ITER no es el único camino que estamos recorriendo hacia la fusión nuclear comercial. El reactor que un consorcio internacional en el que tiene un papel muy destacado la Unión Europea está construyendo en la localidad francesa de Cadarache es una de nuestras mejores bazas para alcanzar este hito, pero, afortunadamente, no es la única.
Otro proyecto muy prometedor está en manos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la empresa Commonwealth Fusion Systems (CFS). El primero aporta sus recursos en el ámbito de la investigación y la innovación, y la segunda se está encargando de la construcción de SPARC, que es como llaman a su prototipo de reactor de fusión nuclear mediante confinamiento magnético.
El hecho de que el MIT esté involucrado de forma directa en el diseño de este reactor transmite confianza debido a que objetivamente es uno de los centros de investigación más reputados del planeta. También merece la pena que no pasemos por alto que CFS fue fundada por varios profesores e investigadores del MIT, y, sobre todo, que se apoya en el músculo financiero de Bill Gates y Jeff Bezos, que son dos de sus principales inversores.
La magnitud de los desafíos que es necesario superar para hacer viable la fusión nuclear comercial requiere afrontar una gran inversión económica, y no cabe duda de que contar con el respaldo financiero de dos de las personas más ricas del mundo ayuda. De hecho, la solidez científica y económica de su propuesta ha incitado al MIT y CFS a poner sobre la mesa una apuesta muy ambiciosa (quizá demasiado): quieren tener preparado y operativo su prototipo de reactor de fusión nuclear en 2025.
El corazón de SPARC son sus imanes superconductores de alta potencia
La columna vertebral de ITER y SPARC es esencialmente la misma: un reactor de tipo tokamak. En su interior el plasma a altísima temperatura que contiene los núcleos de deuterio y tritio, los dos isótopos del hidrógeno que están involucrados en la reacción de fusión nuclear, queda confinado por un campo magnético muy potente con el propósito de evitar que entre en contacto con las paredes de la cámara de vacío. Si lo hiciese las dañaría de una forma irreversible.
Hasta aquí la estrategia de ambos proyectos es idéntica, pero la forma en que están abordando algunos de los mayores desafíos es diferente. El principal ingrediente del motor magnético de SPARC son unos imanes superconductores de alta potencia y alta temperatura que, según sus simulaciones, consiguen mantener a raya con eficacia las turbulencias que provocan la desestabilización del plasma (este es uno de los mayores desafíos que plantea la fusión nuclear actualmente).
Además, según Martin Greenwald, el subdirector del centro especializado en fusión nuclear del MIT y uno de los fundadores de CFS, la energía que requieren estos imanes para generar el campo magnético responsable del confinamiento del plasma es mucho menor que la que es necesario invertir en otros motores magnéticos, como, por ejemplo, el que emplea ITER.
Esta propiedad sobre el papel permite a SPARC alcanzar un balance energético positivo, de manera que la energía que es necesario suministrar al reactor para iniciar y sostener en el tiempo la reacción de fusión es menor que la que produce. La propuesta del equipo liderado por Greenwald parece demasiado optimista, pero tiene a su favor algo que merece la pena que no pasemos por alto.
En octubre de 2020 los investigadores del MIT y CFS publicaron siete artículos revisados por pares en la revista Journal of Plasma Physics en los que explican las claves de su tecnología. Y ya en ese momento Greenwald defendió que estos artículos les permiten confiar en que la estrategia que han desarrollado es lo suficientemente fiable para llevar la construcción del reactor de fusión nuclear SPARC a buen puerto.
Además, este proyecto tiene otra baza a su favor: su reactor tokamak es mucho más pequeño que el que utiliza ITER, por lo que el tiempo que es necesario invertir en su construcción teóricamente debería ser menor.
Objetivo: tener el prototipo operativo y con ambición comercial en 2025
Si todo sigue su curso sin contratiempos y el itinerario fijado por EUROfusion, que es la organización de la Unión Europea que coordina su aportación científica a ITER, no se ve alterado, las primeras pruebas con plasma se iniciarán en 2025. No obstante, este no es el final del camino. Ni mucho menos. ITER es un reactor de fusión nuclear experimental, y en el camino hacia la fusión comercial debemos tener en cuenta dos proyectos más: IFMIF-DONES y DEMO.
