liberada cuando los núcleos nucleares se fusionan. La energía de fusión se considera desde hace décadas la fuente energética del futuro. La ciencia está ahí, la tecnología está a la vuelta de la esquina y ahora lo único que hay que conseguir es poder generar electricidad para el usuario a un precio tan bajo que pueda y quiera pagarla, como ya ha dicho muchas veces. Por otro lado, nadie ha podido dar una respuesta significativa a la pregunta de si la famosa constante de fusión se ha roto (es decir, siempre se estima que este punto, de una forma u otra, se sitúa en unos veinte años desde la fecha actual).

«Ahora, por primera vez, siento que resolver el problema de la energía de fusión nuclear se ha vuelto urgente».

– afirmó Hartmut Zuhm, jefe del departamento de Tokamak del Instituto Max Planck de Física del Plasma. «Ahora, por primera vez, es aceptable decir que es necesario proceder en paralelo con la investigación en el campo de las tecnologías. Hay que darse cuenta de que se trata de una tecnología inherente en la que una opción tras otra fracasará». Sin embargo, esta investigación paralela requiere dinero, del cual cada vez más parece filtrarse a la tecnología de fusión nuclear a través de subvenciones gubernamentales y del sector privado.

El hecho de que la energía de fusión nuclear se está convirtiendo en una cuestión cada vez más apremiante también lo confirma el hecho de que la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA) en la Conferencia Internacional sobre Energía de Fusión celebrada en octubre Anunciar: Lanzamiento de una nueva iniciativa para aumentar la cooperación relacionada con la energía de fusión. El Global Energy Fusion Group se formó con el objetivo de “conectar no sólo a científicos e ingenieros de centros de investigación, sino también entre responsables políticos, financieros, reguladores y empresas privadas”.

Estamos avanzando, pero la electricidad de fusión nuclear aún está muy lejos

En los últimos años se han logrado importantes avances en el campo de la energía de fusión:

• En mayo de 2021, MAST-U en el Reino Unido demostró la eficacia de un innovador sistema de disipación de calor conocido como convertidor Super-X, que permite reducir el flujo de calor del convertidor en un factor de aproximadamente diez.
• En el verano de 2021, investigadores del National Ignition Facility (NIF) de EE. UU. comprobaron por primera vez en condiciones de laboratorio que durante un experimento de fusión se extrae más energía del proceso de la que se introduce en él, es decir, el equilibrio energético en el proceso debe ser positivo.
• En septiembre de 2021, el Centro de Ciencia del Plasma, Fusión y Sistemas de Fusión de la Commonwealth (CFS) del MIT anunció que habían demostrado con éxito un campo magnético de 20 Tesla en su imán superconductor.
• En diciembre de 2021 se logró un importante récord en el laboratorio británico de fusión JET: los investigadores liberaron 59 megajulios de energía de fusión en una fusión sostenida y duradera, en un tokamak y con combustible que también se utilizará en el reactor de fusión experimental ITER bajo construcción. (El tipo más común de reactor de fusión es un tokamak: un dispositivo que puede almacenar plasma a alta temperatura en un campo magnético en forma de rosquilla creado por un electroimán).
• En diciembre de 2021, el Tokamak superconductor experimental avanzado (EAST) de China logró la ejecución de plasma en estado estable a alta temperatura más larga (1056 segundos o 17,6 minutos), es decir, una ejecución de pulso largo de alta energía con sistemas de calentamiento y formación similares a ITER.
• En 2023, el reactor alemán Wendelstein 7-X, el reactor estelar más avanzado del mundo (junto con el tokamak, es el otro tipo de reactor común), estableció un nuevo récord: produjo una descarga de plasma durante 8 minutos, lo que resultó en en un flujo de energía de 1,3 gigajulios, lo que demuestra que puede generar continuamente una gran cantidad para crear una gran cantidad de energía en el plasma y al mismo tiempo eliminar el calor generado de forma controlada.

«Todavía necesitamos mucha innovación para lograr la electricidad de fusión. Pero necesitamos la fusión para mediados de siglo. Esa no es una cuestión».

dijo Stephen Cawley, director del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton.

Durante mucho tiempo, Estados Unidos no tuvo un plan para cuando quisiera producir electricidad a través de la fusión nuclear, pero ahora apuntan a finales de la década de 2030 o principios de la de 2040, si no es víctima de la fusión de forma permanente. Dijo Cawley. Según el experto, en Estados Unidos urge una fuente de energía que no dependa del clima, es decir, que cuando se enciende proporcione electricidad, pero cuando se apaga no.

«Tenemos muy pocas opciones además de la fusión. Necesitamos que ITER demuestre que es posible crear una descarga de plasma autosostenida que dure un largo período de tiempo».

– Decir.

ITER, es decir, el Reactor Termonuclear Experimental Internacional, no producirá para la red y su misión es demostrar que es posible extraer de un plasma autosostenible más energía de la que se pone en el proceso. La instalación no está funcionando bien y recientemente escribimos que podría costar miles de millones y retrasarse años con respecto a los planes originales, que se revisarán a mediados de 2024. Hay un problema con la placa de metal entre el tanque de vacío y el imán que lo rodea. «Hace aproximadamente un año se descubrió corrosión en los tubos de refrigeración y en septiembre se decidió sustituirlos por completo», explicó Pietro Barabaschi, director del ITER.

«La tensión provocó la corrosión de las tuberías y fugas de helio. Por este motivo decidimos sustituir todo el sistema, porque no queríamos que se destruyera en diez años». Enfatizó que ITER juega con las cartas abiertas, por lo que si algo sale mal, lo reportan y lo comparten dentro de la profesión para que otros puedan aprender de ello.

