Fusión nuclear: EE. UU. acerca a la humanidad hacia una fuente de energía limpia

Antes del anuncio oficial del Departamento de Energía de Estados Unidos llegaron los rumores. En los últimos días, fuentes no oficiales ya habían revelado que científicos en ese país habían logrado un gran avance en la tecnología de fusión nuclear, al producir por primera vez más energía de la que se consume en una reacción.

(Le puede interesar: ¿Qué es la fusión nuclear? Lo que debe saber sobre el trascendental anuncio).

Un avance histórico que fue confirmado finalmente ayer por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y que –pese a que aún le seguirán por lo menos unos 20 años de trabajo para escalar la tecnología hasta un nivel comercial– significa un inicio que promete revolucionar la producción de energía en la Tierra y llevarla hacia un camino más limpio y menos costoso.

Investigadores de todo el mundo llevan décadas trabajando para desarrollar la fusión nuclear, considerada una fuente de energía limpia, abundante y segura que podría permitir a la humanidad romper su dependencia de los combustibles fósiles, que han provocado la crisis climática global que atravesamos. El avance anunciado fue el resultado de un experimento llevado a cabo la semana pasada en el National Ignition Facility (NIF), un gran proyecto de fusión inercial que trata de demostrar la viabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía.

El NIF es el sistema de láseres más grande del mundo, del tamaño de un estadio deportivo. En la madrugada del pasado 5 de diciembre, 192 láseres apuntaron a un cilindro del tamaño de un dedal, donde se encontraba una cápsula minúscula fabricada en diamante y que contenía isótopos de hidrógeno (deuterio y tritio). Los láseres generaron una temperatura de unos 150 millones de grados Celsius, es decir, diez veces la del Sol, provocando la fusión de los átomos de hidrógeno.

La reacción tardó una fracción de segundo. Los científicos produjeron así unos 3,5 megajulios de energía usando 2,05 megajulios a través de los láseres, según el comunicado del LLNL. Sin embargo, se necesitaron 300 megajulios de energía de la red eléctrica para activar los láseres, lo que hace que la operación en general sea todavía deficitaria.

(Siga leyendo: Reserva cognitiva: qué es y cómo trabajarla para fortalecer el cerebro).

Las centrales nucleares utilizan actualmente la fisión, la división del núcleo de un átomo pesado para producir energía. Una tecnología que genera residuos altamente radiactivos, se comercializa desde hace décadas y sigue produciendo sólo el 10 por ciento de la energía mundial, mucho menos que el carbón y el gas. La fusión nuclear, al contrario, combina dos átomos de hidrógeno para formar un átomo de helio más pesado, liberando una gran cantidad de energía y calor en el proceso.

Es lo mismo que ocurre en el interior del Sol, dice el profesor de la Universidad Nacional Diego Alejandro Torres, quien hace parte del grupo de física nuclear de la institución, un procedimiento en el que se genera mucha más energía y más calor del que se produce en un reactor nuclear de uranio.

En la Tierra, este proceso se puede conseguir con la ayuda de láseres ultrapotentes, pero hasta el momento era más la energía que se invertía en estos sistemas que la que se obtenía. “Ahora han logrado el punto en el cual tienen más energía que la que se está inyectando, lo que hace que tengamos una nueva fuente de energía muy poderosa, muy limpia, que hace además uso de deuterio y de tritio, que son elementos que se encuentran con relativa abundancia y facilidad en el universo y en general en la Tierra y que además abre la posibilidad efectiva de un cambio total del paradigma del manejo de la energía en el mundo”, explica el profesor Torres.

Para el físico, el hallazgo anunciado por EE. UU. abre la puerta a utilizar esa energía excedente en otros procesos, como la generación de electricidad. Aunque los expertos han aclarado que aún queda mucho camino para crear una tecnología viable, que sea además capaz de proporcionar suficiente energía limpia para ayudar al mundo a abandonar los combustibles fósiles de manera definitiva y limitar el cambio climático. “Necesitamos hacer que la reacción sea más grande en el sentido de que esté comercialmente disponible, que se le haga, por ejemplo, un proceso de diseño en el cual la podamos utilizar en un reactor prototipo, generar a partir de él electricidad para luego hacerlo de forma comercial.

(También: Iniciativa busca nombrar exoplaneta en honor a indígenas del sur de Colombia).

Probablemente conseguirlo tome décadas, como declaró ayer Kim Budil, la directora del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Los desafíos son tecnológicos, debido a que hay que poder repetir el experimento muchas veces por minuto. Por eso, los expertos insistieron en que para limitar el calentamiento global se deben reducir sin demora las emisiones de gases de efecto invernadero.

Pero el resultado es sin duda alentador: comprueba un principio físico descrito hace décadas y acerca a la humanidad un paso más hacia las ventajas de la fusión nuclear como fuente de energía, con menos desechos radiactivos que la fisión y sin gases de efecto invernadero.

Además de las iniciativas que se desarrollan en EE. UU., en el mundo existen otros proyectos de fusión nuclear. Uno de ellos es el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (Iter, por su sigla en inglés), que reúne en el sur de Francia a 35 países que colaboran en la construcción del mayor tokamak del mundo, un dispositivo de fusión magnética diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala y sin emisiones de carbono.

En lugar de los láseres que emplean los científicos estadounidenses, Iter utilizará una técnica conocida como confinamiento magnético, en el que los átomos de hidrógeno se calientan en un inmenso reactor, donde permanecerán confinados con la ayuda de un campo magnético. En una línea similar trabajan los científicos chinos, quienes han desarrollado el reactor de fusión tokamak East, apodado el ‘sol artificial chino’.

El objetivo final de este proyecto es crear una fusión nuclear como el Sol, utilizando el deuterio, un isótopo de hidrógeno que abunda en el mar, para proporcionar un flujo constante de energía limpia.

(Además: Primera misión privada a la Luna completa su despliegue en el espacio).

Con él lograron en el 2021 una operación del plasma en estado estable que se mantuvo durante 1.056 segundos a una temperatura cercana a los 70 millones de grados Celsius, lo que para los asiáticos dejó, además de un récord mundial, una sólida base científica y experimental para el funcionamiento de un reactor de fusión.

Sin embargo, con el anuncio hecho ayer, los estadounidenses se ubican al frente de la carrera por conseguir una fuente de energía que imite lo que ocurre en el Sol y las estrellas, pues, como plantea el profesor Diego Alejandro Torres, de la Universidad Nacional, “lo que lograron ellos es algo que no había conseguido nadie, o que no lo habían reportado de manera tan contundente como lo acaban de hacer”.

De acuerdo con el físico colombiano, aunque las proyecciones de Iter son buenas, es un proyecto que todavía está en construcción. “Van a lograr algo, es claro, pero ya con este anuncio EE. UU. toma una ventaja enorme, sobre todo porque ahora el gobierno federal va a redireccionar muchos recursos para poner la tecnología a la disposición de la humanidad y para tener reactores en este sentido”, asegura Torres.

Pero los expertos consideran importante seguir investigando sobre estas dos técnicas: los láseres y el confinamiento magnético. “Lo que queremos es maximizar los caminos potenciales hacia el éxito, por lo que queremos seguir estos enfoques diferentes para ver qué funciona”, dijo el martes la física Tammy Ma, del National Ignition Facility –el proyecto del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore que anunció el histórico logro científico–. “La fusión es muy importante para la humanidad”. Una tecnología que para muchos será la fuente de energía del futuro.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA

@malelopezpl

@TiempodeCiencia