Razones para acoger con cautela el último hito de la energía nuclear de fusión

Un logro histórico. Un hito que cambiará el mundo. Un gran paso para lograr la energía limpia e ilimitada de las estrellas. El Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) de Estados Unidos ha hecho públicos los resultados de su último experimento con la energía de fusión nuclear y no han faltado las grandes palabras y los titulares grandilocuentes para acompañar el anuncio. Al fin y al cabo, en el laboratorio han logrado generar una reacción de fusión que produce más energía de la que necesita para ponerse en marcha.

Sin embargo, son muchas las voces dentro de la ciencia que llaman a tomarse el anuncio con prudencia. El hito científico es real, pero la humanidad sigue muy lejos de poder aprovechar las reacciones que se producen en el interior de las estrellas para generar energía limpia, barata y estable. Y más lejos todavía de que la energía de fusión sea un actor relevante en la producción eléctrica global. Desde luego, no será la solución mágica que nos salve del cambio climático, como ya señalaba Jerónimo García, investigador español del CEA, la comisión francesa para las energías alternativas y atómica, en esta entrevista para Climática.

¿Qué es la fusión nuclear?

Toda la energía nuclear que se produce actualmente en el mundo es energía de fisión. Los diferentes reactores que están en marcha generan una reacción que en la que el núcleo de un átomo pesado se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, emitiendo en el grandes cantidades de energía. La fusión, tal como señalan desde el Consejo Nacional de Seguridad Nuclear, es diferente. Busca producir energía fusionando dos núcleos de átomos ligeros (normalmente, hidrógeno y sus isótopos deuterio y tritio) para formar otro núcleo más pesado y liberando partículas muy energéticas en el proceso.

Aunque las dos lleven el apellido nuclear, la fusión y la fisión son reacciones distintas y su aprovechamiento para producir energía implica materiales, combustibles y tecnologías también muy diferentes. Para que tenga lugar una reacción de fusión, es necesario que el combustible utilizado reciba mucha energía inicialmente para que los átomos se acerquen tanto entre sí que se empiecen a fusionar. Para ello, a su vez, hay que lograr que los átomos estén en estado de plasma (una especie de gas ionizado común en las estrellas) y mantener este plasma confinado y controlado para que se produzcan las reacciones de fusión necesarias.

Para conseguir esto, en los 70 años que han pasado desde que se hicieron los primeros experimentos de fusión nuclear se han desarrollado dos métodos diferentes:

• La fusión por confinamiento inercial. Crea un medio muy denso del que las partículas no pueden escapar. Lo hace impactando con láser pequeñas esferas de deuterio y tritio. Este es el método empleado en la National Ignition Facility del LLNL de Estados Unidos.
• La fusión por confinamiento magnético. Las partículas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. Este es el método desarrollado en el Joint European Torus (JET) europeo y que se espera poner a prueba en el ITER (acrónimo en inglés de reactor termonuclear experimental internacional), un reactor financiado de forma internacional que se está construyendo en Francia y aspira a ser el último gran paso hacia la energía de fusión.

¿Y qué se ha logrado en el LLNL?

El pasado 5 de diciembre, un equipo del National Ignition Facility logró llevar a cabo un experimento de fusión por confinamiento inercial en el que se produjo más energía que la aplicada por los láseres sobre el combustible. Es lo que se conoce como la ignición de la fusión y es la primera vez que se consigue. Para ello, 192 láseres apuntaron a una bolita de deuterio y tritio más pequeña que un guisante. Durante unos pocos nanosegundos, lograron desencadenar una reacción de fusión que produjo más energía de la que los láseres le habían aplicado en un primer momento. Y ahora llegan los peros.

“Es cierto que ha habido una ganancia neta de energía en el propio proceso del experimento, en la reacción. Pero es algo matizable”, explica Ángel Ibarra, doctor en física y director del IFMIF-DONES, el consorcio con el que España participa en el programa europeo de fusión. “Que haya una ganancia de energía en el experimento no significa que haya habido una ganancia de energía eléctrica. La eficiencia de los láseres empleados es muy baja, por lo que para producir los 2,05 megajulios de energía láser que se enviaron al combustible se ha gastado mucha más de energía”. De acuerdo con los datos publicados en Nature, los 192 láseres consumieron 322 megajulios para acabar produciendo 3,15.

Esto quiere decir que, si se analiza solo la reacción, sí ha existido un balance de energía positivo. Se dispararon 2,05 megajulios sobre el combustible y la reacción produjo 3,15 megajulios. Esto es un hito clave, porque, si se quiere que la fusión sea una forma viable de producir electricidad, deberá ser capaz de generar más energía de la que necesita en un principio para desencadenar la reacción. Sin embargo, si se analiza el experimento en su conjunto, incluyendo la energía consumida por los láseres para funcionar, el balance energético es bastante negativo.

