Fusión nuclear: ¿Qué es y por qué es tan importante este “santo grial” de la energía limpia?

(CNN) – Por primera vez en la historia, científicos estadounidenses en la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California produjeron con éxito una reacción de fusión nuclear que resultó en una ganancia neta de energía, confirmó a CNN una fuente familiarizada con el proyecto.

Se espera que el Departamento de Energía de EE.UU. anuncie oficialmente el avance este martes.

El resultado del experimento sería un gran paso en una búsqueda de décadas para liberar una fuente infinita de energía limpia que podría ayudar a acabar con la dependencia de los combustibles fósiles. Durante décadas, los investigadores han intentado recrear la fusión nuclear, replicando la energía que alimenta al Sol.

Esto es lo que necesitas saber sobre esta nueva forma de energía nuclear que eventualmente podría encender las luces de tu hogar.

¿Qué es la fusión nuclear y por qué es importante?

La fusión nuclear es un proceso hecho por el hombre que replica la misma energía que alimenta al Sol. La fusión nuclear ocurre cuando dos o más átomos se fusionan en uno más grande, un proceso que genera una gran cantidad de energía en forma de calor.

Científicos de todo el mundo han estado estudiando la fusión nuclear durante décadas, con la esperanza de recrearla con una nueva fuente que proporcione energía ilimitada y libre de carbono, sin los desechos nucleares creados por los reactores nucleares actuales. Los proyectos de fusión utilizan principalmente los elementos deuterio y tritio, ambos isótopos de hidrógeno.

Un vaso de deuterio, con un poco de tritio agregado, podría dar energía a una casa durante un año. El tritio es más raro y más difícil de obtener, aunque se puede fabricar sintéticamente.

“A diferencia del carbón, solo se necesita una pequeña cantidad de hidrógeno, y es lo más abundante que se encuentra en el universo”, dijo a CNN Julio Friedmann, científico en jefe de Carbon Direct y exjefe de tecnología energética de Lawrence Livermore. “El hidrógeno se encuentra en el agua, por lo que las cosas que generan esta energía son ilimitadas y limpias”.

¿En qué se diferencia la fusión de la fisión nuclear?

Cuando la gente piensa en la energía nuclear, es posible que le vengan a la mente las torres de enfriamiento y las nubes en forma de hongo. Pero la fusión es completamente diferente.

Mientras que la fusión fusiona dos o más átomos, la fisión es lo opuesto; es el proceso de dividir un átomo más grande en dos o más pequeños. La fisión nuclear es el tipo de energía que alimenta los reactores nucleares de todo el mundo en la actualidad. Al igual que la fusión, el calor creado a partir de la división de átomos también se utiliza para generar energía.

La energía nuclear es una fuente de energía de cero emisiones, según el Departamento de Energía. Pero produce desechos radiactivos volátiles que deben almacenarse de manera segura y conllevan riesgos de seguridad. Los desastres nucleares, aunque raros, se han producido a lo largo de la historia con resultados mortales y de gran alcance, como en los reactores de Fukushima y Chernobyl.

La fusión nuclear no conlleva los mismos riesgos de seguridad, y los materiales que se usan para alimentarla tienen una vida media mucho más corta que la fisión.

¿Cómo podría la energía de fusión nuclear eventualmente encender las luces en tu hogar?

Hay dos formas principales de generar fusión nuclear, pero ambas tienen el mismo resultado. La fusión de dos átomos crea una enorme cantidad de calor, que es la clave para producir energía. Ese calor se puede usar para calentar agua, crear vapor y hacer girar turbinas para generar energía, de forma muy similar a como la fisión nuclear genera energía.

El gran desafío de aprovechar la energía de fusión es mantenerla el tiempo suficiente para que pueda alimentar redes eléctricas y sistemas de calefacción en todo el mundo. El avance exitoso de EE.UU. es importante, pero todavía está en una escala mucho más pequeña que la que se necesita para generar suficiente energía para hacer funcionar una planta de energía, no digamos decenas de miles de plantas de energía.

“Se trata de lo que se necesita para hervir 10 teteras de agua”, dijo Jeremy Chittenden, codirector del Centro de Estudios de Fusión Inercial del Imperial College de Londres. “Para convertir eso en una central eléctrica, necesitamos obtener una mayor ganancia de energía, necesitamos que sea sustancialmente más”.

¿Por qué es importante el próximo anuncio del Departamento de Energía sobre una reacción de fusión que resulta en una ganancia neta de energía?

Esta es la primera vez que los científicos han producido con éxito una reacción de fusión nuclear que resulta en una ganancia neta de energía, en lugar de alcanzar el punto de equilibrio como lo han hecho los experimentos anteriores.

Si bien hay muchos más pasos hasta que esto pueda ser comercialmente viable, es esencial que los científicos demuestren que pueden crear más energía que con la que comenzaron. De lo contrario, no tiene mucho sentido que se desarrolle.

“Esto es muy importante porque, desde una perspectiva energética, no puede ser una fuente de energía si no obtienes más energía de la que ingresas”, dijo Friedmann a CNN. “Los avances anteriores han sido importantes, pero no es lo mismo que generar energía que algún día podría usarse a mayor escala”.

¿Dónde se produce la fusión?

Hay varios proyectos de fusión en EE.UU., 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.

En EE.UU., gran parte del trabajo se lleva a cabo en la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, en un edificio del tamaño de tres campos de fútbol.

El proyecto de la Instalación Nacional de Ignición crea energía a partir de la fusión nuclear mediante lo que se conoce como “fusión inercial termonuclear”. En la práctica, los científicos estadounidenses disparan perdigones que contienen combustible de hidrógeno en una matriz de casi 200 láseres, creando esencialmente una serie de explosiones repetidas extremadamente rápidas a una velocidad de 50 veces por segundo. La energía recogida de los neutrones y las partículas alfa se extrae en forma de calor.

En el Reino Unido y el proyecto ITER en Francia, los científicos están trabajando con enormes máquinas en forma de rosquilla equipadas con imanes gigantes llamados tokamak para tratar de generar el mismo resultado. Después de poner combustible en el tokamak, sus imanes se encienden y las temperaturas en el interior aumentan exponencialmente para crear plasma.

El plasma necesita alcanzar al menos 150 millones de grados centígrados, 10 veces más caliente que el núcleo del Sol. Luego, los neutrones escapan del plasma, golpean una “manta” que recubre las paredes del tokamak y transfieren su energía cinética en forma de calor.

¿Cuáles son los siguientes pasos?

Los científicos y expertos ahora necesitan descubrir cómo producir mucha más energía a partir de la fusión nuclear en una escala mucho mayor.

Al mismo tiempo, necesitan descubrir cómo reducir eventualmente el costo de la fusión nuclear para que pueda usarse comercialmente.

“En este momento estamos gastando una gran cantidad de tiempo y dinero en cada experimento que hacemos”, dijo Chittenden. “Necesitamos reducir el costo por un factor enorme”.

Los científicos también necesitarán recolectar la energía producida por la fusión y transferirla a la red eléctrica como electricidad. Pasarán años, y posiblemente décadas, antes de que la fusión pueda producir cantidades ilimitadas de energía limpia, y los científicos están en una carrera contrarreloj para combatir el cambio climático.

“Esto no contribuirá significativamente al alivio del clima en los próximos 20 a 30 años”, dijo Friedmann. “Esta es la diferencia entre encender un fósforo y construir una turbina de gas”.