El avance de la fusión es un bocadillo nuclear de nada

(Introducido y traducido con permiso por Pepe Campana. Publicado originalmente en el web del autor.)

La energía de fusión. Una breve introducción del traductor al porqué de este artículo

En una reacción de fusión nuclear los núcleos de los átomos intervinientes —normalmente de deuterio y tritio, aunque bien pudieran ser de hidrógeno o incluso de otros elementos hasta cierto límite más pesados— se funden en uno solo con pérdida total de masa. La diferencia de masa entre el antes y el después de la reacción (m) se convierte en energía (E) de acuerdo con la conocida ecuación formulada por Albert Einstein allá por el año 1905, E=mc², donde c es la velocidad de la luz. En términos teóricos, por poca que sea la diferencia de masas, la energía liberada es enorme. Así, por ejemplo, con la fusión de dos protones —es decir, de los núcleos de dos átomos de hidrógeno— se forma un átomo de deuterio y se libera una energía de 1,44 MeV (mega electrón-voltios). Basta con realizar unos simples cálculos para inferir que con apenas un kilo de hidrógeno se podría generar a través de este procedimiento tanta energía como la que se produce al quemar 1.500 millones de litros de gasolina.

Pero aún hay más. Los elementos de reacción utilizados en el experimento del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos al que se refiere el artículo que aquí presentamos, eran el deuterio y el tritio, isótopos del hidrógeno con masas atómicas algo mayores que la de este. La reacción de fusión es, en este caso, algo más compleja que la de dos simples protones, aunque sobre el papel podría resumirse diciendo que, en ausencia de otros emparejamientos posibles, de la fusión del deuterio con el tritio se genera una molécula de Helio-4 con desprendimiento de 17,59 MeV de energía, esto es, algo más de 12 veces la energía que se consigue con la fusión del hidrógeno.

En cualquier caso, y como es fácil de entender, ninguna de estas reacciones se produce por arte de magia. Para que se lleven a cabo primero es necesario dotar a los núcleos en liza de la energía suficiente para vencer las fuerzas de repulsión que de manera natural mantienen entre sí. A esto es a lo que se llama alcanzar el “punto de ignición”. En las bombas de hidrógeno —las famosas bombas H—, esto se consigue utilizando como fulminante una pequeña bomba atómica, pero este es un camino nada recomendable cuando se trabaja en el laboratorio.

Aquí es preciso controlar la reacción y, en la medida de lo posible, captar la energía que se libera con el fin de poder utilizarla aguas abajo una vez transformada en electricidad. Dos son los métodos que se han propuesto para ello, aunque en la fase actual de su desarrollo no se pretende de momento el aprovechamiento energético de la reacción y sí su control.

En el primero método los elementos de reacción se confinan en el interior de un recipiente con forma toroidal donde se calientan hasta que alcanzan el estado de plasma para después comprimirlos utilizando fuertes campos electromagnéticos generados con bobinas que abrazan al toro desde el exterior. La idea es conseguir una muy alta densidad del plasma y mantenerlo así el tiempo suficiente para que la reacción de fusión tenga lugar. Este es el método que aplica el ITER con su tokamak.

El segundo método de confinamiento, el inercial, es el que se ha utilizado en el laboratorio Lawrence Livermore. Su objetivo principal es idéntico al que se persigue con el confinamiento electromagnético, a saber, mantener durante un tiempo lo suficientemente largo una mezcla muy densa de los núcleos que intervienen en la reacción con el fin de que la fusión tenga lugar. El camino empleado aquí consiste en preparar unas cápsulas que, conteniendo la mezcla, se inyectan al interior de un contenedor dejándolas caer hasta un punto en el que confluyen los rayos láser procedentes de un gran número de cañones distribuidos por las paredes del mismo contenedor. Los rayos calientan la cápsula a muy alta temperatura al tiempo que la comprimen provocando su implosión y de este modo la fusión nuclear perseguida.

