Fusión — avance real, calendario incierto

Qué se ha demostrado, qué falta y por qué un experimento no es todavía una central eléctrica.

Encender una estrella no basta para enchufarla

El mismo proceso físico que alimenta al Sol

La fusión nuclear une núcleos atómicos ligeros —típicamente isótopos de hidrógeno— para formar un núcleo más pesado, y ese proceso puede liberar una cantidad de energía considerable, exactamente el mismo mecanismo físico que alimenta al propio Sol y a las demás estrellas. En la Tierra, dos enfoques experimentales distintos han conseguido avances reales y verificables hacia reproducir ese proceso de forma controlada: el confinamiento magnético, que usa campos magnéticos extraordinariamente intensos para mantener un plasma a temperaturas de decenas de millones de grados sin que toque las paredes del reactor, y el confinamiento inercial, que comprime una pequeña cápsula de combustible mediante láseres de muy alta potencia disparados simultáneamente desde múltiples direcciones. Ambos enfoques han alcanzado hitos científicos genuinamente reales en las últimas décadas, no promesas vacías, pero ambos comparten también el mismo problema de fondo: producir energía neta a la escala de un experimento aislado en un laboratorio es un logro científico distinto, y bastante más sencillo, que producir electricidad de forma sostenida y económicamente viable a la escala de una central eléctrica real conectada a una red.

Todo lo que falta entre un experimento y una central eléctrica

Una central de fusión comercial necesitaría, además de reproducir la propia reacción física, resolver un conjunto de problemas de ingeniería considerablemente más amplio: producir energía neta positiva considerando el consumo de toda la instalación completa, no solo de la reacción aislada; repetir o sostener ese proceso de forma continua durante periodos de tiempo mucho más largos que un único disparo experimental; soportar el bombardeo constante de neutrones de alta energía sobre los materiales estructurales del propio reactor sin que se degraden con demasiada rapidez; fabricar y regenerar de forma continua combustibles poco disponibles en la naturaleza, como el tritio; extraer de forma eficiente el calor generado por la reacción; usar ese calor para mover una turbina convencional y generar electricidad; mantener todos estos componentes en funcionamiento de forma fiable durante años; y, finalmente, competir en coste real y en disponibilidad frente a otras fuentes de generación eléctrica ya maduras y ya desplegadas a gran escala.

Por qué un mismo anuncio puede generar titulares aparentemente contradictorios

Un anuncio de avance científico en fusión puede usar la palabra «ganancia energética» refiriéndose únicamente a la energía neta producida por el propio combustible o el propio plasma en ese experimento concreto, sin incluir en absoluto la energía total consumida por todo el resto de la instalación —los láseres, los imanes superconductores, los sistemas de refrigeración, y todos los sistemas auxiliares necesarios para hacer funcionar el experimento—. Esa diferencia de frontera de análisis explica por qué pueden aparecer, casi al mismo tiempo, titulares que suenan contradictorios entre sí: uno que celebra genuinamente un hito científico real, y otro que señala, también con razón, que la instalación en su conjunto sigue consumiendo mucha más energía de la que produce. Ambos titulares pueden ser correctos a la vez, simplemente porque están hablando de fronteras de análisis distintas.

Un balance ambiental prometedor, todavía por confirmar a escala comercial

La fusión nuclear no produce dióxido de carbono directamente durante la propia reacción, ni genera residuos radiactivos de vida muy larga equivalentes a los de una central de fisión nuclear convencional, dos ventajas ambientales genuinas frente a otras tecnologías de generación. Pero el intenso bombardeo de neutrones sobre los materiales estructurales del reactor sí activa esos materiales, generando cierta radiactividad que deberá gestionarse adecuadamente, y una central de fusión comercial exigirá, como cualquier instalación industrial de gran escala, un proceso de construcción con su propio coste material y energético, además de un desmantelamiento final que también deberá planificarse y financiarse con antelación. Ninguna de estas consideraciones invalida el potencial genuino de la tecnología, pero conviene tenerlas presentes al evaluar su balance ambiental completo, en lugar de asumir sin más que la fusión es automáticamente una tecnología sin ningún residuo ni ningún coste de construcción asociado.

Cuatro preguntas para una noticia de fusión

  1. ¿El resultado destacado duró cuánto tiempo concreto, y se puede repetir de forma fiable, o fue un único disparo experimental aislado?
  2. ¿La «energía neta» de la que habla la noticia incluye el consumo de toda la instalación completa, o solo la energía del propio combustible o del propio plasma?
  3. ¿Se ha demostrado ya producción eléctrica real, materiales estructurales que resisten el bombardeo de neutrones a largo plazo, y un ciclo de combustible sostenible, o solo la reacción física aislada?
  4. ¿Es un experimento científico, un prototipo de ingeniería, o una oferta comercial real con fecha y coste verificables por terceros?

Apoyar la investigación científica en fusión no obliga en absoluto a contar con ella para cumplir los objetivos climáticos más cercanos en el tiempo. Es perfectamente coherente celebrar los avances científicos genuinos que se vayan produciendo y, al mismo tiempo, desplegar hoy mismo la eficiencia energética, las redes eléctricas y la generación ya disponible y ya madura, sin esperar a una tecnología que todavía no está lista para resolver el problema climático más urgente.

Los números, con su origen

Ignición real en el laboratorio, muy lejos todavía del balance eléctrico completo

El 5 de diciembre de 2022, el National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory consiguió, por primera vez en la historia, que una reacción de fusión produjera más energía de la que recibió directamente del láser: 2,05 megajulios de energía láser entregados al combustible generaron 3,15 megajulios de energía de fusión, una ganancia neta sobre la energía láser de aproximadamente el 54 %. Sin embargo, los propios láseres de la instalación necesitan del orden de 300 megajulios de electricidad de la red para poder entregar esos 2,05 megajulios al combustible — el balance energético de toda la instalación completa sigue estando, por tanto, muy lejos de alcanzar el punto de equilibrio, aunque el resultado científico del propio combustible sea absolutamente real e histórico.

Fuentes: Lawrence Livermore National Laboratory — Achieving Fusion Ignition; Departamento de Energía de EE. UU. — DOE National Laboratory Makes History by Achieving Fusion Ignition.

ITER busca una ganancia de energía de diez veces, con un calendario ya retrasado varias veces

El objetivo central del proyecto internacional ITER, el mayor experimento de fusión por confinamiento magnético del mundo, es generar unos 500 megavatios de potencia de fusión durante 400 segundos a partir de solo 50 megavatios de calentamiento del plasma, una ganancia de energía (factor Q) de 10. El calendario del proyecto se ha revisado varias veces desde su concepción original: la fecha prevista para el primer plasma es ahora 2034, la operación a plena potencia magnética se espera hacia 2036, y las operaciones con la mezcla de combustible deuterio-tritio, la reacción de fusión completa, no se esperan hasta 2039 — más de una década después de las fechas previstas originalmente.

Fuente: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik — New ITER schedule.

Qué falta en esta tabla

Ninguna de estas dos cifras experimentales predice cuándo, si acaso, la fusión llegará a ser una fuente de electricidad comercialmente competitiva: ese último paso depende todavía de resolver problemas de ingeniería de materiales, de ciclo de combustible y de coste económico que van considerablemente más allá de haber demostrado ya la propia reacción física de fusión en un laboratorio.

Fuentes