Fusión nuclear, la energía del futuro

 

En el último par de meses, la fusión nuclear está en boca de todos. En enero, científicos e ingenieros en China lograron que uno de sus reactores llegara a una temperatura 5 veces más caliente que el Sol por 1.056 segundos. A comienzos de febrero, el reactor europeo Jet rompió un récord de más de 2 décadas al llegar a producir 59 megajoules de energía. Hace apenas una semana, DeepMind de Google fue entrenada para manejar el plasma que produce la fusión nuclear.

La fusión nuclear representa uno de los tipos de energía más eficientes y limpios del universo. Por décadas, investigadores han querido crear un reactor de fusión nuclear estable. Aunque todavía no existe, lo cierto es que gracias a estos avances recientes la fusión nuclear está más cerca que antes. Sin embargo, para entender bien las implicaciones de este tipo de energía, es necesario entender mejor los tipos de energía nuclear.

Cuando pensamos en un reactor nuclear, la mente seguramente nos lleva a imágenes del icónico diseño que series como los ‘Los Simpson’ han popularizado. Otras personas tal vez piensen también en algunos de los desastres más nombrados, como el de Chernóbil, en Ucrania, o más recientemente el de Fukushima, en Japón.

Peso a esto, el reactor nuclear más popular de todos es uno que sentimos y vemos casi todos los días: nuestro Sol. La estrella de nuestro Sistema Solar es un ejemplo de los reactores nucleares naturales más eficientes, potentes y devastadores en todo el cosmos. Desde hace décadas, investigadores e inversionistas han buscado la forma para atrapar esta energía solar y convertirla en electricidad para nuestras ciudades.

Otros científicos, sin embargo, buscan no solamente atrapar esta energía, sino crearla acá mismo en la Tierra.

Dos tipos de energía nuclear

Cuando hablamos de energía nuclear, muy seguramente vengan a la mente imágenes como las bombas o desastres nucleares. Los cimientos de la energía nuclear están en aprovechar la energía de los átomos, y cuando pensamos en bombas nucleares no estamos entendiendo el panorama completo. La energía nuclear existe de dos formas principales: la fisión y la fusión nuclear.

“Fisionar es el procedo de dividir. Fusionar es el proceso de unir”, explica Diego Alejandro Torres, doctor de Física y profesor del departamento de Física de la Universidad Nacional. Cuando hablamos de fisión nuclear nos referimos al proceso de separar átomos, mientras que la fusión se entiende como la combinación de átomos.

Torres explica que el proceso más conocido es el de la fisión, que fue el que les dio energía a las bombas nucleares y que ha estado en el centro de los desastres nucleares de Chernóbil y Fukushima; pero «también es uno de los procesos más eficientes y limpios para la producción de energía eléctrica», afirma.

En palabras sencillas, la fisión nuclear se basa en tomar un átomo pesado –como uranio o plutonio– y bombardearlo con neutrones. Estos neutrones separan –o fisionan– los átomos del elemento, produciendo calor en el proceso y creando nuevos neutrones. Los nuevos neutrones, a su vez, bombardean otros átomos y así se crea una reacción en cadena. El calor producido en la reacción es utilizado para evaporar agua y crear, por supuesto, el vapor que les da potencia a turbinas que producen electricidad.

Pese a ser un proceso muy eficiente para crear energía, las reacciones en cadena de los átomos que son separados es en últimas gran parte del riesgo que presenta. Debido a esto, muchos reactores implementan barras de control fabricadas con elementos como boro y cadmio que absorben neutrones sin ser fisionados y detienen la reacción en cadena.

Creando la energía de las estrellas

Al otro lado del espectro encontramos a la fusión nuclear. Como su nombre lo indica, este tipo de energía está basada en la fusión (unión) de los componentes del átomo. Dos isótopos con una masa baja, como los del hidrógeno, son capaces de ser unidos durante condiciones de extrema presión y temperatura. Este proceso genera una increíble cantidad de energía. “Fusionamos los núcleos y liberamos energía que es de 7.000 a millones de veces más de la que se libera en el proceso de fisión nuclear”, dice Torres.

