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En un mundo donde la demanda de energía está constantemente en aumento y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es más urgente que nunca, la búsqueda de fuentes de energía limpias, sostenibles y respetuosas con el medio ambiente se ha convertido en toda una necesidad. En este contexto, una de las promesas más emocionantes es la fusión nuclear, un proceso que imita las reacciones del Sol para generar electricidad y que asegura ser una fuente extremadamente limpia e inagotable.
A diferencia de los combustibles fósiles, la fusión nuclear no produce emisiones de gases de efecto invernadero. Esto se complementa con el hecho de que tampoco genera residuos de tipo nuclear, como sí es el caso de su compañera, y con la que muchas veces se la confunde, la fisión nuclear. Sin embargo, a pesar de estas idealidades, lograr fusión nuclear en la Tierra de forma controlada es un gran desafío que aún no ha sido dominado y que supone, a día de hoy, uno de los grandes retos del futuro. Descubre todo acerca de esta tecnología y la forma en que podría cambiar el panorama energético mundial.
QUÉ ES LA FUSIÓN NUCLEAR
La fusión es un proceso en el cual, como bien indica su nombre, dos núcleos ligeros se unen para dar lugar a un núcleo pesado.Los elementos envueltos en este tipo de reacción pueden ser muchos, aunque los más comunes son el deuterio y el tritio, dos isótopos del hidrógeno, los cuales se unen dando lugar a un núcleo pesado de helio.
Pero, lo verdaderamente interesante de esta reacción es la inmensa cantidad de energía que libera. Y es que, a pesar de dar como resultado un átomo pesado, la masa de este núcleo va a ser menor que la de los núcleos de los átomos originales (los dos hidrógenos, en el caso más común), por lo que la masa que sobra se transformará en energía. ¿Te suena la famosa ecuación de Einstein de E=mc2? Pues es la que demuestra que esto es posible afirmando que masa y energía son equivalentes y que una puede convertirse en la otra sin problemas.
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Ahora bien, producir esa enorme cantidad de energía tiene un gran inconveniente: para desencadenar la reacción es necesario aportar también mucha energía. Esto es debido a que, para fusionarse, los núcleos de los átomos deben acercarse mucho pero, como todos saben, los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen. Es decir, los dos núcleos, cargados positivamente, tienen tendencia a estar separados, por lo que para juntarlos es necesario vencer la repulsión electrostática creada por las cargas positivas, los protones, siendo necesario aportar una enorme cantidad energía.
Ahora bien, controlar este proceso es algo casi imposible, tanto para la naturaleza como para los seres humanos, pues requiere un nivel de precisión nunca antes visto. Por esta razón, en los laboratorios especializados en fusión nuclear se utilizan ciertos procedimientos con el objetivo de que las fuerzas de atracción venzan a las de repulsión. Así, habitualmente se recurre a adoptar temperaturas muy elevadas, pues es la forma de calentar los átomos hasta que adoptan la forma de masa gaseosa denominada plasma.
Plasma: el cuarto estado de la materia
Una vez en esa situación se siguen dos procedimientos: la fusión con confinamiento inercial (FCI) o la fusión por confinamiento magnético (FCM). Con ambos procesos, en el primero por medio de aumentar la densidad del medio y en el segundo por medio de un campo magnético, se pretende buscar que las partículas no tengan ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí y, por lo tanto, fusionarse.
Sin embargo, en la actualidad, llevar a cabo de forma exitosa un proceso de fusión es aún un reto. El último avance en este ámbito se produjo el 5 de diciembre cuando científicos del NIF consiguieron una fusión nuclear por confinamiento inercia donde la energía generada era mayor que la empleada en la generación de la reacción. Todo un hito.
Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California repitieron el avance durante un experimento realizado el pasado 30 de julio.
Parte central de la cámara de objetivos del National Ignition Facility del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, donde recientemente se consiguió con éxito la primera reacción de fusión nuclear.
DE LA ASTRONOMÍA AL PROYECTO MANHATTAN
Sin embargo, la historia de la fusión nuclear ha sido gradual y paulatina. Y es que se trata de un proceso difícil, que no se da en la Tierra de forma natural y cuya naturaleza tiene origen en las estrellas. Así, es lógico que la primera persona que habló sobre fusión nuclear fuera un astrónomo: Arthur Eddington. En una publicación de septiembre del año 1920, el científico inglés sugería que lo que ocurría en el interior de las estrellas era, ni más ni menos, que la unión (o fusión) de varios átomos.
Tan solo 9 años después, en 1929, el inglés Robert Atkinson, junto al físico alemán Friedrich Houtermans, oficializaron aquello fundamentado por Eddington, teorizando la forma en la que las estrellas producían energía mediante el proceso de fusión nuclear. Así, basándose en la famosa fórmula de Einstein de equivalencia de masa y energía, determinaron que la energía era liberada por fusión de dos átomos ligeros en un proceso en el que daban lugar a otro más pesado.
Sin embargo, el hecho que consolidó todas esas teorías como ciertas ocurrió en 1932, cuando el australiano Mark Oliphant, alumno de Ernest Rutherford en los Laboratorios Cavendish de Cambridge, consiguió recrear la reacción por primera vez en un laboratorio. Así, en una simulación a muy pequeña escala y utilizando un acelerador de partículas, descubrió que cuando ciertos átomos de hidrógeno interaccionaban entre sí, se liberaba una energía mucho mayor que la inicial en el proceso. Era la primera demostración de la reacción de fusión de la historia.