“Hablamos de un hito importante, pero no es un cambio cualitativo con respecto a lo que habían venido haciendo hasta ahora”, añade Ibarra. “El mismo laboratorio, hace un año aproximadamente, logró obtener niveles de energía muy significativos. Y hace también cosa de un año, en el JET, la máquina europea que experimenta con la fusión por confinamiento magnético, se llevó a cabo un experimento que no logró ganancia de energía, pero produjo energía de fusión en cantidades mucho mayores que el LLNL”.

Sin revisión por pares y con dudas

El anuncio del laboratorio estadounidense es, por ahora, solo eso, un anuncio. La rueda de prensa levantó gran expectación y contó la presencia de la secretaria de energía del país, Jennifer M. Granholm, y de otros miembros destacados de la Casa Blanca y de la administración Biden. Sin embargo, todavía no ha sido acompañada por una publicación científica revisada por pares (el proceso formal mediante el que se revisa y se difunde la ciencia). Esto hace que el resto de la comunidad investigadora todavía no haya podido comprobar la veracidad de los datos ni los detalles del experimento ni de los procesos mediante los que se consiguió la fusión.

Por ahora, la comunidad científica acoge el anuncio con prudencia. Más allá de que sea un hito a nivel investigación, la fusión nuclear como fuente estable de energía para uso humano aún está lejos. “Todavía falta desarrollo. Habría que lograr obtener una ganancia de energía mucho mayor que la que han tenido. Además, esta se ha producido con un único disparo láser y para producir electricidad habría que ser capaces de mantener la reacción en el tiempo. Aun así, no debemos despreciar el hito de la ignición por fusión que han logrado en el LLNL, es la primera vez que se consigue en el mundo”, explica el director del IFMIF-DONES.

Más allá de la prudencia a la hora de valorar el artículo, la propia energía de fusión nuclear también genera algunas dudas entre la población general, dudas asociadas, sobre todo, a su seguridad y los residuos que genera. En cuanto a lo primero, tal como señalan desde la Agencia Internacional de la Energía Atómica, la energía de fusión, tal como se plantea, no se basa en una reacción en cadena como la de fisión, por lo que si se produce un incidente en el reactor, este se para y automáticamente el plasma empieza a enfriarse.

En relación a los residuos radiactivos, probablemente el mayor inconveniente asociado a las plantas de fisión nuclear que están en uso en la actualidad, los reactores de fusión producen, sobre todo, helio, un gas inerte. Sí que genera residuos radiactivos, pero tal como explican desde el instituto Max Planck, su vida es mucho más corta que la de los residuos que se producen en las plantas de fisión. Mientras algunos de estos últimos mantienen su actividad durante miles de años, los de las plantas de fusión la pierden al cabo de unas cuantas décadas. Después 50 años, entre el 30% y el 40% de la masa total de los desechos es totalmente inerte. Al cabo de otros 50, la radiactividad de los residuos es similar a la de los desechos de una central de carbón.

La fusión no es una salida a la crisis climática

Lograr una fuente de energía estable, barata, limpia y virtualmente infinita marcaría un antes y un después para la humanidad. Al menos, sobre el papel. Sin embargo, todavía falta mucho tiempo para que la fusión sea una alternativa real para la producción eléctrica. Es una apuesta a largo plazo y no una solución que vaya a estar disponible para acometer la descarbonización urgente del sistema energético que necesitamos para mitigar el cambio climático. Los efectos de la crisis ambiental son cada vez más evidentes, pero para disponer de la energía de fusión faltan varias décadas, en el mejor de los casos.

“Hablar de plazos es muy difícil. Además, depende de a qué nos refiramos y de la inversión que reciba la fusión. Lo hemos visto con las vacunas: con dinero, los desarrollos tecnológicos se pueden acelerar”, subraya Ángel Ibarra.  “Por ejemplo, hablar de implantación comercial es mucho más que conseguir un único reactor capaz de producir electricidad de forma estable. Si se quiere tener un impacto significativo en el mercado eléctrico, habría que tener al menos 500 plantas en funcionamiento”. En la actualidad, por seguir con la comparación, existen 440 reactores de fisión nuclear en operación en el mundo que producen alrededor del 10% de la electricidad total.

“Para llegar a construir varios centenares de reactores, primero habrá que construir el primer reactor de fusión que genere electricidad, algo que quizá podríamos lograr en 20 o 30 años. Después vendrían la primera generación de reactores, la segunda y la tercera [como pasó con la energía de fisión]”, añade el investigador. “No se pueden construir 500 reactores a la vez. Si todo va bien, no creo que la fusión pueda ser una fuente de energía comercialmente relevante en los próximos 100 años”.

Para entonces, si seguimos el ritmo actual de consumo de combustibles fósiles y emisiones de gases de efecto invernadero, los informes del IPCC pronostican que el aumento de las temperaturas podría haber superado los 4°C con respecto a niveles preindustriales. Esos niveles de exceso de energía acumulada en la atmósfera y los océanos desencadenarían cambios en el clima de consecuencias difíciles de prever que pondrían en jaque la estabilidad de las sociedades humanas y, también, sus intentos de hacer avanzar la ciencia.