El poder de la fusión o la creación de una estrella en la Tierra

El mundo de la energía es en la actualidad un campo de batalla, una competencia feroz entre la suciedad y la contaminación de los combustibles fósiles, la falta de fiabilidad de la energía solar y eólica y las torres que se ciernen sobre las plantas nucleares así como sus peligrosos residuos. Un consumo creciente de energía y la presión ejercida sobre el planeta por el uso del carbón y el petróleo, hacen más necesario que nunca una fuente alternativa e innovadora; es, precisamente, lo que hace que la energía de fusión sea tan atractiva: promete proporcionar toda la que necesitemos de manera fiable, barata y, lo más emocionante, de forma segura para el medio ambiente -cero emisiones de dióxido de carbono—. Incluso las catástrofes en un reactor de fusión resultarían en poco más que la expansión y enfriamiento de plasma -la contaminación radiactiva que producirán los futuros reactores de fusión nuclear empleando el deuterio-tritio será unas 10.000 veces inferior a la producida por los reactores de fisión nuclear actualmente instalados (1)— , sin posibilidades de una enorme y peligrosa explosión. Y no es imposible. La fusión es lo que impulsa a cada estrella que salpica los cielos sin fin, incluyendo nuestro hermoso y abrasador sol. En su núcleo, el hidrógeno se fusiona con el helio y eventualmente escapa como radiación electromagnética. Es decir, dos átomos de hidrógeno se unen y producen un átomo de helio como resultado. Pero la fusión de un elemento en otro no es tan fácil como parece. Debido a que ambos protones tienen la misma carga, la única manera de superar su repelencia natural es acercarlos lo suficiente para que se fusionen. El sol es capaz de hacer esto debido a su brutal masa (el 99,8% de toda la materia de nuestro sistema solar) y, en consecuencia, la inmensa cantidad de fuerza gravitacional disponible. El calor, la presión y la gravedad son lo que hacen posible la fusión solar.

Eso es lo que hace que la fusión sea diferente de la fisión: mientras que la fisión tiene como objetivo separar un núcleo más pesado en dos más ligeros, la fusión reúne núcleos más ligeros en uno más pesado. El proceso de fusión significa que el elemento resultante tiene menos masa y la masa restante se convierte en energía. Una enorme cantidad de energía. Nuestros reactores nucleares de hoy en día utilizan la fisión, que desafortunadamente produce residuos radiactivos que duran decenas de miles de años. Aún así, muchos ven los reactores alimentados por fisión como una mejora con respecto a los combustibles fósiles, ya que es menos contaminante que la mayoría de las otras fuentes de energía y nos ha ayudado a evitar 14.000 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en los últimos 21 años. La energía nuclear es asequible y proporciona alrededor del 21,2% de toda la electricidad en España.

Sin embargo, no es fusión. No es todo lo que la fusión promete ser.

Pero resulta que recrear las condiciones del sol en la Tierra no va a ser una tarea sencilla. Uno de los chistes más tristes sobre la fusión es que es la energía del futuro... y siempre lo será. Este tipo de energía notable ha estado a 30 años de distancia durante las últimas 8 décadas. Pero esta vez podría ser diferente. Los físicos se sienten más confiados que nunca en su capacidad para resolver problemas y ha habido un gran número de avances en los últimos años.

Uno de los problemas a los que se enfrentan es que el proceso requiere temperaturas de cientos de millones de grados - temperaturas hasta 10 veces más altas que las del núcleo del sol. No hace falta decir que ningún material sólido podría soportar esa cantidad de calor, por lo que los científicos a menudo utilizan campos magnéticos para mantener el abrasador plasma durante lo que se conoce como confinamiento magnético. Los imanes entonces presionan el plasma a mayores densidades, pero eso significa que los átomos no siempre son lo suficientemente estables para contener la energía. El plasma calentado con láseres y haces de iones requiere que entre demasiada energía en el sistema.