Ambos métodos están, como se ha dicho, en fase experimental y en tanto no se obtenga de la fusión una energía de retorno mayor a la invertida para iniciar la reacción, son, de por sí, experimentos consumidores de energía. En términos técnicos esto se expresa a través de la tasa de retorno de energía, TRE (o si se prefiere, EROEI por sus siglas en inglés, Energy Returned on Energy Invested). De esto, de los “históricos resultados” anunciados a bombo y platillo hace apenas unos días por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, y de lo que tal avance significa en el estado actual de las cosas, es de lo que nos habla Art Berman en el artículo que aquí presentamos.

Coincidiendo en su mayor parte con el hilo argumental de Art Berman, no todas las opiniones vertidas en su artículo coinciden necesariamente con las que profesa quien desde aquí os habla ni con la línea editorial de 15/15\15.

El avance de la fusión es un bocadillo nuclear de nada

El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos inició la semana pasada su campaña Go-Fund-Me [NdT: «Anda, finánciame», parece ser una ironía del autor usando el nombre de un conocido web de micromecenazgos] de fin de año anunciando un gran avance en el campo de la fusión nuclear.

El avance de los científicos estadounidenses en el campo de la energía de fusión refuerza las esperanzas en la energía limpia. La ganancia neta de energía indica que la tecnología podría proporcionar una abundante alternativa sin carbono a los combustibles fósiles.

— Financial Times, 11 de diciembre de 2022

Estas afirmaciones son un disparate. El Wall Street Journal calificó el anuncio de «bombo publicitario de la fusión nuclear«, señalando que las centrales de fusión nuclear están, en el mejor de los casos, a décadas de distancia.

En el experimento se utilizaron láseres para inyectar [sobre los átomos de deuterio y tritio] 1,8 megajulios (MJ) de energía y obtener [tras la fusión de dichos átomos] 2,5 MJ, lo que demuestra que es posible liberar y obtener energía mediante una reacción de fusión de deuterio-tritio. Por desgracia, los láseres tuvieron que alimentarse con 500 MJ de energía adicional, por lo que el EROEI fue de 0,005. Es la peor ratio de energía neta de la historia.

No se produjo electricidad en el experimento. La energía liberada fue en su mayor parte calor residual.

Pero el anuncio se hizo con el fin de dar apoyo a una importante decisión del Congreso estadounidense para financiar al Laboratorio:

Me siento (…) orgulloso al anunciar (…) la mayor subvención jamás concedida en la historia: más de 624 millones de dólares se han aprobado este año en la Ley de Autorización de la Defensa Nacional para el programa ICF [Fusión por Confinamiento Inercial, por sus siglas en inglés, Inertial Confinement Fusion] con el fin de aprovechar este asombroso avance.

—Charles Schumer, Jefe de la mayoría del Senado de EE.UU.

Supongamos por un momento que con este experimento se demuestra que la fusión es una nueva fuente de energía comercialmente viable.

Construir centrales nucleares de fusión para el país es un gran proyecto y los grandes proyectos llevan tiempo. Si, por ejemplo, se dispusiera de todos los fondos y permisos para construir un nuevo gran aeropuerto, se tardaría unos nueve años en terminarlo.

Construir un gran emplazamiento nuclear con la manipulación de residuos radiactivos haría las cosas mucho más difíciles. Si se trata de una tecnología experimental jamás probada como es el caso de la fusión nuclear, los problemas son casi insuperables y se requerirían décadas como mínimo.

—Thomas Overton, científico nuclear y editor de PowerMag

Overton añadió que

Los avances anunciados son irrelevantes [NdT: “nothing burger” en el original, algo así como un “bocadillo de nada”. La expresión se utiliza para denotar que algo es irrelevante o insignificante] y están diseñados sólo para atraer inversiones. No tienen nada sustancial. Conseguir una pequeña cantidad de reacción de fusión no es en modo alguno garantía de que el método pueda escalarse, ni siquiera teóricamente, para producir electricidad.