El proceso de fusión es justamente el que se produce en las estrellas del universo para crear calor y luz. Nuestro Sol fusiona constantemente núcleos de hidrógeno para crear helio, calor y luz que llegan a nuestro planeta todos los días. Se estima que el núcleo del Sol fusiona alrededor de 500 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo, e incluso con esa potencia, todavía tiene suficiente combustible para consumir por otros 10.000 millones de años.

La fusión nuclear ha estado siendo estudiada desde principios del siglo XX, muy parecido al desarrollo que ha tenido la fisión nuclear. Sin embargo, pese a que la humanidad ha podido controlar y cosechar los beneficios de la fisión nuclear, la fusión nuclear se ha convertido en uno de los desarrollos más difíciles de lograr.

“La razón principal es la temperatura”, explica Diego Alejandro Torres. La humanidad ha encontrado la forma para acelerar y fusionar partículas gracias a la aplicación de imanes gigantes, pero la temperatura que producen este tipo de reacciones es tan elevada que hasta el momento no ha podido ser controlada efectivamente. En el Sol, el plasma que produce la fusión es atrapado gracias a la gravedad y densidad tan extrema que tiene. Recordemos que el Sol tiene una gravedad equivalente a 30 veces la de la Tierra.

Acá en la Tierra, entonces, la tarea es más difícil debido a que no contamos con la ventaja de la gravedad y los científicos deben encontrar la forma para contener y controlar el plasma. La situación es incluso más precaria cuando agregamos que no solo debe ser controlada, sino que debe provenir de una fuente constante: “Necesitamos que dure horas, días, meses, años”, dice Torres.

Mientras que en la fisión nuclear la reacción en cadena es relativamente simple de activar y mantener por largos periodos de tiempo, en la fusión esta reacción es una meta altamente compleja y que requiere infraestructura que hasta el momento no existe como algo viable económicamente. Así mismo, la meta es también que la fusión genere más energía y calor del requerido para activar la reacción, un proceso que hasta el momento ningún reactor ha logrado. 

El Santo Grial de la energía del futuro

En un mundo que necesita cada vez más energías alternativas a los combustibles fósiles, la energía nuclear se ha convertido en uno de los puntos de mayor investigación. La fisión nuclear tiene desventajas como la producción de materiales y desechos altamente radioactivos, elementos que están presentes en muy menor medida en la fusión nuclear, ya que su mayor desecho es helio, un gas inerte.

Sin embargo, lo cierto es que hasta el momento la fusión nuclear existe solamente en laboratorios privados o de proyectos internacionales como Iter –International Thermonuclear Experimental Reactor–, ubicado en Francia, pero en donde participan la Unión Europea y países como Japón, Rusia, China y Estados Unidos.

Desde una mirada política, es difícil destinar recursos a un tipo de energía que ha sido prometida por décadas, pero que desde 1940 no ha entregado un reactor que produzca más energía de la consumida. Pese a esto, los científicos creen que el desarrollo de este tipo de tecnologías será muy positivo para la sociedad en general y que el panorama cambiará positivamente cuando un reactor pueda generar más energía de la que consume la fusión nuclear.

Hoy más que nunca, los países del mundo necesitan encontrar una solución verdadera a los combustibles fósiles. Si bien energías como la solar, la hidráulica y la eólica representan el futuro, la investigación en nuevas energías nucleares significa también un pilar importante en la meta por llegar a ser una sociedad con cero emisiones. Más que encontrar una sola energía, la meta de las bajas emisiones será más fácilmente lograda si trabajamos con todas estas fuentes en conjunto.

“Los avances en energía son una tecnología maravillosa. Cualquier avance en energía va a traer un avance en tecnología para la sociedad, esto se ha visto a lo largo de la historia”, dice Torres. Componentes como el carbón y el petróleo han servido para que la sociedad avance hasta lo que conocemos hoy en día, pero controlar el poder de las estrellas puede que se convierta en la joya de la corona de la humanidad del futuro.

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