Por el momento no hay competencia, sino cooperación.

De todos modos, realmente parece que el objetivo principal en este momento es hacer que la tecnología funcione, incluso de una manera que valga la pena, y todos los oradores enfatizaron eso y también compartieron buenas soluciones y errores. Hanada Masaja, directora del Naka Fusion Institute, también señaló que los problemas se discuten ampliamente para que otros no hagan lo mismo. Los japoneses también se beneficiaron de este fracaso: el tokamak JT-60SA se puso en servicio en el instituto en abril de 2020, pero hubo que detener su funcionamiento debido a que una de las bobinas magnéticas se rompió debido a un aislamiento de voltaje insuficiente. Finalmente, este año se logró el primer plasma, es decir el funcionamiento real, pero el equipo estuvo inactivo durante tres años debido a un mal funcionamiento.

«En este momento, no sabemos si somos capaces de producir una descarga de plasma duradera, lo que significa no minutos, sino horas y días. Pero sabemos que podemos crear las condiciones para ello», dijo Cawley.

Él y su instituto de investigación utilizan modelos informáticos para hacer que los equipos de fusión sean más eficientes, más pequeños y más baratos. “Durante los últimos 20 años se han hecho varios modelos informáticos de lo que sucedería dentro del dispositivo, y luego no están confirmados por la realidad”, afirmó. «Sin embargo, la tecnología ahora es mucho mejor y podemos predecir con bastante precisión qué pasará con el plasma». Por este motivo, ahora también utilizan la inteligencia artificial, de la que sólo disponen desde hace unos años. Según Cawley, el objetivo es reducir el precio de la fusión.

Sin embargo, según Barabacci, esta no es la tarea principal del modelado, sino que ve la promesa de descubrir cómo obtener más dinero de la tecnología del que se invierte en ella. Para ello, estos modelos 3D que utilizan inteligencia artificial podrán reducir la complejidad del equipo. «Estos dispositivos serán mucho más simples que el ITER», afirmó.

Además del hecho de que la tecnología es actualmente compleja y costosa, y de que la fusión nuclear no se ha mantenido el tiempo suficiente para ser económica, la escasez de mano de obra también está obstaculizando el progreso de la energía de fusión nuclear. Pietro Barabaschi dijo a Telex que no hay suficientes especialistas: «Necesitamos gente nueva en la profesión y muchos antiguos expertos se están jubilando. Tenemos que interesar a los jóvenes, tenemos que formarles para que este sea un proyecto realmente a largo plazo». También planteé esta cuestión: «En la Conferencia Internacional sobre Energía de Fusión como un problema que debe resolverse, también debe abordarse seriamente».

Por ahora, parece haber algo de dinero en este sector, al menos según estimaciones de la OIEA. de acuerdo a Este año se invirtieron 6.200 millones de dólares en tecnologías de fusión. Alrededor de un centenar de empresas del sector privado de todo el mundo también participan en el desarrollo de una nueva fuente de energía verde. La Fundación Bill Gates y Giorgi Soros también apoya a las empresas que se ocupan de este tema.

“Poco a poco parece que una persona no es un multimillonario exitoso si al menos no dona dinero al sector espacial y de la energía de fusión”.

Dijo Zuhm.

Por cierto, es más fanático del estelar que del tokamak y también dirige uno en el Instituto Max Planck. «Hay dos razones por las que la mayoría de los experimentos comienzan con el tokamak en forma de rosquilla en lugar de este», dijo a Telex. «Por un lado, para potenciar el campo magnético en interiores se necesitan bobinas externas y su ubicación espacial debe determinarse con mucha precisión, lo que en un principio no era posible. En aquella época todavía se utilizaba papel y lápiz». «Solo hace diez o veinte años que pudimos modelar la estrella correctamente por primera vez. Los Tokamaks eran mucho más fáciles de hacer en los años 1960 y 1970, así que todo el mundo empezó a construirlos. «.

No se puede remar en los bancos de regulaciones nucleares

En cuanto a la construcción y funcionamiento de equipos de fusión, en la mayoría de los países están vigentes normas para equipos nucleares, por lo que esto también se aplica al ITER: debe cumplir con las normas de la Autoridad de Seguridad Nuclear francesa (ASN).

Sin embargo, esta es una solución bastante rudimentaria, ya que los reactores de fusión tienen diferentes riesgos de seguridad en muchos aspectos, por lo que la regulación de los reactores nucleares no se puede aplicar a ellos uno por uno. También hay factores que causan problemas en los reactores nucleares, pero que no existen en el proceso de fusión: como el tema del riesgo de radiación y los desechos nucleares.

“Estados Unidos y el Reino Unido están un poco por delante en esto, ya que las llamadas regulaciones aceleradoras también se aplican a las fusiones”, dijo Zoom. «También tiene aspectos radiológicos y nucleares, pero es diferente de la fisión nuclear. Ahora estamos tratando de introducir lo mismo en Europa. Es necesaria una regulación, y es necesaria ahora, no más tarde».

Piergiorgio Sonato, presidente de la Federación Italiana RFX, subrayó lo mismo: «Una fusión no puede escapar a la regulación si realmente va a producir electricidad. El ITER también desempeñará un papel muy importante en este asunto. Este asunto no se puede apresurar y «No se puede resolver en poco tiempo». «En unos pocos años. Tomará mucho tiempo e involucrará a todas las partes involucradas».