El desarrollo de la fusión nuclear ha sido un objetivo de investigación y desarrollo en todo el mundo. Podría proporcionar una fuente de energía limpia e inagotable. Aunque la inversión en fusión nuclear ha sido limitada en comparación con otras fuentes de energía, los reciente avances impulsan el interés en este campo. Son emocionantes y prometedores pasos. Tanto para la producción de energía limpia en la Tierra como para la exploración espacial.
Lo que nos acerca más a un futuro de energía sostenible y viajes espaciales más rápidos. Solo en el mes de diciembre se produjeron tres importantes anuncios. Un equipo de científicos en California que utilizando casi 200 láseres dirigidos a un cilindro que alberga una cápsula de combustible del tamaño de un grano de pimienta replicó la ignición lograda apenas hace un año.
También inauguraron el reactor experimental de fusión nuclear más grande del mundo, el JT-60SA. El proyecto, una colaboración entre la Unión Europea y Japón, tiene como objetivo investigar la viabilidad de la fusión como fuente de energía segura, a gran escala y sin emisiones de carbono. El objetivo es generar más energía de la que se utiliza para producirla. Es un precursor del Reactor Termonuclear Experimental Internacional, que actualmente se construye en Francia.
Además, la carrera por desarrollar tecnologías que permitan viajes espaciales más rápidos y eficientes tiene un nuevo competidor. Helicity Space, una empresa con sede en California. Trabaja en un innovador motor de fusión nuclear. Este motor tiene el potencial de reducir a la mitad el tiempo de viaje a Marte. Con los sistemas existentes actualmente es de nueve meses. La compañía espera tener este motor en funcionamiento en menos de diez años.
Más inversión en fusión nuclear
En la búsqueda constante de fuentes de energía limpias y eficientes, la fusión nuclear se destaca como una promesa brillante. En la reciente reunión la COP28 recibió un firme apoyo de Estados Unidos que lo presenta como la gran apuesta para generar una energía limpia e ilimitada. La Administración Biden asignó 370.000 millones de dólares en subvenciones para acelerar la transición energética, incluyendo 50 millones de dólares específicamente para la fusión nuclear. El Departamento de Energía anunció una inversión de 42 millones de dólares en un programa que reúne a múltiples instituciones, entre ellas LLNL, para establecer «centros» centrados en el avance de la fusión. En los Estados Unidos, la inversión privada en energía de fusión nuclear aumentó en un 139%.
También en el Reino Unido la inversión en fusión nuclear ha recibido un renovado impuldo por los por avances recientes. El laboratorio JET (Joint European Torus) logró un récord mundial en la cantidad de energía generada al unir dos formas de hidrógeno. Se debe sumar el acuerdo de la compañía canadiense General Fusion para construir una planta nuclear de fusión en el país para 2025. El avance, aunque no tan espectacular como el logrado por los científicos estadounidenses, muestra que Europa también está en la carrera hacia la fusión nuclear.
Especialmente porque el mayor reactor de fusión nuclear hasta la fecha, el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), se construye en Cadarache, al sur de Francia, con el apoyo de 35 países. El proyecto tiene un presupuesto de 20.000 millones de euros y se espera que esté completado en 2025.
La carrera para conseguir el primer reactor de fusión nuclear se ha intensificado en el sector privado. Con una inversión de 2.200 millones de dólares en la empresa Helion, una de las compañías privadas que buscan desarrollarla. Según la Asociación de la Industria de Fusión las empresas recaudaron 2.830 millones de dólares en inversiones.
Replicado tres veces
En diciembre del 2022, los científicos de la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California lograron un hito histórico. Produjeron una reacción de fusión nuclear que liberó más energía de la que consumió, un fenómeno conocido como “ignición”. No fue un logro aislado. Un informe del LLNL de diciembre indica que los científicos lograron reproducir la ignición al menos tres veces en 2023. Un paso significativo hacia una solución importante para la crisis climática mundial.
