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La humanidad lleva mucho tiempo persiguiendo el sueño de la energía de fusión nuclear. Dominamos la fisión nuclear hace varias décadas, y desde entonces la energía nuclear nos ha sido muy útil, salvo por su pésima reputación. Cuando la energía nuclear falla, como en Chernóbil y Fukushima, las consecuencias son muy graves.
A pesar de los graves accidentes, la energía nuclear es, junto con la solar y la eólica, una de las fuentes de energía más seguras disponibles. La energía nuclear causa un 99,91 % menos de muertes que el carbón. El petróleo y el gas son casi tan peligrosos como el carbón. La energía nuclear, especialmente la moderna, es mucho más eficiente que cualquier otra fuente de energía.
La energía nuclear moderna también es muy eficiente en cuanto a la generación de residuos. La mayor parte de los residuos se pueden reciclar, y las centrales nucleares producen tan solo 3 metros cúbicos de residuos al año. En comparación, una central eléctrica de carbón produce 300 000 toneladas de cenizas y seis millones de toneladas de CO₂ durante el mismo período.
Todo esto hace que la energía nuclear parezca bastante atractiva. Ahora imagínese usar la energía de fusión en lugar de la fisión. Cuatro veces la energía de la fisión, y el único subproducto es el helio, que no es radiactivo. Cuatro millones de veces la energía del carbón.
Quizás hayas oído hablar de la fusión nuclear como una fuente de energía ilimitada. No está lejos de la realidad, salvo por los posibles costes asociados. Pero si superamos estos obstáculos, si logramos dominar la fusión nuclear, cambiaremos el mundo para siempre. Sin embargo, aún no lo hemos conseguido.
El diseño de reactores de fusión comenzó ya en 1939, pero es evidente que no se ha avanzado significativamente. Comprendemos las ventajas y los fundamentos científicos, pero su implementación práctica aún no se ha materializado. Incluso podemos generar reacciones de fusión, pero todavía no hemos logrado mantenerlas ni utilizarlas. ¿Sucederá alguna vez? ¡Ya lo veremos!
¿Qué es Fusion?
La energía de fusión, por difícil que sea crearla en la Tierra, es totalmente real y plausible. Es la que alimenta al Sol. La alta presión y temperatura del Sol permiten la fusión de átomos de hidrógeno, produciendo helio como subproducto. La energía liberada en esta reacción es la que convierte al Sol en la gigantesca y brillante bola de plasma que vemos en el cielo cada día.
La fisión atómica, que se produce en los reactores nucleares modernos y en las armas nucleares, es una división del átomo, no una fusión. En ambos casos, se libera una energía increíble porque la masa del núcleo resultante es menor que la masa de los núcleos que reaccionan.
El Sol se apagará algún día cuando se le agote el combustible que necesita para sobrevivir, pero ahora mismo tiene suficiente hidrógeno para durar otros cinco mil millones de años, así que esto no será un gran problema para nosotros en un futuro próximo.
Para que la fusión nuclear funcione aquí en la Tierra, necesitamos una reacción que nos proporcione más energía de la que le aportamos. Ese es el problema. Iniciar una reacción de fusión nuclear requiere mucha energía. Requiere crear un plasma, que es un gas muy caliente lleno de partículas cargadas. Casi todos los intentos que hemos hecho hasta ahora para inducir la fusión nuclear han requerido más energía para crear la presión y la temperatura necesarias para formar el plasma que la que podríamos producir en la pequeña reacción de fusión nuclear posterior. Recordemos que el Sol es 333.000 veces más grande que la Tierra, por lo que la presión y la temperatura allí (que alcanzan los 27 millones de grados) son mucho menores.
¿Es siquiera posible crear un generador termonuclear?
La fusión nuclear es posible en la Tierra, pero es difícil. La presión en el Sol es de 24,7 millones de gigapascales. En comparación, los científicos lograron crear una presión de 770 gigapascales en un laboratorio, lo que causó sensación internacional. Este es un obstáculo fundamental para que la fusión nuclear funcione con la misma facilidad aquí que en el Sol. Ni siquiera podemos acercarnos a crear la misma presión. Esto significa que necesitamos elevar la temperatura, pero esto requiere mucha más energía, lo que destruye la reacción. Si la energía necesaria para crear la fusión nuclear es insuficiente para producir el resultado deseado, entonces es inútil.
¿Recuerdan que dijimos que el Sol puede generar temperaturas de hasta 27 millones de grados? Suena asombroso hasta que se enteran de lo que tenemos que hacer en los laboratorios para intentar crear fusión termonuclear. En la Tierra, usando láseres para compensar la falta de presión, calentamos el plasma a 100 millones de grados.
