Así funciona la fusión nuclear, la energía de las estrellas que promete ser barata, limpia y casi ilimitada

• Científicos estadounidenses han logrado por primera vez generar energía de manera eficiente mediante este proceso
• Consiste en replicar de manera controlada y segura una reacción similar a la que se produce en el Sol

Estados Unidos logra obtener energía nuclear a partir de la fusión

Científicos estadounidenses han logrado producir una reacción de fusión nuclear capaz de generar energía de manera eficiente, lo que supone un hito sin precedentes en el camino hacia la obtención de una fuente energética casi ilimitada, barata, limpia y segura. Sin embargo, incluso en el mejor de los casos, aún tendrán que pasar muchos años, incluso décadas, para que las centrales de fusión nuclear sean una realidad.

A continuación, se intenta dar respuesta a las principales dudas que puede plantear este modo de obtención de energía:

¿Qué es la fusión nuclear?

A grandes rasgos y de una manera muy simplificada, el proceso consiste en replicar de manera controlada una reacción similar a la que se produce en el Sol o en cualquier otra estrella, y utilizarla para crear energía.

Los átomos de hidrógeno se pueden unir y formar una molécula de hidrógeno, pero en las estrellas la fuerza de la gravedad -provocada por su propia masa- es tan intensa, que sus núcleos llegan a fusionarse hasta convertirse en helio, liberando energía de forma masiva. Además del efecto gravitatorio, este proceso dentro de las estrellas también se consigue mediante su elevada temperatura, que confiere energía cinética a los núcleos de los átomos.

¿Cómo se puede lograr en la Tierra?

Existen dos maneras de recrear este proceso de manera controlada: la fusión por confinamiento magnético y la fusión por confinamiento inercial.

El confinamiento magnético se basa en el efecto de la elevada temperatura de las estrellas, y se obtiene generando un campo magnético mediante bobinas. En este espacio, se inyecta gas de hidrógeno, que se calienta por la radiación de microondas hasta alcanzar temperaturas elevadísimas, de millones de grados centígrados, lo que provoca que el gas se ionice, es decir, que los núcleos atómicos pierdan sus electrones asociados, convirtiéndose en plasma.

Los campos magnéticos de elevada intensidad representan la única forma para mantener confinada la materia en forma de plasma. Existen varios diseños para la estructura de estos campos magnéticos. El más conocido es el "tokamak", como el JET de Reino Unido o el futuro proyecto internacional ITER, en el que participa España a través de Ciemat.

En el caso de la fusión por confinamiento inercial, el objetivo es emular principalmente la fuerza gravitatoria de las estrellas. Esto se logra mediante la acción de radiaciones láser de elevadísima energía, que inciden sobre una esfera de deuterio y tritio, dos de los tres isótopos de hidrógeno que se utilizan como combustible en las reacciones nucleares de fusión. Este es el procedimiento empleado por los científicos estadounidenses.

¿En qué se diferencia la fusión de la fisión?

La fusión es la unión de átomos pequeños para formar otros de mayor tamaño, mediante una reacción que libera gran cantidad de energía en forma de radiación. Como ya se ha apuntado, en el caso del hidrógeno, es necesario recrear las condiciones que se producen en las estrellas: temperaturas y presiones extraordinariamente elevadas, para que los núcleos cargados positivamente consigan aproximarse contrarrestando las fuerzas electrostáticas de repulsión que existen entre ellos.

Por el contrario, la fisión es la reacción en la que el núcleo de un átomo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, emitiendo grandes cantidades de energía, además de generar otros dos o tres neutrones. Estos neutrones, a su vez, pueden dar lugar a más fisiones, mediante un efecto multiplicador que se conoce como "reacción en cadena". Este es el principio en el que se basan las centrales nucleares tradicionales.

¿Cuáles son las ventajas de la fusión?

Cuando la reacción en cadena de la fisión se produce de forma descontrolada, da lugar a los accidentes nucleares, como el de Chernóbil. Pero este proceso en cadena con isótopos radiactivos no puede ocurrir en un reactor de fusión nuclear, y por ello serían mucho más seguros. Además, tampoco origina residuos nucleares de larga duración.

"Si se logra controlar industrialmente la fusión, tendremos otro mecanismo para producir grandes cantidades de energía en sitios muy pequeños, ya que es el equivalente a una central nuclear, pero produciendo entre cinco y diez veces más energía, y sin sus inconvenientes", explica a RTVE.es Francisco Calviño, catedrático de Ingeniería Nuclear de la Universidad Politécnica de Cataluña.

"La fusión nuclear sería una fuente de energía muy limpia y abundante, porque el combustible, que son los isótopos del hidrógeno, se pueden conseguir de forma relativamente sencilla. Por lo tanto podría convertirse dentro de unas décadas en una fuente incluso alternativa a las renovables", puntualiza.

¿Realmente la fusión podría generar energía barata y casi ilimitada?

El hidrógeno es el elemento más abundante de la Tierra, por lo que no habría problemas de suministro ni ninguna dependencia externa, como ocurre con los actuales combustibles fósiles, especialmente en el caso de España y la Unión Europea. Sin embargo, "esto no quiere decir que los isótopos del hidrógeno estén presentes en grandes cantidades en la naturaleza, porque no es el caso, aunque se pueden producir, ya que el deuterio se puede extraer y el tritio se puede fabricar en el mismo proceso", detalla Calviño.