En resumen, el objetivo actual de la investigación de la fusión es llegar a un punto de equilibrio en términos de energía. Los investigadores quieren sacar tanta energía como la que están poniendo. Hasta ahora hemos estado trabajando con déficit, es decir, que la energía obtenida es mucho menor que la gastada para producirla. El objetivo final, por supuesto, es sacar muchas veces más energía que la que estamos poniendo.

Algunos nuevos enfoques son un híbrido de campos eléctricos y magnéticos que envían átomos contra un objetivo sólido hasta que los átomos del rayo se fusionan con los del objetivo. Este proceso utiliza hidrógeno ya que los elementos más ligeros producen más energía durante la fusión. El truco aquí es minimizar el número de átomos que se dispersan y así aumentar la cantidad de energía recogida.

En lo que respecta al alcance comercial de la fusión, las estimaciones van desde 60 años a partir de hoy hasta sólo 15, dependiendo de a quién se pregunte. Los investigadores del MIT confían en poder tener un reactor de fusión en 2033, aunque incluso eso plantea la cuestión de si podemos permitirnos esperar tanto tiempo para obtener energía limpia.

En lugar de centrarme demasiado en los tecnicismos de la energía de fusión en sí, me interesaba mucho lo que este tipo de energía significaría para la exploración espacial. Resulta que la NASA está financiando un cohete alimentado por fusión con la esperanza de un prototipo funcional para 2020. Si tiene éxito, las naves espaciales impulsadas por fusión llegarían a Marte el doble de rápido que cualquier cosa que podamos enviar ahora. Esto significa que en lugar de un viaje al planeta rojo de 7 meses, sólo tomaría poco más de 3, reduciendo en gran medida la exposición de la tripulación a la radiación, la tensión psicológica y la ingravidez. Sin mencionar que necesitarían mucho menos comida, combustible y oxígeno a bordo. De hecho, un pequeño grano de aluminio proporcionaría la potencia equivalente a la que un cuatro litros de combustible proporciona en los cohetes químicos de hoy en día.

Los cohetes de fusión tendrían un impulso específico de 130.000 segundos, 300 veces mayor que el de los cohetes modernos. Impulso específico es un término que se refiere a la relación entre el empuje y la cantidad de propulsor utilizado. En el caso de los cohetes químicos, un impulso específico de 450 segundos significa que un cohete puede mantener 0,45 kg de empuje de 0,45 kg de combustible durante unos 450 segundos. Los cohetes de fusión también permitirían una mayor carga útil ya que no se necesita tanto espacio para el combustible. En su lugar, los imanes con bandas de litio empujarían a los átomos entre sí, lo que daría lugar a la fusión y a la energía para empujar el cohete hacia adelante. Si los cohetes de fusión utilizan hidrógeno como propulsor, podrían reponer sus reservas recogiendo hidrógeno de la superficie de los planetas.

Es un método rápido y mucho más eficiente de viaje interplanetario. Y los cimientos para ello se están construyendo hoy en día. Proyectos como el VASIMR actúan como pasos en el camino hacia los cohetes de fusión. VASIMR es un cohete de plasma que calienta y expulsa el plasma para crear empuje pero, debido a que los cohetes de fusión también usarán plasma, cualquier cosa que los investigadores puedan aprender de esta nave les ayudaría en el diseño y creación de un empuje de fusión.

Recrear el poder de una estrella es algo que suena singularmente humano: un objetivo violento, difícil y aparentemente fantástico. Y sin embargo, lograrlo le aportaría muchisimo a nuestra civilización, tanto en términos de energía física como de introspección: hasta dónde podremos avanzar realmente, de una parte, y si podremos alcanzar los objetivos de nuestras ambiciones más salvajes.

(1) Catedrático Guillermo Velarde, del departamento de Energía Nuclear de la Escuela de Ingenieros Industriales de Madrid.

Xarooch Franco

Vía | Ellen Anderson. Por la traducción y adaptación al castellano: Xarooch Franco.

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