En las últimas horas, un avance científico se convirtió en histórico y conmocionó al planeta: el Departamento de Energía de Estados Unidos anunció que, por primera vez, científicos estadounidenses lograron generar energía a través de la fusión nuclear. Durante décadas, la humanidad buscó alcanzar esta forma de generar energía barata, no contaminante e ilimitada. Pero, ¿qué es?, ¿en qué radica su importancia? y ¿por qué se trata de un logró que podría cambiar al mundo?
Por infobae.com
Este avance es un punto de inflexión en el futuro del planeta. Pero antes de comprender por qué es un hito, es de suma importancia -y resulta apasionante- comprender el proceso y por qué fue tan difícil su concreción.
“Dicho de manera simple, la fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar un solo núcleo más pesado y se emiten al mismo tiempo enormes cantidades de energía”, indicaron desde el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). En este punto, la mejor forma de explicar el logro sería al usar una analogía simple; y sería comparar a los núcleos atómicos con gotas de agua que, al juntarse, forman un gigantesco y profundo lago. Sí, así de imponente es el cambio que provoca.
Qué es la fusión nuclear
Este método busca replicar en la Tierra lo que ocurre en el universo. Un comportamiento que es característico del Sol y de las estrellas, y que al realizarse en nuestro planeta podría liberar cantidades “prácticamente ilimitadas de energía limpia, segura y asequible para satisfacer la demanda energética mundial”. Hoy, este anhelo dio su primer paso para convertirse en una realidad que le brindarán a la humanidad un nuevo horizonte.
Sin embargo, para que se concrete es necesario que cada paso se realice de una forma específica. Es que “las reacciones de fusión se producen en un estado de la materia denominado plasma: un gas caliente y dotado de carga, compuesto por iones positivos y por electrones que se desplazan libremente, y con propiedades únicas que lo distinguen de los sólidos, los líquidos y los gases”.
Usando otra analogía, diferente a la de las gotas de agua, podemos apelar a la imaginación. Esta etapa podría relacionarse con una pista de baile (en representación del gas caliente) que, en ella, cuenta con partículas con características específicas (iones y electrones) que “bailan” en ella y que, como son tan distintas al resto de la materia que las rodea, se desplazan libremente.
Sin embargo, para que se logre la fusión nuclear, “los núcleos necesitan colisionar unos contra otros a temperaturas altísimas, de más de 10 millones de grados Celsius, lo cual les permite vencer su repulsión eléctrica mutua”. Siguiendo con la analogía, se deberá cambiar la música con el objetivo de estas partículas colisionen entre ellas. Es decir, que deberá ocurrir lo que en Argentina podría representarse como un “pogo”. Ahora, para que se logre la fusión nuclear, estas partículas deberán bailar sobre una pista que se encuentra a muy alta temperatura, apenas inferior la registrada en el centro del Sol.
“Una vez que los núcleos vencen esa repulsión y se encuentran a muy escasa distancia unos de otros, la fuerza nuclear atractiva entre ellos será mayor que la repulsión eléctrica y podrán fusionarse”, indicaron desde la OIEA. Para explicar este punto, se puede usar otra imagen visual: imanes. Los polos iguales se repelen y así es el comportamiento que muestran estos núcleos. Pero, cuando en su entorno se eleva la temperatura, la polaridad de uno de ellos cambia y se atraen.
De todos modos, existe un impedimento más, el espacio en el que se encuentran. Es que para que la fusión nuclear ocurre, “los núcleos han de estar confinados en un espacio pequeño, donde se incrementarán las posibilidades de colisión”. Es decir, que la pista de baile debería resumirse a solo unos centímetros.
En resumidas cuentas, para que la fusión nuclear tenga lugar, no solo se necesitan dos núcleos, sino que la temperatura debe ser “descomunal” y la cercanía entre ellas debe ser ínfima, para que no se repelan sino que se atraigan. Si todas estas condiciones se logran, y solo en ese momento, estos núcleos (las gotas de agua) puede expandirse hasta formar este inmenso y profundo lago, ya que la fusión nuclear produce “una cantidad de energía muy elevada, cuatro veces superior a la de las reacciones de fisión nuclear”, resaltaron desde la OIEA
En cuanto a los componentes que se usan para este proceso que logró su primer hito, desde el organismo internacional señalaron que se utiliza “una mezcla de deuterio y tritio, que son tipos pesados de hidrógeno”, los cuales, con solo unos pocos gramos, “pueden producir un terajulio de energía, que más o menos equivale a las necesidades energéticas de una persona en un país desarrollado a lo largo de sesenta años”.
En ese sentido, indicaron que “el combustible de fusión es abundante y de fácil acceso: el deuterio se puede extraer del agua marina de manera económica, y el tritio se puede producir a partir del litio, que está presente en grandes cantidades en la naturaleza”. Siendo que, además, cuando esto se produce “no se emite dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero a la atmósfera, por lo que podría contribuir a mitigar el cambio climático en el futuro” y, como si fuera poco, “un reactor de fusión es prácticamente imposible que produzca un accidente de fusión del núcleo”, con lo cual, según la OIEA, es más seguro.
Cronología de un hito histórico
Desde hace casi un siglo, la humanidad comprendió de qué se trata la fusión nuclear. Más exactamente, desde la década de 1930, científicos en distintas partes del mundo buscaron la manera de recrear y aprovechar esta forma de generar energía. Pese a que en un primer momento estos intentos eran mantenidos en secreto, por la gran importancia que podría tener en la autonomía energética de los países, nunca se había podido lograr. Solo cuando se definió realizar un trabajo en conjunto y mancomunado se identificaron los avances que dieron paso a este hito histórico.