Este ingeniero se muestra "optimista", ya que cree que "la energía será cada vez más barata", aunque pone en duda que gracias a la fusión nuclear se convierta "en un bien extremadamente abundante". "Cuando se estaban haciendo los desarrollos de la energía nuclear de fisión, en las décadas de 1950 y 1960, ya se decía que íbamos a tener energía ilimitada. Por eso, yo creo que seguirá teniendo su precio, pero si logramos no depender de otros para poder producirla, los costes pueden ser más razonables", expresa.

En esta misma línea, José Luis Velasco, investigador del Laboratorio Nacional de Fusión (LNF), perteneciente al Ciemat, opina que "la fusión nuclear propone un tipo de generación de energía que parte de que hay materia prima disponible en abundancia, y eso en principio puede hacerla más barata, pero dudo mucho de que el coste vaya a ser cero. Hay que construir las centrales, con unas especificaciones muy precisas, y con altas medidas de seguridad… Y todo eso tiene un coste". "Energía ilimitada me parece mucho decir, puede que sea una exageración", asegura.

¿Por qué es tan importante el anuncio de Estados Unidos?

Hasta ahora, no se había podido crear un modelo de fusión nuclear capaz de emitir más energía de la que consume, y los científicos estadounidenses lo han conseguido durante picosegundos. Si bien el logro es significativo, todavía quedan por delante grandes desafíos científicos y de ingeniería antes de que se puedan desarrollar los primeros reactores de fusión nuclear.

"Es un avance importante, porque supone la demostración de que se puede hacer la fusión y se puede emplear para producir energía, pero de ahí a hacerlo comercial hay mucha distancia", expresa a RTVE.es José Luis Velasco. "Si ahora logras disparar los láseres y producir fusión durante unos picosegundos es una prueba de concepto de que el sistema funciona, pero conseguir que lo haga de forma más o menos continua para producir energía y verterla a la red, que al final es el objetivo, puede tener muchas más complicaciones adicionales", prevé.

Por su parte, el ingeniero nuclear Francisco Calviño califica el anuncio como "maravilloso", ya que "nos acerca un poco más a la viabilidad industrial del control de la fusión". Sin embargo, advierte de que "todo desarrollo tecnológico, y más en este caso, que requiere una tecnología extremadamente avanzada, suele significar que desde que se consigue en el laboratorio hasta que se puede plasmar a nivel industrial pasa por lo menos una década".

¿Los experimentos de Estados Unidos son los únicos?

En todo el mundo se están llevando a cabo muchos experimentos relacionados con la fusión nuclear, tanto por confinamiento magnético como por confinamiento inercial. El mayor proyecto, aún en desarrollo, es el ITER, que se está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, impulsado por un consorcio de más de 30 países, entre ellos los de la Unión Europea.

Además, ya hay otros reactores experimentales de fusión en funcionamiento, como el Toro Europeo Común (JET), en el Reino Unido, o el JT-60SA, un proyecto conjunto de la Unión Europea y Japón que se encuentra en el país asiático.

China también ha avanzado en el desarrollo de modelos de fusión nuclear. Desde hace años, está construyendo lo que ha denominado "Sol artificial". Además, recientemente, el Gobierno chino ha proyectado un reactor combinado de fusión y fisión que, si se cumplen sus planes, podría estar completamente operativo a mediados de la década de 2030.

¿Es compatible el desarrollo de la fusión nuclear con el de las actuales energías renovables?

Ahora que la fusión nuclear comienza a dar sus primeros pasos, muchos se preguntan si tiene sentido la gran apuesta que se está llevando a cabo a nivel internacional para desarrollar energías renovables, como la fotovoltaica, la eólica o el hidrógeno verde. En este sentido, los expertos consultados por RTVE.es apenas tienen dudas.

"Es totalmente compatible, en el sentido de que, hoy por hoy, solo con energías renovables no podemos hacer la transición energética que queremos, y que va a tardar entre dos y tres décadas. Otra cuestión es si la fusión nuclear llegará a tiempo para contribuir a esta transición energética", opina el profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña Francisco Calviño.

Para José Luis Velasco, "los informes del IPCC sobre cambio climático nos dicen que hay que actuar ya, y hay que hacer la conversión energética con renovables. Creo que nadie duda al respecto, porque la fusión todavía no está preparada para eso". Según este investigador, "quienes trabajan en modelos energéticos a futuro, probablemente plantean la convivencia de renovables y fusión, con la fusión como energía de base de forma continua y las renovables complementando".

¿Conseguirá también ITER demostrar que funciona?

El proyecto internacional ITER, que se encuentra en construcción, tiene por delante el reto de demostrar que también es capaz de generar una ganancia neta de energía. Muchos de los países implicados tienen sus propios programas de fusión nuclear. Por ejemplo, España participa a través del Ciemat en experimentos de fusión por confinamiento magnético, lo que ha llevado a presentar la candidatura de Granada para albergar el acelerador de partículas IFMIF-DONES.

José Luis Velasco, que desarrolla su trabajo en el Ciemat, asegura que "ITER está basado en extrapolaciones de tokamaks anteriores de diferente tamaño, como JET", por lo que "las predicciones que se han hecho están basadas en leyes empíricas bastante sólidas", y en su opinión este proyecto confirmará que "efectivamente el concepto de fusión por confinamiento magnético funciona", y además "no solo durante unos picosegundos, como en la fusión inercial, sino en descargas que duren más tiempo, lo que facilitará que en la práctica, cuando se quiera construir un reactor nuclear de fusión, se pueda obtener energía de ahí".