A grandes rasgos IFMIF-DONES persigue desarrollar los materiales que, entre otros cometidos, recubrirán el interior de las paredes de la cámara de vacío con el propósito de soportar el impacto directo de los neutrones de alta energía (14 MeV) producidos por la fusión de los núcleos de deuterio y tritio. Este es otro de los grandes desafíos de la fusión nuclear. Y después el proyecto DEMO tendrá la responsabilidad de recoger todo lo aprendido en ITER e IFMIF-DONES para hacer posible la construcción de un prototipo funcional de un reactor de fusión nuclear comercial.
El itinerario de EUROfusion prevé que las pruebas que se llevarán a cabo en DEMO concluirán en la década de los 60, y ese será el momento en el que quedará demostrada la viabilidad comercial de la fusión nuclear si todo va según lo previsto. Lo sorprendente es que el prototipo que planean tener a punto el MIT y CFS en 2025 tiene una ambición equiparable a la de ITER, pero la diferencia es que pretenden que SPARC esté listo y sea completamente operativo dentro de tres años.
Sería una noticia asombrosa que SPARC esté listo en 2025. Y si se retrasa y llega antes de que finalice esta década aún estaríamos ante una proeza enorme
La fusión nuclear comercial aspira junto a las energías renovables a tener un rol protagonista en el modelo energético sostenible y respetuoso con el medio ambiente en el que nos hemos embarcado. Y no cabe duda de que el contexto de crisis energética y emergencia climática en el que nos encontramos actualmente requiere poner a punto soluciones eficaces lo antes posible.
Sería una noticia asombrosa que SPARC esté listo en 2025. Y si se retrasa y llega antes de que finalice esta década aún estaríamos ante una proeza enorme. No cabe duda de que el motor magnético que han diseñado los investigadores del MIT y CFS es extraordinariamente prometedor, pero parece aventurado aceptar que, más allá de lo que reflejan las simulaciones, esta va a ser la solución definitiva a las turbulencias que desestabilizan el plasma y con las que están lidiando los miles de científicos que participan de forma directa o indirecta en ITER.
Las pruebas que han llevado a cabo los técnicos del MIT y CFS en las instalaciones del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma (PSFC) indican que los imanes superconductores en los que están trabajando son capaces de sostener un campo magnético de más de 20 teslas. Según sus cálculos esta cifra es suficiente para que el reactor de fusión nuclear alcance la rentabilidad energética.
Además, aún está sobre la mesa la necesidad de desarrollar los materiales que deben soportar el impacto de los neutrones de alta energía. Este desafío está presente tanto en ITER como en SPARC, por lo que ambos proyectos se beneficiarán de los avances en ingeniería de materiales que ya se están llevando a cabo, y también de los que presumiblemente llegarán con IFMIF-DONES, cuyas instalaciones probablemente estarán alojadas en Granada.
Estos son los ingredientes de los imanes ReBCO de SPARC: óxido de cobre, bario y tierras raras
En un contexto como este, en el que es necesario superar tantos retos que tienen un envergadura titánica, la fecha que propone EUROfusion para DEMO parece razonablemente realista. Por el contrario, la que manejan los responsables de SPARC nos parece excesivamente optimista por mucho que este proyecto cuente con la capacidad científica del MIT y el respaldo económico de inversores con el músculo financiero que tienen Bill Gates o Jeff Bezos, entre otros.
En cualquier caso, ojalá nos equivoquemos. CFS planea tener lista ARC (Affordable, Robust and Compact reactor), la primera central eléctrica comercial equipada con un reactor de fusión nuclear, a principios de la próxima década. No cabe duda de que sería una noticia excepcional para toda la humanidad que esta tecnología esté disponible en tan poco tiempo.
A partir de ahí sería necesario construir cientos de centrales de fusión nuclear diseminadas por todo el planeta debido a que poner a punto solo unas pocas tendría un impacto mínimo en nuestro modelo energético. Pero, eso sí, los mayores desafíos ya habrían quedado atrás y podríamos mirar hacia el futuro con un optimismo que, desafortunadamente, aún no está a nuestro alcance.
Imágenes: CFS
Más información: CFS
Ver 40 comentarios