Se estima que la energía de fusión, limpia, barata e ilimitada, podría proporcionar algún día el 10 % de las necesidades energéticas del mundo.
Los experimentos de fusión son costosos y tecnológicamente complejos, pero contribuyen al avance de la ciencia y el conocimiento.
Además, ayudan a promover la colaboración internacional de la que dependen.
El mundo necesita con urgencia una fuente de energía libre de carbono, segura, limpia e ilimitada que proporcione electricidad barata. La energía de fusión tiene el potencial de satisfacer esta necesidad.
Japón se ha comprometido a alcanzar la neutralidad de carbono en 2050, China en 2060, y el Reino Unido se ha comprometido a alcanzar emisiones netas nulas de gases de efecto invernadero en 2050. Al mismo tiempo, la demanda mundial de energía crecerá de forma sustancial. Será necesario aumentar la electrificación generada a partir de fuentes neutras en carbono. Esto no se podrá cubrir a largo plazo sin nuevas aportaciones de la energía de fusión.
Las fuentes de energía intensivas en carbono producirán cantidades cada vez menores de la electricidad mundial. Las energías renovables pueden cubrir, potencialmente, una proporción significativa de la demanda, pero no pueden garantizar la carga base debido a las variaciones del clima, y son menos adecuadas para ciudades de alta densidad. La electricidad procedente de la fisión nuclear proporciona actualmente alrededor del 10 % de la demanda mundial. Se estima que la fusión podría aportar un porcentaje similar en el futuro.
¿Qué es la energía de fusión?
La fusión es el proceso que alimenta las estrellas. Se produce cuando los núcleos atómicos se «fusionan» para formar un núcleo más pesado. En cambio, las reacciones de fisión que actualmente producen la energía nuclear del mundo funcionan dividiendo átomos. Para que la fusión se produzca en la Tierra se requieren temperaturas superiores a 150 millones de grados Celsius, diez veces más que el centro del Sol. Sin duda, alcanzar y controlar estas enormes temperaturas supone un importante desafío tecnológico. Por lo general, esto requiere el uso de imanes extraordinariamente potentes para contener un plasma caliente, evitando que toque y funda las paredes de los recipientes. Los reactores de investigación de fusión han alcanzado temperaturas superiores a 300 millones de grados Celsius.
La ciencia de la fusión indica que la energía de fusión requerirá pequeñas cantidades de combustible, producirá muy pocos residuos nucleares y sus reacciones podrán detenerse rápidamente. Se espera que la fusión pueda producir enormes cantidades de energía a partir de máquinas relativamente pequeñas. Estas características, junto con una producción de energía de alta densidad, las convertirán en una opción ideal para alimentar megaciudades.
Por qué los experimentos generan oportunidades
La urgencia de la crisis climática pone de relieve la necesidad de acelerar e intensificar los experimentos para crear nuevas formas de energía, incluido el diseño y desarrollo de máquinas de fusión.
Los experimentos crean opciones para el futuro. Proporcionan puntos de referencia para el aprendizaje y la innovación, y permiten desarrollar nuevas competencias y capacidades. Los experimentos a gran escala pueden dar lugar a industrias completamente nuevas, como ocurrió con la electrificación de las ciudades a finales del siglo XIX o con el desarrollo de internet y la World Wide Web.
Los experimentos son necesarios para demostrar la viabilidad de los conceptos, probar opciones alternativas y perfeccionar el rendimiento técnico. Por lo general, cuantos más experimentos se realizan, más rápida es la curva de aprendizaje. Con el tiempo, surge un diseño dominante a medida que los principales tecnólogos y diseñadores llegan a la combinación de tecnologías de mejor rendimiento.
La ciencia de la fusión está demostrada, y los desafíos técnicos de implementar una energía de fusión práctica, controlada, fiable y rentable se están abordando a través de numerosos programas experimentales. Existen centros de investigación sobre fusión financiados por gobiernos en 26 países, entre ellos Estados Unidos, el Reino Unido, Alemania, China, Corea y Japón. Los gobiernos han invertido miles de millones de dólares en estos experimentos y están renovando sus esfuerzos por ganar la carrera en el desarrollo de máquinas de fusión fiables, comprometiéndose con programas de desarrollo «de alto riesgo, gran impacto y tipo “moonshot”».
Los experimentos en energía de fusión ya han dado lugar a avances en una amplia gama de tecnologías de apoyo, como nuevos materiales, robótica y análisis de datos. Han ofrecido oportunidades educativas y formativas y han contribuido a desarrollar capacidades de ingeniería y construcción en el sector privado.