Este proceso funciona, y hemos utilizado la fusión nuclear con éxito en numerosas ocasiones en el laboratorio. El problema radica en que alcanzar temperaturas de 100 millones de grados requiere más energía de la que la fusión nuclear puede producir. Además, cabe afirmar que, una vez que la fusión nuclear se desarrolle hasta un nivel viable, inicialmente será extremadamente costosa. Esto supone un serio obstáculo para el sueño de contar con recursos energéticos ilimitados.
Actualmente, existen alrededor de 20 reactores de fusión en todo el mundo trabajando para crear una reacción de fusión sostenible que no requiera más energía de la que produce. En 2022, los científicos lo lograron por primera vez. Utilizaron dos megajulios de energía para alimentar 200 láseres enfocados en una sola cápsula de combustible. La reacción de fusión se inició y produjo 3,15 megajulios de energía. Se trata de una reacción pequeña, pero exitosa. Se repitió tres veces más, produciendo en una ocasión 3,88 megajulios, lo que demuestra que no fue una casualidad.
También en 2022, un laboratorio en China batió el récord de la reacción sostenida más larga, logrando una reacción de 17 minutos a una temperatura de 126 millones de grados Celsius. Posteriormente, un laboratorio en el Reino Unido produjo 59 megajulios de energía sostenida, duplicando el récord anterior. En 2024, se produjeron 69 megajulios. En la práctica, esto no es mucho, suficiente solo para cuatro baños termales. Existen varios planes para crear generadores de fusión funcionales para 2030.
Para que esto sea viable, la escala de producción debe incrementarse significativamente. Suministrar electricidad a las ciudades requiere generar mucha más energía. Pero las perspectivas existen y se espera que esto suceda pronto.
¿Por qué deseamos esto tanto?
No es de extrañar que la fusión nuclear sea considerada una fuente de energía potencialmente ilimitada. Funciona con hidrógeno, el elemento más abundante del universo.
Supongamos que tuviéramos una instalación, una especie de reactor de fusión, estable y fiable que produjera energía de fusión de alta eficiencia. Un galón de agua de mar bastaría para producir la energía equivalente a 300 galones de gasolina. No haría falta carbón, que produce humo contaminante, ni uranio, que emite radiación. Solo combustible limpio y asequible, sin subproductos peligrosos.
La energía solar y la eólica también ofrecen una producción de energía limpia, pero no pueden operar a la escala de la fusión nuclear. La energía eólica y la solar requieren mucha más infraestructura, como paneles solares y aerogeneradores. Ambas dependen de las condiciones climáticas, a diferencia de la fusión nuclear.
La principal ventaja de la energía de fusión radica en su impacto climático. Esta energía elimina eficazmente la contaminación ambiental causada por las fuentes de energía modernas, en particular los combustibles fósiles. Podríamos eliminar la producción de muchas emisiones peligrosas. La crisis climática podría resolverse potencialmente con la energía de fusión. Las empresas que invierten en este campo predicen que podremos alcanzar cero emisiones netas de carbono para 2050.
El hecho de que la fusión nuclear sea mucho más eficiente energéticamente que cualquier método de producción de energía existente también representa una gran ventaja. La producción de energía es cuatro millones de veces más eficiente que la de una central eléctrica de carbón, lo que hace que incluso considerar el uso del carbón resulte inviable.
Si bien la energía de fisión es la mejor opción disponible actualmente, la fusión es significativamente superior no solo en términos de producción de energía, sino también en términos de seguridad. Los principales inconvenientes de las centrales nucleares actuales son el riesgo de accidentes y el problema de los residuos. Los reactores de fusión eliminan ambas preocupaciones. No generan residuos peligrosos y los accidentes en la planta son imposibles.
Las centrales de fusión utilizan cantidades ínfimas de combustible; la cantidad de deuterio o tritio empleada es aproximadamente del tamaño de un sello postal. Si ocurriera algún incidente, la reacción no se descontrolaría ni provocaría la fusión del núcleo; simplemente se agotaría y se detendría.
Otro punto importante: dado que estos reactores utilizan hidrógeno, se podría reducir una parte significativa de las tensiones geopolíticas. Imagínese si ya no se libraran guerras por el petróleo porque nadie lo necesitara. El potencial para nuevas dinámicas a escala global es muy real. Al mismo tiempo, no se puede ignorar el impacto económico potencial en diversas regiones del mundo.
