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ENERGÍA
Fusión nuclear: El hito científico que puede salvar al planeta
CLARÍN/ENERNEWS

Un experimento científico logró replicar el modo en que se produce energía en el Sol. El logro podría aplicarse para producir energía no contaminante

20/04/2023

NAHUEL SUGOBONO

¿Cómo viajar en el tiempo? Si eras un adolescente en 1985, la respuesta es fácil: había que conseguir un automóvil DeLorean, un minirreactor hogareño de energía marca Mr. Fusion, alimentado por basura y desechos orgánicos, ¡y a recorrer el calendario para atrás y para adelante!

Las premoniciones de Volver al futuro aún no son realidad, pero sí son evidencia de que ya hace 40 años la fusión nuclear era considerada como la fuente de energía del futuro.

La fusión nuclear controlada es una de las mayores búsquedas de la ciencia, desde que el astrónomo inglés Arthur Eddington, hace algo más de un siglo, lanzó la hipótesis de que el Sol (y las demás estrellas) generaban su energía mediante la fusión de átomos de hidrógeno en helio, en el núcleo del astro rey.

Ese proceso es lo que hoy conocemos como fusión nuclear y, naturalmente, resultó muy tentador preguntarse si sería posible realizar en nuestro planeta una especie de sol artificial en miniatura, capaz de generar una gran cantidad de energía.

La idea es fascinante, por supuesto, pero después de 70 años de más y más experimentos, la ciencia hoy sabe exactamente cómo es el proceso de la fusión nuclear, pero no es tan fácil concretar un sol artificial funcional. Se necesitaría la manipulación de delicadas partículas subatómicas en un entorno a altísimas temperaturas.

Tal vez hoy sí hayamos logrado iniciar esa cuenta regresiva que parecía en pausa. El Big Bang de una nueva era en producción de energía.

De hecho, los laboratorios que trabajan en fusión nuclear manejan temperaturas prácticamente inconcebibles, de unos 150 millones de grados Celsius, 10 veces más elevadas que las que tienen lugar en el núcleo del propio Sol.

Los físicos e ingenieros que operan estos reactores de fusión han logrado estas temperaturas colosales en su búsqueda incesante de condensar un sol tamaño de bolsillo.


UN AVANCE HISTÓRICO
El entusiasmo científico de décadas pasadas, reflejado en obras de ciencia ficción como Volver al futuro –con autos voladores, patinetas flotantes y fusión nuclear controlada–, se fue enfriando con el tiempo, ante lo que la opinión pública veía como promesas incumplidas.

Ya en 2016, el divulgador científico Nathaniel Scharping escribía un artículo para la revista Discover titulado “Por qué la fusión nuclear está siempre a 30 años de distancia”, en donde destacaba que a lo largo del último medio siglo continuamente se viene anticipando que la generación de electricidad por fusión nuclear estaba a escasos 30 años de convertirse en una realidad.

Una situación frustrante, sin dudas, pero cuando menos se lo esperaba, llegó la noticia que volvió a encender la vieja llama: el 5 de diciembre de 2022 se logró un avance crucial, que puede marcar un antes y un después en la búsqueda de la fusión nuclear como método de generación de energía.

Para la secretaria de energía de Estados Unidos, esta es una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo.

En esa fecha, el National Ignition Facility (NIF), en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), California, logró –por primera vez en la historia– producir más energía de la que se invierte para iniciar el proceso de fusión.

En términos concretos: con una potencia de láseres de 2,05 megajulios se produjo energía de 3,15 megajulios. Para tener una idea, un julio (la unidad de energía, como el metro es la unidad de longitud) equivale a la energía necesaria para lanzar una manzana pequeña un metro hacia arriba.

Si bien esos 3,15 megajulios apenas alcanzarían para calentar unas 20 pavas eléctricas para el mate, se trata de un avance histórico, que sienta las bases para tomar a la fusión nuclear como un recurso energético real en el mediano plazo, tal vez en 30 años… o en 50, pero esta vez se trata de estimaciones con sustento, basadas en hechos reales y comprobables.

Tal vez hoy sí hayamos logrado iniciar de verdad esa fundamental cuenta regresiva que siempre parecía estar en pausa. El Big Bang de una nueva era.


FUSIÓN VS. FISIÓN
Es muy habitual confundir los fenómenos de fusión nuclear y fisión nuclear. Incluso aunque se los distinga, es complejo entender en qué se diferencian.

Sin entrar en detalles complejos, solo comprensibles para físicos escala The Big Bang Theory, se puede decir que ambas son reacciones nucleares que liberan energía.