Por qué una diversidad sana de experimentos conduce al progreso
Existen diversos diseños de máquinas de fusión. El más común es el tokamak, diseñado por científicos rusos en la década de 1950, que suele ser toroidal (con forma de rosquilla). El diseño del tokamak ha evolucionado a medida que los experimentos generan conocimientos más fiables sobre qué tipo de máquina podría funcionar de forma rentable. El Joint European Torus, situado en la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido en Culham, Oxfordshire, es la máquina más exitosa del mundo; ostenta el récord de producción de energía de fusión de alrededor de dos tercios de la potencia aportada para calentar el plasma. Desde la década de 1990, el Reino Unido ha liderado el desarrollo de tokamaks esféricos, que suelen ser más pequeños que las máquinas toroidales y están orientados a configuraciones más compactas, baratas y fiables.
El stellarator es un diseño más complejo, en el que la vasija se retuerce para facilitar el equilibrio del plasma en movimiento; por ejemplo, el Wendelstein 7-X en Alemania (véase más abajo). Otro enfoque de la fusión es el «confinamiento inercial», en el que el combustible de fusión se comprime instantáneamente mediante una fuerza enorme. Esto puede lograrse con láseres. Por ejemplo, Estados Unidos utiliza National Ignition Facility el láser más potente del mundo para comprimir el combustible de fusión en pequeñas cápsulas.
Actualmente existen en el mundo 58 tokamaks, 12 stellarators y cinco instalaciones de ignición por láser, además de 24 otras configuraciones. Hay 74 reactores de fusión experimentales en funcionamiento, y otros 15 propuestos o previstos. De los reactores de fusión en funcionamiento o propuestos, 79 son de titularidad pública y 20 privada. Las empresas privadas de fusión han atraído recientemente alrededor de 2000 millones de dólares en inversiones.
Los experimentos de fusión avanzan aprovechando la escala y las ventajas a largo plazo de la inversión pública, complementada por la rapidez, la agilidad y la disciplina de mercado del sector privado. Los experimentos científicos financiados por los gobiernos están reduciendo las incertidumbres y contribuyendo a avanzar hacia un diseño dominante, lo que reduce los riesgos para los inversores del sector privado.
Cómo la colaboración internacional acelerará el desarrollo
La colaboración internacional es importante por la escala y la complejidad de los desafíos tecnológicos que plantea la fusión. Se necesitan equipos numerosos de científicos e ingenieros que trabajen en máquinas de gran escala para llevar a cabo la variedad y el número de experimentos necesarios para demostrar la viabilidad de los conceptos. Uno de los mayores experimentos científicos del mundo, el programa de investigación sobre fusión, ITER, se está construyendo actualmente en Cadarache, Francia. ITER tiene siete miembros: la UE, Japón, Corea del Sur, Rusia, Estados Unidos, China e India, es decir, 35 países en total. Este vasto experimento internacional de demostración, que se espera que entre en funcionamiento en 2025, tuvo un presupuesto inicial de 10 000 millones de dólares, y su coste final podría llegar a cuadruplicarse. Los componentes principales del reactor tokamak de ITER se están fabricando en Italia, España, Alemania, Japón, Corea del Sur e India. Actualmente, 3000 personas trabajan en ITER, y alrededor de 15 000 contribuyen desde todo el mundo.
ITER pretende producir 10 veces más energía de fusión que la que se utiliza para producirla, y tanto este proyecto como otros experimentos de fusión supondrán avances importantes en ciencia e ingeniería. Implicará una mayor comprensión de la ciencia básica de los plasmas, de los materiales y su manejo, y de la gestión del calor.
La ciencia de la fusión es un esfuerzo de cooperación internacional, pero con frecuencia se ha desarrollado en circunstancias políticas difíciles. Estas surgen al afrontar sus elevados costes de desarrollo y al justificar sus plazos: la energía de fusión no alimentará las redes eléctricas hasta después de la vida útil de los gobiernos que realizan las inversiones. ITER demuestra cómo naciones que se enfrentan a hostilidades militares y comerciales están dispuestas a colaborar en experimentos científicos, aunque sea complejo y exigente. El incentivo para hacerlo reside en el premio de una energía ilimitada, limpia y barata.
Los experimentos de fusión hacen avanzar el conocimiento científico y tecnológico, crucial para nuestro futuro, y crean nuevas oportunidades económicas e industriales. También conviene recordar el llamamiento del presidente John Kennedy a afrontar los desafíos no porque sean fáciles, sino porque son difíciles. En un mundo fracturado, hay mérito en demostrar los frutos de la ciencia colaborativa, en la que se sustenta la fusión, y en la oportunidad que ofrece a la humanidad de dar rienda suelta a su curiosidad innata.