El mayor problema es que la energía de fusión sólo puede utilizarse para generar energía eléctrica y ésta es una parte relativamente pequeña del consumo energético mundial. En 2022, la electricidad sólo representaba el 17% del consumo energético total de Estados Unidos y no se espera que supere más del 19% en 2050 (Figura 1). La energía eólica, la solar, la hidroeléctrica y la nuclear se enfrentan al mismo problema.

Dado que la mayor parte del consumo de petróleo viene del transporte, son muchos los que creen que con los coches eléctricos se resolverá el problema de las emisiones de carbono en el mundo. Lamentablemente, la EIA [Administración de Información de la Energía de EE.UU., por sus siglas en inglés] ha incorporado ese supuesto en sus previsiones.

De hecho, se prevé que en 2050 los coches y camiones eléctricos pasen del 0,5% actual a apenas el 6,5% del parque total de vehículos ligeros de los Estados Unidos (Figura 2). Si se incluyen los híbridos, los de hidrógeno y otros vehículos alternativos, el transporte no convencional podría representar casi el 25% del parque estadounidense en 2050.

Muchos no aceptarán esta previsión, que puede resultar demasiado pesimista. Sin embargo, duplicar o triplicar el crecimiento de los vehículos eléctricos seguirá siendo insuficiente para controlar las emisiones de carbono o acercarse al fin del uso de combustibles fósiles.

La mayoría de los expertos reconocen que la fusión nuclear tardará décadas en convertirse en una tecnología viable. Lo mismo ocurre con las energías renovables.

La gente prefiere creer que existe una solución rápida a nuestros problemas energéticos y climáticos. Yo también.

Por desgracia, si hoy nos encontramos frente a esta situación de apuro es porque la gente prefiere creer en la magia de la tecnología antes que aceptar las limitaciones de la realidad física.

La energía nuclear es una solución en busca de un problema. La necesidad medioambiental más acuciante es eliminar progresivamente el consumo de carbón para la generación de energía eléctrica. Esto puede hacerse con bastante rapidez utilizando energías renovables y gas natural. Los problemas de las fugas de metano y el fracking son triviales comparados con los obstáculos de tiempo, coste y seguridad a los que se enfrentan las alternativas nucleares.

Esto presupone que es aceptable seguir consumiendo energía a los niveles actuales o parecidos, pero no lo es.

El cambio climático no es el mayor problema al que se enfrenta el mundo. Es un síntoma de un problema mucho mayor: la extralimitación [overshoot], lo que significa que los seres humanos están utilizando los recursos naturales y contaminando a un ritmo superior a la capacidad de recuperación del planeta.

La principal causa de la extralimitación es el extraordinario crecimiento de la población humana, posible gracias a la energía fósil.

No podemos resolver el cambio climático ni otros síntomas importantes de la extralimitación —pérdida de biodiversidad, deforestación tropical, sobrepesca, degradación de tierras y suelos, contaminación de todo, posibilidad de pandemias, etc.— aislados de los demás.

—Bill Rees

Sustituir una fuente de energía por otra —renovables o de fusión nuclear— no resuelve el problema de la extralimitación. Si seguimos degradando la biosfera, aumentan los riesgos de declive económico e incluso de colapso de la civilización.

Sin una biosfera en buen estado, no hay vida en el planeta. Es muy sencillo. Eso es todo lo que hay que saber.

—Vaclav Smil

Todas las formas de producción de energía renovable, y también la energía nuclear, requieren materiales que utilizan cantidades sustanciales de combustibles fósiles para su extracción, transporte, procesamiento, fabricación y distribución. Además, no conocemos ninguna forma de producir los cuatro pilares de la civilización moderna —acero, cemento, plástico y fertilizantes— sin combustibles fósiles.

El pensamiento mágico sobre la posibilidad de la fusión nuclear en el futuro no sirve para para resolver nuestro mal comportamiento energético actual.