A principios de los años 40, la investigación en fusión nuclear despegó de mano del Proyecto Manhattan. Y es que, aunque su objetivo final fue la creación de la bomba atómica, en un primer momento se planteó la construcción de un arma nuclear basada en la fusión. Sin embargo, el plan no quedó ahí y, tomando esa idea, se desarrolló la primera bomba de hidrógeno tras la guerra, basada en el proceso de fusión. Su detonación ocurrió el 1 de noviembre de 1952, bajo el nombre en clave Ivy Mike, en la isla de Eugelab en Atolón Enewetak, situada ahora en la nación insular de las Islas Marshall.
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El objetivo de esta bomba no era militar, sino experimental. Y es que, para comenzar la reacción en cadena que da lugar a la fusión nuclear es necesaria una gran cantidad de energía, muy difícil de obtener. ¿Qué mejor que una bomba para conseguirla? Así, el diseño del arma se componía de una primera fase donde una bomba de fisión convencional se detonaba, liberando la energía suficiente como para disparar la fusión en la segunda etapa. La explosión fue equivalente a 10.4 megatones y demostró la posibilidad de crear energía a niveles extraordinarios en un espacio muy reducido.
En el año 1961, la Unión Soviética probó su propia bomba de hidrógeno, a la que llamó La Bomba del Zar. Fue detonada el 30 de octubre sobre el archipiélago de islas rusas Nueva Zembla, provocando una explosión equivalente a 3.125 veces la primera bomba atómica y 4.8 veces la estadounidense Ivy Mike. En este caso, a los motivos científicos de su creación, se sumaron los propagandísticos debido a la intensa rivalidad de la Guerra Fría.
Nube de hongo originada por la detonación de la bomba Ivy Mike.
LA FUSIÓN EN LA NATURALEZA
De todas formas, a pesar de esa ardua historia y de las dificultades que supone generar reacciones de fusión en la Tierra, estas son el fundamento de la vida tal y como conocemos. Y es que la fusión nuclear es la base energética de las estrellas. Estas reacciones se generan constantemente en el Sol, el centro del Sistema Solar, y generan la energía responsable de que brille y emane calor, lo cual hace posible el desarrollo de la vida en el planeta Tierra.
Así, en el corazón del Sol, las altas temperaturas hacen que los átomos vibren con mucha fuerza produciendo hidrógenos que se mueven a velocidades extraordinarias. De esta forma, impulsados por sus rápidos movimientos, se hace posible que diferentes átomos ligeros de hidrógeno se fusionen al chocar entre ellos, dando lugar a átomos más pesados de helio y generando cantidades asombrosas de energía mientras tanto.
Este es un proceso que ocurre de forma continuada: cada segundo el Sol convierte 600 toneladas de hidrógeno en helio. En otras palabras, en un solo segundo, la estrella produce 760.000 veces la producción energética de la Tierra durante un año, lo equivalente a 63.450.720 W/m2. Afortunadamente, la posición del planeta, junto a la existencia de la atmósfera permite que únicamente alrededor de 1.367 w/m2 sean recibidos en la superficie de la Tierra.
La energía generada en el Sol es producto de las reacciones de fusión entre núcleos de hidrógeno a gran temperatura.
ENERGÍA DE FUSIÓN
Sin embargo, el estudio de la fusión en el Sol y la observación de las grandes cantidades de energía producidas de manera limpia, sin generación de residuos, fue lo que despertó la necesidad de traerla al planeta. ¿No sería ideal poder suministrar energía a todo el mundo solo con la creación de un par de reactores de fusión sostenibles y respetuosos con el medio ambiente? Pues justo en ese punto están centrados los grandes desafíos energéticos de la actualidad.
Además de limpia, el adjetivo que acompaña a la energía por fusión nuclear es el de ilimitada, algo muy codiciado en la sociedad actual debido a la crisis de los combustibles fósiles, los cuales se espera que desaparezcan en un futuro no muy lejano. Sin embargo, como en todo lo demás, existen ciertos «peros», y es que aunque sea lo más parecido a una fuente inagotable, no es completamente infinita. Hay que tener en cuenta que para la fusión del deuterio y del tritio es necesaria la existencia de ambos isótopos, lo cual podría suponer algún tipo de limitación a largo plazo. Además, los expertos hablan también del desarrollo de ciertos límites económicos y sociales.
¿Cuánto sabes sobre energía nuclear?
Sin embargo, la fusión nuclear sigue siendo la apuesta más clara para un futuro energético compatible con la lucha contra el cambio climático, que no recurra a los combustibles fósiles de cantidad limitada y que sea sostenible a nivel ambiental. El camino hacia la meta parece llevar, al día de hoy, al ITER, una instalación internacional con objetivos ambiciosos acerca de la energía de fusión. En él se espera generar un plasma estable que pueda albergar reacciones de fusión durante largos periodos y canalizar la energía generada en ellas.
Aún así, el ITER sigue en construcción. Las obras comenzaron en 2010 y no se espera que terminen hasta 2025, momento en el que la instalación se encenderá y comenzará a funcionar. Los primeros años se estiman de investigación, de forma que la primera reacción nuclear de fusión no llegará hasta, por lo menos, el año 2035. Se trata de un horizonte lejano, pero que promete ser la salvación para garantizar el mejor futuro energético.
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