Fusión nuclear: Más cerca de lo que parece

TYLER COWEN/Bloomberg

La startup de fusión nuclear Helion ha desarrollado nuevas tecnologías que pueden hacer viable la fusión nuclear, de manera práctica, económica y ambiental. Es demasiado pronto para saber si sus afirmaciones se concretarán, pero últimamente ha habido tantos avances que no pueden descartarse.

La posibilidad de la generación de energía libre de carbono plantea una pregunta poco discutida: ¿cuánto cambiaría el mundo si las fuentes de energía limpias y baratas fueran realmente abundantes?

Tenga en cuenta que una fuente de energía limpia y barata conducirá a otras. Tal vez la fusión nuclear no se pueda usar para volar un avión a reacción, pero tal vez podría usarse para producir combustible de hidrógeno relativamente limpio, que luego podría desplegarse de formas en que la fusión no podría. Se produciría una reacción en cadena, que eventualmente traería energía limpia y barata a toda la economía.

Como viajero empedernido, mi primer pensamiento es que podría llegar a todas partes mucho más rápido. ¿Qué tal un vuelo supersónico o quizás suborbital de Washington a Tokio? Un viaje a la Antártida ya no parecería tan abrumador. Muchos lugares remotos serían transformados, uno espera que sea mejor.

Un efecto de segundo orden es que los países con una buena planificación de la infraestructura obtendrían una ganancia relativa significativa. El tren rápido de París a Niza sería aún más rápido, pero ¿lo harían los trenes en el corredor de Acela?

Siguiente en la fila: la desalinización del agua sería barata y fácil, lo que permitiría la transformación y terraformación de muchos paisajes. Nevada florecería, aunque podría surgir un vigoroso debate ambiental: ¿cuántos desiertos deberíamos mantener? Con el tiempo, Malí y Oriente Medio se volverían mucho más verdes.

¿Qué tal calentar y enfriar? Podría ser posible manipular las temperaturas al aire libre, por lo que Dinamarca en enero y Dubai en agosto ya no serían tan insoportables. No sería demasiado difícil derretir la nieve o generar una brisa refrescante.

Los salarios también aumentarían significativamente. No solo habría más bienes y servicios disponibles, sino que la demanda de mano de obra también se dispararía. Si volar a Tokio es más fácil, la demanda de pilotos será mayor. Con el tiempo, se automatizarían más vuelos. Los robots serían mucho más abundantes, lo que desencadenaría aún más efectos de segundo y tercer orden.

La energía barata también haría que la supercomputación estuviera más disponible, la criptografía más conveniente y la nanotecnología más probable.

Sin embargo, con la relativa abundancia de bienes materiales, la gente podría invertir más recursos en la búsqueda de estatus. Comprar membresías en clubes exclusivos, ese grupo selecto de personas que poseen un Van Gogh original, por ejemplo, podría resultar relativamente más costoso.

Y limitar el cambio climático no sería tan simple como podría parecer a primera vista. Sí, la fusión nuclear podría reemplazar todas esas plantas de carbón. Pero las consecuencias secundarias no se detienen ahí. 

A medida que la desalinización del agua se volviera más factible, por ejemplo, el riego se volvería menos costoso. Muchas áreas serían mucho más verdes y la gente podría criar más vacas y comer más carne. Esas vacas, a su vez, podrían liberar mucho más metano al aire, empeorando un conjunto significativo de problemas relacionados con el clima.

¡Pero no todo está perdido! Debido a que la energía sería tan barata, las tecnologías de protección, para eliminar el metano (y el carbono) del aire, por ejemplo, también probablemente sean más factibles y asequibles.

En general, en un mundo energético libre de carbono, los riesgos serían mayores para un gran subconjunto de decisiones. Si podemos limpiar el aire, genial. De lo contrario, el aumento general del cambio radical crearía una gran cantidad de nuevos problemas, uno de los cuales serían más emisiones de metano. 

La "carrera" entre los poderes destructivos y restauradores de la tecnología se volvería aún más importante. El valor de las instituciones de alta calidad sería mucho mayor, lo que podría ser motivo de preocupación en muchas partes del mundo.

China construye un sol artificial para resolver la crisis energética y ambiental

ALBERTO BARBIERI/Nobbot

Cada segundo, el Sol irradia más energía de la que podemos usar en un millón de años gracias a un proceso llamado fusión termonuclear. ¿Y si pudiéramos recrear el mismo proceso en una estrella artificial para alimentar nuestro planeta? China está tratando de responder a estas preguntas con un proyecto llamado EAST (Experimental Advanced Superconductor Tokamak).

LA REACCIÓN DE FUSIÓN NUCLEAR

Dentro del Sol hay una especie de ‘sopa’ muy caliente que hierve a 15 millones de grados. Los científicos lo llaman plasma y es un entorno perfecto para que los núcleos de hidrógenos choquen entre sí. En las condiciones adecuadas, estas partículas colisionan y se fusionan para formar núcleos de helio. Cada átomo de helio recién formado es más ligero que los dos átomos de hidrógeno que lo produjeron. La mayor parte de esta ‘masa perdida’ se convierte en energía.