¿Cuál es el peligro de la energía termonuclear?
Si bien esto no representa ningún peligro, un posible inconveniente de la energía de fusión en las primeras etapas de su desarrollo probablemente sea el costo. Todo lo nuevo es caro, ya sea un automóvil nuevo, una consola de videojuegos nueva o una nueva fuente de energía. Las fuentes de energía tradicionales simplemente se abaratarán. Por eso seguimos quemando carbón y gasolina y utilizando centrales nucleares. La infraestructura existe, el método de producción de energía es sencillo de entender y los consumidores están acostumbrados a pagar un precio determinado por ella.
Se estima que el costo de la fusión nuclear rondará los 80-100 dólares por MWh a precios de 2020. Sin embargo, un escenario más realista prevé que los costos serán significativamente mayores, hasta 150 dólares por MWh. Esta cifra aumentará a medida que se incremente la inflación. No obstante, esto solo es realista en un mundo donde la fusión nuclear se convierta en la norma. Inicialmente, investigadores de Princeton proyectaron que los costos de capital para la fusión nuclear podrían alcanzar los 7000 dólares por kW.
En 2021, el Departamento de Energía de Estados Unidos estimó que el proyecto internacional de investigación de fusión ITER, que construye tokamaks para estudiar y producir energía de fusión, ya había costado 65 mil millones de dólares. El presupuesto inicial previsto era de 5 mil millones de dólares. En otras palabras, aún se desconoce el coste exacto de la fusión, pero probablemente será mayor de lo que pensamos.
En cuanto a los riesgos prácticos, los reactores de fusión podrían no funcionar como se suele creer. El Sol fusiona hidrógeno, pero en la Tierra estamos considerando usar deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno, ya que son más reactivos. El tritio no se encuentra en la naturaleza. Es radiactivo y un subproducto de la fisión. Una reacción de fusión puede eventualmente producir su propio tritio, pero primero debe suministrarse en grandes cantidades. El costo de un gramo es de aproximadamente 30 000 dólares.
La fusión con estos isótopos genera flujos de neutrones, que son radiactivos y pueden producir plutonio apto para armas nucleares. Por lo tanto, la ventaja de "cero residuos" es técnicamente falsa cuando se aplica a la fusión que realizamos en la Tierra. Sin embargo, sus defensores señalan que el tritio tiene una vida media muy corta y que solo se requieren cantidades insignificantes en las plantas de fusión. Esto podría proporcionar una seguridad relativa. En cuanto a los flujos de neutrones, aún no se ha determinado la solución para su blindaje y protección, pero es posible.
Otro inconveniente, volviendo a la cuestión energética, es que la afirmación sobre la ganancia neta de energía resulta algo ambigua. El informe de 2022 sobre el avance en fusión no mencionó que el laboratorio utilizó 300 megajulios de energía para cargar los láseres antes de dispararlos, lo que produjo tres megajulios de energía de fusión. Se centraron únicamente en la energía liberada durante el disparo propiamente dicho, que fue inferior a la energía producida.
En cuanto a su papel como salvador del mundo, también está la cuestión de la oportunidad. Si queremos salvar al mundo de la crisis climática, la ONU afirma que debemos alcanzar la neutralidad de carbono a nivel mundial para 2050. A pesar de las promesas de las empresas, parece improbable que la fusión nuclear pueda escalarse tan rápidamente. Esto no significa que no deba desarrollarse, pero afirmar que resolverá un problema que ya será demasiado tarde para solucionarlo es engañoso.
También cabe destacar que la información sobre la potencia que puede producir un generador de fusión suele estar oculta por un lenguaje vago. Se afirma que la instalación ITER en Francia es capaz de producir 500 megavatios de potencia con un consumo de tan solo 50 megavatios. Esto parece un buen compromiso, pero 500 megavatios no representan potencia eléctrica, sino la energía de fusión en forma de neutrones y partículas alfa. Y 50 megavatios no representan la potencia eléctrica consumida, sino únicamente la energía térmica. La instalación consume mucha más electricidad, aproximadamente entre 300 y 400 megavatios. Por lo tanto, la eficiencia anunciada aún no se ha alcanzado, y las relaciones públicas y el marketing distorsionan la realidad.
El Sol y otras estrellas en el espacio demuestran sin lugar a dudas que la energía de fusión es una fuente de energía asombrosa. Si la humanidad logrará algún día aprovecharla, y hacerlo de una manera que justifique el tiempo y el esfuerzo invertidos, es algo que no sabremos hasta dentro de unos años.
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