La fisión nuclear genera energía mediante la división (fisión) del núcleo de un átomo pesado (uranio o plutonio). Al darse esa fisión, una pequeña cantidad de materia se transforma en una enorme cantidad de energía, según la famosa ecuación de Einstein, que establece la equivalencia entre masa y energía.

Los reactores nucleares actuales (como Atucha, en la Argentina) y las bombas atómicas utilizan la fisión nuclear.

La fusión nuclear, en cambio, realiza un camino inverso: toma pares de núcleos de átomos ligeros y los obliga a unirse. Esta fusión también libera mucha energía, incluso más que la fisión.

Para la fusión nuclear se utilizan isótopos (variantes atómicas de un mismo elemento) de hidrógeno, el elemento más ligero del Universo.

Los isótopos utilizados en los experimentos de fusión son deuterio y tritio (el combustible de la fusión), los cuales son expuestos a altísimas temperaturas para que logren combinarse, conformando, por un lado, un nuevo átomo (helio) y, por otro, liberando altas cantidades de energía.

Conseguir generar más energía que la invertida, lo que se conoce como ganancia neta de energía, suena a algo importante, pero ¿es el experimento del National Ignition Facility (NIF) tan valioso como se pregona?

Jennifer Granholm secretaria de Energía de los Estados Unidos, se refirió al avance del NIF como “una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo XXI”.

Arati Prabhakar, asesor científico de la Casa Blanca, en tanto, definió al experimento como “un tremendo ejemplo de lo que la perseverancia realmente puede lograr, una maravilla de la ingeniería más allá de lo creíble”.

Fuera del ámbito estadounidense, el físico español Tomás Díaz de la Rubia, que trabajó en el Laboratorio Lawrence Livermore durante 24 años, donde llegó a director de investigación, afirmó que “su proyección es tremenda. En principio podemos pensar en una fuente energética que se puede distribuir por todo el mundo. La fusión va a tener un papel muy importante en el futuro de la energía mundial”.

Sin dejar de reconocer el carácter histórico del experimento del NIF, algunos científicos han preferido mostrarse cautelosos, entre ellos Kim Budil, la directora actual del Laboratorio Lawrence Livermore, donde opera el NIF: “Para producir energía comercial se debe ser capaz de producir muchos, muchos eventos de ignición de iones de fusión por minuto”.

En tanto, Riccardo Betti, profesor de la Universidad de Rochester y experto en fusión, advirtió: “Todavía hay camino por recorrer. Aún no tienes el motor y todavía no tienes los neumáticos. No puedes decir que tienes un auto”.

Otras voces, críticas, comentan que si bien se logró obtener energía, todavía estamos lejos de contar con la capacidad de producirla de forma económicamente viable.

Para tener una mejor idea sobre cómo ponderar el experimento del NIF, Viva sumó la voz del científico Ricardo Farengo, jefe de la sección Fusión Nuclear del Centro Atómico Bariloche, investigador de la CNEA y profesor del Instituto Balseiro.

Farengo nos da una de cal y una de arena, poniendo en perspectiva los alcances y limitaciones del avance tecnológico.

“El logro de NIF no significa el descubrimiento de un fenómeno físico nuevo. Se logró gracias a una serie de mejoras en un proceso muy complejo que se venía estudiando desde hace tiempo. Se trata, entonces, de una serie de mejoras técnicas que permitieron concretar algo que la teoría y las simulaciones indicaban que debía ser posible”, dice.

Farengo remarca que, en todo caso, esto sería una especie de minuto cero: “Mi opinión personal es que los resultados obtenidos por el NIF son importantes, pero esto no significa que rápidamente se puedan construir reactores comerciales utilizando esta tecnología. La producción de grandes cantidades de energía eléctrica por fusión todavía está bastante lejos, a menos que alguna de las alternativas más novedosas que han comenzado a estudiarse recientemente avance rápidamente”.


CAMINOS QUE SE FUSIONAN
Es cierto que todavía quedan muchos escalones por subir, pero, al mismo tiempo, las economías líderes del planeta están dedicando recursos enormes para lograr la ansiada fusión nuclear. Nadie duda de que se logrará, lo que se busca es que sea lo más pronto posible.

Hay muchos métodos en la búsqueda de la fusión nuclear, pero dos son los principales: confinamiento inercial, que utiliza láseres de alta potencia, y confinamiento magnético, que se vale de campos magnéticos.

El primer método es el utilizado por el NIF, mientras que el segundo es el elegido por el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés), un proyecto en construcción desde 2013 en Francia, que estará listo recién en el año 2025.

Con un costo superior a los 20.000 millones de euros, es considerado el experimento científico más caro de la Historia, así como el proyecto de ingeniería más complejo emprendido por la humanidad.