Por décadas, los científicos han intentado aprovechar la energía de fusión. Tras lograr una ganancia neta de energía el año pasado, el siguiente paso crucial era demostrar que el proceso podía ser reproducible. Brian Appelbe, investigador del Centro de Estudios de Fusión Inercial del Imperial College de Londres, sostiene que la capacidad de reproducir la ignición demuestra la “solidez” del proceso, que puede lograrse incluso cuando varían condiciones como el láser o la pastilla de combustible.
Cada experimento ofrece la oportunidad de estudiar en detalle la física de la ignición. “Esto proporciona información valiosa a los científicos para abordar el siguiente desafío a superar: cómo maximizar la energía que se puede obtener”, explicó Appelbe. En el NIF, los científicos disparan casi 200 láseres a una pastilla de combustible de hidrógeno dentro de una cápsula de diamante del tamaño de un grano de pimienta, que está dentro de un cilindro de oro. Los láseres calientan el exterior del cilindro, creando una serie de explosiones rápidas que generan grandes cantidades de energía en forma de calor.
Aunque la energía producida en diciembre de 2022 fue relativamente pequeña, fue suficiente para demostrar que la fusión láser podía crear energía. Desde entonces, los científicos han repetido el proceso varias veces, logrando su mayor rendimiento hasta la fecha en julio, cuando lanzaron algo más de 2 megajulios al objetivo, produciendo 3,88 megajulios de energía. “Estos resultados demostraron la capacidad del NIF para producir energía de fusión a niveles de varios megajulios”, afirma el informe.
Tokamat japonés listo
Japón dió un paso significativo en la investigación de la fusión nuclear con la inauguración del reactor experimental de fusión nuclear más grande del mundo, el JT-60SA. Este reactor tiene como objetivo investigar la viabilidad de la fusión como fuente de energía segura, a gran escala y sin emisiones de carbono.
El reactor, que se encuentra en un hangar de seis pisos de altura en Naka, al norte de Tokio, consta de una vasija “tokamak” en forma de donut. La vasija está diseñada para contener plasma en remolino que se calienta a 200 millones de grados Celsius (360 millones de grados Fahrenheit). Es una colaboración conjunta entre la Unión Europea y Japón. Es precursor de su hermano mayor francés, el Reactor Termonuclear Experimental Internacional, que actualmente en fase de construcción. Los tokamaks, reactores toroidales, son los principales candidatos para convertirse en las primeras centrales de fusión comercialmente viables.
El objetivo final de ambos proyectos es lograr que los núcleos de hidrógeno se fusionen en un elemento más pesado, el helio, liberando energía en forma de luz y calor. Este proceso imita el que tiene lugar en el interior del Sol. El Comisario de Energía de la UE, Kadri Simson, afirma que el JT-60SA es “el tokamak más avanzado del mundo”, y califica su puesta en marcha como un “hito para la historia de la fusión”.
Más cerca de Marte y de la energía limpia
El sistema de propulsión espacial actual, basado en la propulsión química, requiere nueve meses para llegar a Marte. Sin embargo, Helicity Drive, una innovación del Dr. Stéphane Lintner, cofundador de Helicity Space, promete cambiar esto. Este sistema de propulsión basado en la fusión nuclear podría reducir el tiempo de viaje a Marte a menos de cuatro meses, lo que representa un esfuerzo considerablemente menor para el cuerpo humano.
A diferencia de las reacciones químicas convencionales utilizadas en los cohetes actuales, la fusión produce 10 millones de veces más energía por unidad de masa de combustible. Aunque el Helicity Drive se basa en la fusión nuclear, sus creadores aseguran que no necesitan esperar a que este tipo de energía sea viable en la Tierra para poder usarla en el espacio.
Helicity Space desarrolló un nuevo método para confinar chorros de plasma que es más compacto y escalable que la fusión magnética convencional o la fusión inercial (láser). El Helicity Drive funciona creando pequeñas ráfagas de energía de fusión que producen escapes de plasma que se usan para impulsar a la nave espacial. Este método es diferente al que usan los reactores tokamak, como el ITER, para producir su energía.