Según el Organismo Internacional de Energía Atómica, fue en “la Segunda Conferencia Internacional de las Naciones Unidas sobre la Utilización de la Energía Atómica con Fines Pacíficos, que tuvo lugar en Ginebra (Suiza) en 1958, cuando los científicos dieron a conocer al mundo las investigaciones en materia de fusión nuclear”. Desde ese momento, este ente internacional se puso en el centro de los estudios científicos con el fin de alcanzar este método de generación de energía limpia.
“Tras dos decenios de negociaciones relativas al diseño y la ubicación de la mayor instalación mundial de fusión, el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, en español Reactor Termonuclear Experimental Internacional) se estableció en Francia, en 2007, con el objetivo de demostrar que era científica y tecnológicamente viable producir energía de fusión”, indicaron desde el organismo internacional y recalcaron que el objetivo de esta tecnología es “satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad durante millones de años”.
Cuáles son los puntos más importantes de la fusión nuclear que se concretó en Estados Unidos
Durante el mediodía de este martes, científicos del Gobierno de EE.UU. alcanzaron aquello que solo era deseo. Con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California como escenario, los expertos lograron, por primera vez, una ganancia neta de energía. Es decir que se produjo más energía que la empleada para impulsar la reacción nuclear.
Para ser precisos, la reacción de fusión en el laboratorio de EE.UU. produjo unos 2,5 megajulios de energía, lo que supuso el 120 % de los 2,1 megajulios de energía en los láseres, consiguiendo así la ganancia neta.
El avance se consiguió en el NIF (National Ignition Facility) que pertenece al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, cerca de San Francisco. En el cual se generó energía a través de lo que se denominó como “fusión termonuclear inercial”. Dicho de otro modo, los científicos estadounidenses dispararon bolitas de combustible de hidrógeno a través de 200 láseres para crear 50 explosiones por segundo. Siendo que el NIF está considerado como el láser más potente del mundo, con una potencia de salida de 500 teravatios, cifra que supera a toda la energía de Estados Unidos usada “en cualquier instante de tiempo”.
Sin embargo, pese a estas impresionantes noticias, el profesor de Ingeniería Nuclear David Hammer, de la Universidad Cornell (Nueva York, EE.UU.), dijo a EFE que este proyecto “ha demostrado ser una meta muy difícil de conseguir, ha tomado trece años en vez de tres” (estimaciones que realizaron los científicos en un primer momento), y subrayó que en los últimos años los equipos de NIF han logrado importantes avances a la hora de entender cómo inducir reacciones de fusión.
Es por eso que advirtió que aún “queda camino por andar”. “Todavía falta que una empresa quiera traer esta tecnología al mercado eléctrico para transformar NIF en un sistema diseñado para la producción de energía neta”, afirmó. Por su parte, el profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Alberta (Canadá) Robert Fedosejevs, que ha trabajado en el desarrollo de sistemas de láser para la investigación de la fusión, anticipó que el siguiente paso será aumentar el rendimiento de las reacciones de fusión para generar energía no solo para hacer funcionar el reactor, sino también para suministrar energía eléctrica neta a la red general.
“El camino a seguir requerirá de tremendos esfuerzos científicos y de ingeniería para lograr el objetivo de un sistema de reactor que funcione, pero ahora sabemos por primera vez que la generación de energía de fusión neta de manera controlada es factible, lo que da una gran esperanza para esta energía futura”, reflexionó. Al tiempo que Hammer calculó que todavía quedan diez años, o más, antes de que los hallazgos científicos en el ámbito de la fusión, incluido este, puedan proporcionar electricidad a la red de los países, aunque admitió que es posible que contribuyan a reducir el uso de combustibles fósiles.
¿Por qué la fusión podría ser un gran avance en energía limpia?
La fusión nuclear es una tecnología que tiene el potencial de, algún día, acelerar el alejamiento del planeta de los combustibles fósiles, que son los principales contribuyentes al cambio climático. Es que esta nueva fuente de energía es barata y libre de carbono y casi ilimitada.
La reacción ocurre cuando dos núcleos livianos se fusionan para formar un solo núcleo más pesado. Debido a que la masa total de ese único núcleo es menor que la masa de los dos núcleos originales, la masa sobrante es energía que se libera en el proceso, según el Departamento de Energía.
Incluso, indicaron que la elección de fusionar un par de isótopos de hidrógeno (deuterio y tritio) fue porque esa combinación particular libera “mucha más energía que la mayoría de las reacciones de fusión” y requiere menos calor para hacerlo.
¿Qué valor tiene esto para el futuro del planeta?
Daniel Kammen, profesor de energía y sociedad en la Universidad de California en Berkeley, dijo que la fusión nuclear ofrece la posibilidad de un combustible “básicamente ilimitado” si la tecnología puede hacerse comercialmente viable. Además, es un proceso que no produce los desechos radiactivos de la fisión nuclear. El gran desafío es mantenerla el tiempo suficiente para que pueda alimentar las redes eléctricas y los sistemas de calefacción de todo el mundo.
Hay varios proyectos de fusión en EEUU, Reino Unido y Europa. Francia alberga el Reactor Experimental Termonuclear Internacional, en el que colaboran treinta y cinco países, incluidos los miembros principales China, Estados Unidos, la Unión Europea, Rusia, India, Japón y Corea del Sur.