La fusión nuclear es una carrera contra el tiempo: los combustibles fósiles pusieron en jaque al planeta.

Cuando esté completado será el más grande de los reactores de fusión realizados hasta la fecha. Participan del experimento los países y regiones más poderosos: Unión Europea, Estados Unidos, Rusia, China, India, Japón, Corea del Sur, Suiza y el Reino Unido.


POR QUÉ ES TAN IMPORTANTE
Hay una razón por la cual los principales Estados del mundo buscan sin descanso una respuesta satisfactoria a la producción de energía utilizando el método de fusión nuclear.

El Instituto Max Planck, de Alemania, lo afirma de manera contundente en su página web: “Un gramo de mezcla de combustible de deuterio y tritio en el proceso de fusión nuclear produce 90.000 kilovatios hora de energía, o el equivalente a 11 toneladas de carbón”.

Esto significa alrededor de 10 millones de veces más energía por kilo de combustible. De acuerdo con material de divulgación de la Oficina de Energía Nuclear, del Departamento de Energía de los Estados Unidos, la fusión produce entre tres y cuatro veces más energía que la fisión nuclear.

Esta es una motivación contundente para convertirla en realidad. Pero existen otras razones, tanto o incluso más importantes.

Aldo Bartra, uno de los principales divulgadores científicos de habla hispana, con unos 2,6 millones de suscriptores a su canal de YouTube, “El robot de Platón”, le dijo a Viva: “Las otras ventajas de la fusión nuclear pueden tener que ver con la seguridad y el medio ambiente. La fusión nuclear, en su proceso, es muy segura. No habría ninguna excusa para no aceptarla y socialmente nos beneficiaría a todos”.

Y agrega: “Por otro lado, representa una fuente más limpia para la naturaleza. La cantidad de desechos radiactivos y los gases de efecto invernadero producidos a través de la fusión son mínimos. Eso, por supuesto, puede cambiar la vida de muchas personas que serían perjudicadas por los efectos del calentamiento global ocasionado por el ser humano, si en el futuro no se toma esta energía como reemplazo”.

Este último punto que destaca Aldo no es menor. La fusión nuclear es una carrera contra el tiempo: los combustibles fósiles han puesto en jaque el propio equilibrio ecológico del planeta, y si no se encuentra una alternativa en el corto plazo, se corre el riesgo de llegar a una situación sin retorno.

Con el 56% de la población mundial viviendo en ciudades (en la Argentina el porcentaje trepa al 92%, según estimaciones de Naciones Unidas) y un desarrollo industrial en continuo crecimiento, la necesidad de contar con fuentes de energía que sostengan a los casi 8.000 millones de habitantes de nuestro planeta siempre es acuciante.

Farengo remarca la importancia de dedicar esfuerzos mayores tanto como política de las naciones como a partir de iniciativas privadas: “Definitivamente se necesita incrementar el presupuesto destinado a desarrollar la fusión como fuente de energía. Los Estados deben invertir más y se debe fomentar la inversión privada, que ha crecido mucho últimamente. Es cierto que los grandes proyectos financiados por los Estados tienen un alto costo, pero el costo de los desastres naturales causados por el cambio climático es mucho mayor, tanto en el aspecto económico como en el humano”.

Y agrega: “Para sintetizar, la mejora en la calidad de vida a partir de la producción de energía por fusión nuclear se debería a la reducción en la emisión de gases de efecto invernadero y la consiguiente reducción del calentamiento global. Además, la energía lograda por fusión nuclear podría utilizarse para otros procesos, por ejemplo, para desalinizar agua de mar”.

Por último, Farengo destaca que no debe esperarse que la fusión nuclear excluya otras formas “limpias” de obtener energía.

“No se trata de desarrollar la fusión en lugar de otras fuentes que no producen gases que contribuyan al efecto invernadero, como las energías solar o eólica. Un sistema robusto de producción de energía debe contar con varias fuentes alternativas y es deseable que una fracción significativa de la potencia total sea producida por fuentes que no dependan de factores climáticos o del ciclo diurno”, afirma.

Más tarde o más temprano, la fusión nuclear será una realidad. Los esfuerzos y avances como los del 5 de diciembre pasado se dirigen a que sea lo más pronto posible, no solo para lograr una energía más eficiente y productiva económicamente, sino para prevenir daños al planeta que podrían ser irreversibles.

Es decir, no se trata únicamente de que sea conveniente: la propia supervivencia de la humanidad está en juego. 


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*La información y las opiniones aquí publicados no reflejan necesariamente la línea editorial de Mining Press y EnerNews

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