Sin embargo, es poco probable que los núcleos de hidrógeno choquen entre sí. Están cargados positivamente, lo que hace que se repelan, al igual que los imanes con el mismo lado. Para romper esta barrera de repulsión electromagnética y entrar en contacto, tienen que ir a una velocidad extremadamente alta. Una forma de acelerar las partículas es calentarlas.

Es lo que pasa cada vez que hervimos agua. Las burbujas en la superficie son el resultado de partículas de agua que se mueven a alta velocidad. El mismo proceso ocurre dentro del Sol, donde, sin embargo, las partículas de hidrógeno no pueden escaparse por evaporación.

La enorme masa de nuestra estrella, combinada con la gravedad, genera una presión externa que atrapa el hidrógeno en su interior. Esta presión también limita el volumen disponible para los núcleos de hidrógeno, lo que favorece la reacción de fusión nuclear.

La medida universal que usamos para la energía es el julio o joule. Por ejemplo, se necesitan 100 julios para alimentar una bombilla durante 25 segundos. Cada segundo, la fusión nuclear dentro del Sol genera 3,8 seguidos de 26 ceros joule de energía. Cada año, los humanos consumimos 5,8 seguidos de 20 ceros joule. Es decir, el Sol emite un millón de años de energía cada segundo.

TODA LA ENERGIA DEL SOL

Ningún material en la Tierra puede soportar millones de grados sin derretirse. Es por eso que la fusión nuclear ha sido una mera fantasía durante mucho tiempo. Hasta que, en 1950, un grupo de científicos rusos encontró la manera de engañar al calor. Todo lo que necesitaban era una cámara con forma de rosquilla, llamada Tokamak, e imanes muy potentes.

Introdujeron gas hidrógeno en el Tokamak y utilizaron campos magnéticos para mantenerlo en una posición dinámica pero precisa. A medida que el hidrógeno flota dentro de la cámara, se inunda con una poderosa corriente electromagnética que arranca los átomos de sus electrones y calienta el plasma. Esta es también la idea detrás de la tecnología utilizada para el EAST.

Hay un detalle crucial a tener en cuenta al considerar la fusión artificial. Dado que los dispositivos Tokamak no comprimen el plasma como lo hace el Sol, las probabilidades de colisión son menores. Para compensarlo, las partículas deben calentarse aún más para aumentar su velocidad. Por ello la estrella artificial china es de seis a ocho veces más caliente que el Sol.

En mayo de 2021, EAST rompió un récord mundial al alcanzar una temperatura del plasma de 120 millones de grados durante 101 segundos. Los científicos chinos también lograron mantener una temperatura de 160 millones de grados durante 20 segundos. Ahora, dijo Li Miao, director del Departamento de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, en Shenzhen (China), «el objetivo es mantener la temperatura a un nivel estable durante mucho tiempo”. Hasta que eso suceda, el EAST no puede obtener más energía de la reacción, de la que gasta en iniciarla y mantenerla.

COOPERACIÓN INTERNACIONAL

Sin embargo, el resultado es un gran avance en la búsqueda de energía verde. De hecho, el combustible está compuesto por dos tipos de hidrógeno. Uno es raro, pero puede crearse artificialmente o extraerse de la Luna. El otro es muy abundante en el agua de mar. Los expertos estiman que un litro de agua de mar puede producir la energía equivalente a dos barriles de gasolina.

Además, los reactores de fusión nuclear generan casi cero residuos. Los residuos, llamados ‘neutrones’, pueden capturarse y reciclarse en materias primas para reacciones futuras. El resto, el 99% de lo que sale de las reacciones de fusión, es vapor caliente que se convierte en electricidad mediante turbinas. Tras enfriarse, el vapor vuelve a ser agua limpia. Finalmente, en caso de mal funcionamiento, el plasma ultracaliente se expande y enfría, y vuelve después a su forma gaseosa inofensiva.

Con estos requisitos, no sorprende que los Estados y compañías privadas estén uniendo fuerzas para lograr que la fusión sea comercialmente viable. De hecho, EAST no es un proyecto exclusivo, sino que es parte de otro más grande llamado International Thermonuclear Experimental Reactor, o ITER, un reactor de fusión financiado por 35 países, incluidos Estados Unidos, Rusia, India, Japón y la Unión Europea.

ITER se encuentra en construcción en Francia en un sitio del tamaño de 60 campos de fútbol. La tecnología es la misma empleada por el EAST y el coste total puede exceder los 56 000 millones de euros. Se espera que proporcione energía a 500 000 hogares para 2035.

Dada la inmensidad del proyecto y los desafíos tecnológicos, ha habido retrasos y costes adicionales, que es probable que continúen acumulándose en el futuro. Sin embargo, el camino está marcado y lleva hasta el Sol.