Cuánto falta para que la energía de las estrellas pueda utilizarse cotidianamente

El 8 de agosto de 2021, un experimento iniciado con láser en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de los Estados Unidos, con sede en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, logró un avance significativo para copiar la forma en que producen energía las estrellas (como nuestro sol), de modo controlado. Rompieron su propio récord de 2018 y la energía liberada en esta ocasión fue 23 veces más grande que su récord anterior.

Se logró que el 70% de la energía láser entregada fuera liberada como energía nuclear. Un pulso de luz, enfocado en pequeños puntos dentro de una cámara de vacío de 10 metros de diámetro, desencadena el colapso de una cápsula de combustible desde el tamaño de la pupila del ojo hasta el diámetro de un cabello humano. Esta implosión crea las condiciones extremas de temperatura y presión necesarias para que los átomos de hidrógeno se combinen para transformarse en átomos de helio y liberen 10 millones de veces la energía que resultaría de quemar la misma cantidad de carbón.

El resultado se acerca mucho a una primera demostración de "ganancia neta de energía", el objetivo buscado durante mucho tiempo por los científicos de la fusión; es decir, que se obtenga más energía que la que se debe invertir para producirla. 

El objetivo de estos experimentos es, por ahora, demostrativo: que se puede generar energía utilizable por esta vía. El equipo detrás del éxito está muy cerca de lograrlo: aumentaron más de 1000 veces en la liberación de energía entre 2011 y hoy. 

El profesor Jeremy Chittenden, codirector del Centro de Estudios de Fusión Inercial del Imperial College de Londres, dijo el mes pasado que "el ritmo de mejora en la producción de energía ha sido rápido, lo que sugiere que pronto podríamos alcanzar más hitos, como exceder la entrada de energía de los láseres utilizados para iniciar el proceso".

El gran público no está familiarizado con la fusión nuclear, muy diferente a su pariente cercana, la fisión nuclear, que alimenta las plantas nucleares tomando átomos grandes e inestables y dividirlos. La fusión es el proceso inverso: toma átomos pequeños y los combina para forjar átomos más grandes. 

Es la fuente de energía omnipresente del universo: es lo que hace que nuesto sol y todas las estrellas brillen, y es la reacción que creó la mayoría de los átomos de los que estamos hechos los seres humanos y todo el resto de la materia conocida en el universo.

Lo que entusiasma de la fusión es que no produce dióxido de carbono o desechos radiactivos de larga duración, ya que el combustible que requiere, dos tipos de hidrógeno conocidos como deuterio y tritio, es lo suficientemente abundante como para durar al menos miles de años. A diferencia de las energías renovables como la eólica y la solar, las plantas basadas en la fusión también ocuparían poco espacio en comparación con la energía que podrían generar.

La paradoja del termo de mate

Decir que se aumentó mil veces la cantidad de energía, suena espectacular; pero por ahora solo se trata de demostrar únicamente el principio, y por eso, la cantidad total de energía generada es muy poco impresionante: sería la cantidad necesaria para preparar un termo de mate. 

A pesar de estas modestas cantidades, es un momento histórico en el intento de producir energía de fusión y usarla para alimentar el planeta, tal vez el mayor desafío científico y tecnológico que la humanidad haya emprendido.

El Dr. Mark Herrmann, director del programa de fusión del NIF, dice que el último desarrollo fue "una sorpresa para todos". Se han realizado muchos avances recientes con un tipo diferente de dispositivo de fusión, el tocamac: una máquina con forma de dona que utiliza un tubo de campos magnéticos para confinar su combustible durante el mayor tiempo posible. 

El Tokamak Experimental Avanzado Superconductor de China estableció otro récord mundial en mayo al mantener el combustible estable durante 100 segundos a una temperatura de 120 millones de grados centígrados, ocho veces más caliente que el núcleo del sol. 

La máquina de fusión magnética más grande del mundo, Iter, está en construcción en el sur de Francia y muchos expertos creen que tendrá la escala necesaria para finalmente alcanzar ganancia neta de energía.

Un negocio para millonarios

Hasta aquí, y como ocurre habitualmente, los laboratorios financiados con fondos públicos están produciendo resultados muy por delante de las empresas privadas, pero esto podría cambiar en el corto plazo.

La Asociación de la Industria de la Fusión, formada recientemente, estima que más de 2 mil millones de dólares en inversión serán aplicados por las empresas emergentes de fusión. La construcción de reactores experimentales por estas empresas avanza a un ritmo fenomenal.

Algunos de los inversores de estas empresas tienen mucho dinero: Jeff Bezos, Peter Thiel, Lockheed Martin, Goldman Sachs, Legal & General y Chevron han financiado empresas que buscan esta nueva fuente de energía nuclear.

Lo que falta 

En cualquier caso, lograr una “usina de fusión”, tal como hoy se conciben las usinas nucleares o eléctricas, requiere mucho más que un "punto de equilibrio" en energía: probablemente necesitaría superar en unas 30 veces la energía de salida para resultar operativa. 

Y si esto solo no representase una limitación importante, un reactor comercial tendrá que resolver varios problemas adicionales de ingeniería complicados, como extraer la energía térmica y encontrar materiales que resistan el implacable bombardeo que recibirá la cámara del reactor durante su vida útil. Los reactores de fusión también deben ser autosuficientes en tritio, uno de los dos tipos de hidrógeno que se utilizan como combustible. 

El calentamiento global ha hecho que la necesidad de convertir la energía de fusión libre de carbono en una fuente de energía utilizable sea cada vez más urgente. Hasta ahora, la respuesta mundial ha sido indiferente: todavía en 2021 más del 80% del consumo mundial de energía primaria proviene del carbón, el petróleo y el gas. 

Quienes trabajan en la fusión reconocen que el tiempo es esencial y es parte de lo que está motivando la reciente aceleración. La visión de las nuevas empresas propone que la energía de fusión se despliegue a un ritmo sin precedentes, pero aun siendo optimistas es difícil imaginar que habrá usinas operativas antes de 2050.

Recién entonces se podrá decir que el poder de las estrellas de nuestro lado.

Fuente: The Guardian/ Arthur Turrell