“En comparación con la fisión nuclear, el combustible no es radiactivo, las reacciones son cuatro veces más energéticas por unidad de masa de combustible y el empuje puede generarse directamente a partir de las reacciones de fusión”, explica Lintner. “Esto significa que se necesita mucho menos combustible y los sistemas son mucho más ligeros. Además se pueden alcanzar velocidades mucho mayores y , con un empuje continuo, se pueden conseguir trayectorias más ágiles”.
No es la única
Pero Helicity no es la única compañía que busca domar la energía nuclear para revolucionar los vuelos espaciales. La NASA anunció recientemente un acuerdo con Darpa para lanzar un cohete nuclear al espacio antes de 2027. Darpa es el brazo de investigaciones avanzadas del Pentágono. Este motor utiliza el calor de reacción de fisión nuclear (propulsión termonuclear) para lograr el empuje necesario para vencer la gravedad terrestre y moverse por el cosmos a mayor velocidad que los sistemas de propulsión químicos.
Otra compañía que ha hecho avances con este tipo de propulsores es la británica Pulsar Fusion. Asegura haber iniciado ya la construcción de un motor de fusión nuclear que es capaz de alcanzar velocidades de hasta 800.000 km/h. Supondría reducir a la mitad el tiempo de viaje a Marte o recortar a dos años, en lugar de 10, el tiempo de viaje a Titán, la luna de Saturno.
Hay compañías que prometen motores aún más potentes que pueden reducir el tiempo de viaje todavía más: a solo 45 días. La empresa estadounidense Ad Astra Rocket Company asegura que desarrolla un motor eléctrico nuclear que podría propulsar una nave espacial hasta Marte en mes y medio. Ad Astra fue fundada por el exastronauta de la NASA Franklin Chang Díaz.
Por último, la Universidad de Florida, financiada por la NASA, trabaja en un motor de propulsión dual nuclear térmica y eléctrica. Puede, en teoría, impulsar grandes naves para tripulaciones humanas. Con suficientes equipos y materiales para establecer bases temporales en la superficie marciana, así como en las lunas y los planetoides del sistema solar.
Pasos pendientes en la fusión nuclear
A pesar de estos avances, existen obstáculos importantes para lograr la fusión nuclear como una fuente de energía práctica. Los científicos estadounidenses han logrado recrear la fusión nuclear con ganancia neta de energía, pero deben superar desafíos tecnológicos y financieros para alcanzar el objetivo de una energía nuclear fusionable. Algunos de los principales son:
- Fabricación de la cápsula de diamante: Para que funcione es necesaria la fabricación de la cápsula de diamante para contener el combustible de fusión
- Mantenimiento del plasma libre de impurezas: Las impurezas pueden diluir el combustible de fusión y enfriar el plasma
- Generación de energía neta: Aún no se ha podido generar energía neta de manera constante y sostenible
- Desarrollo de materiales resistentes a la radiación: Como produce altos niveles de radiación, requiere el desarrollo de materiales resistentes a la radiación para los componentes del reactor
- Costo y financiamiento: La construcción y operación de un reactor de fusión nuclear es costosa. Requiere una inversión significativa y un financiamiento sostenible
Reimpulso
La reciente cumbre climática COP28 en Dubai,sirvió para darle un reimpulso al desarrollo de la generación de energía por fusión nuclear. El enviado estadounidense para el clima, John Kerry, destacó su potencial como energía limpia. En el marco de la cumbre del clima lanzó un plan de compromiso internacional con la participación de más de 30 países. El objetivo: impulsar la fusión nuclear para ayudar a abordar la crisis climática. Desde la creación de reactores experimentales hasta el desarrollo de motores de fusión para viajes interplanetarios, la fusión nuclear promete revolucionar nuestras opciones de energía. Con cada avance, nos acercamos un paso más a este futuro prometedor.
“La fusión tiene potencial para revolucionar nuestro mundo y cambiar todas las opciones que tenemos ante nosotros, y proporcionar al mundo energía abundante y limpia sin las emisiones nocivas de las fuentes de energía tradicionales”.
John Kerry
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