Segunda Parte

La energía de fusión: posibilidades, realidades, partidarios y detractores

2.1. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA DE FUSIÓN?

La energía de fusión es un proceso nuclear, básicamente se distingue de la fisión en que esta se produce por la división de núcleos atómicos pesados, habitualmente uranio-235, mientras que la primera, se produce por la unión entre núcleos atómicos, en concreto, intervienen dos isótopos del hidrógeno: tritio y deuterio.
La reacción de fusión consiste en la unión de dos núcleos atómicos para formar uno de mayor peso atómico. El nuevo núcleo, no es igual a la suma de sus nucleones, es más pesado, y desprende la diferencia de masa en forma de energía. La cantidad de energía que libera esa unión, tal y como expuso Einstein, viene dada por la fórmula E=mc2m , donde m, es la diferencia entre masa antes y después de la fusión.

En las estrellas, la energía de fusión se produce entre varios elementos químicos.

El elemento más fácil para conseguir este tipo de energía en la tierra, es el hidrógeno, que se compone de hidrógeno común (11 H), deuterio (12H) y tritio (13H). La unión del deuterio y el tritio, en condiciones de temperatura y presión muy elevadas, produce que los núcleos se agiten, venzan su repulsión electroestática (ambos tienen cargas positivas y polos iguales se repelen) y, por fuerza cinética, tiendan a fusionarse desprendiendo gran cantidad de energía. Además de conseguir esa fuerza cinética que impulse a los núcleos a unirse, es necesario poseer suficientes átomos con energía suficiente durante un tiempo mínimo, para que se produzca la reacción. Lawson, en 1955, definió los criterios de tiempo, densidad y temperatura que debían alcanzar los núcleos de hidrógeno para que la reacción se mantuviera.

El principal problema de la energía de fusión es alcanzar la suficiente temperatura y presión para que se produzca la unión de los núcleos. Aplicando al hidrógeno temperaturas de millones de grados se produce un nuevo estado de la materia llamado plasma recibe este nombre por su parecido al plasma sanguíneo. En este plasma, los productos de la fusión, litio e isótopos de hidrógeno, se mueven a enorme velocidad llegando a fundirse unos con otros dando lugar a la reacción de fusión, que libera gran cantidad de energía, del orden de 173.000 kWh (kilovatio/hora) por cada gramo de hidrógeno.

El gran reto para los científicos, es mantener confinado el plasma, ya que la propia reacción provoca mucho calor, que hace que las partículas se separen y expandan en forma de esfera con una temperatura que sólo se da en la naturaleza en forma de supernova.

Existen varias maneras de lograr el proceso de fusión atendiendo a la manera de mantener confinado el plasma:

• Confinamiento Magnético: En un recipiente donde se ha practicado el vacío, se eleva la temperatura y presión de una mezcla de deuterio-tritio hasta convertirla en plasma, y se mantiene mediante campos electromagnéticos alejado de las paredes del recipiente, hasta conseguir la fusión.
• Confinamiento Inercial: Por medio de laseres de gran potencia, iones pesados acelerados ó rayos X que inciden sobre el combustible (deuterio y tritio) se produce el calentamiento y el plasma se confina por la propia inercia de la materia. El proceso dura muy poco tiempo, pero se consiguen muchas reacciones de fusión.
• Fusión Fría: Los científicos Pons y Fleischmann, de la universidad de Utha, anunciaron en 1989 que habían conseguido producir fusión al sumergir dos electrodos conectados a una batería en agua pesada, rica en deuterio. Posteriormente, no se pudo repetir el experimento y aunque sigue siendo una vía de investigación abierta, no parece que se destinen los suficientes esfuerzos, ni científicos ni económicos en su desarrollo.

 

2.2. HISTORIA DE LA FUSIÓN

La fusión se experimentó antes incluso de comprender y controlar sus principios, la primera fusión se consiguió en 1930, pero en ella se consumía más energía de la que se generaba. No es hasta 1950, con la bomba H (bomba de hidrogeno), que se produce fusión con mayor energía liberada que la consumida por la propia reacción. La bomba de hidrogeno dejó pequeña a la bomba atómica (de fisión nuclear), superándola en cuanto a poder destructor.

Sir Ernest Rutheford, en 1919 demostró por primera vez, que se podían producir núcleos atómicos pesados a partir de la unión de otros más ligeros en un proceso que luego se llamaría fusión. Una vez conocida la fusión y conocedores los científicos que ese era el proceso de energía en el sol y las estrellas, el gran problema era producirla de manera controlada, contenerla.

Los primeros experimentos para controlar la fusión, datan de 1950, Spitzer, científico norteamericano, diseñó el primer contenedor para producir fusión. Consistía en un tubo de cristal, un equipo de vacío, una fuente de calor y un generador electromagnético. Recibió el nombre de Stellarator.
En 1957 el físico ingles J. D. Lawson, propone las condiciones que deben de cumplir la densidad de los iones atómicos y el tiempo de confinamiento de las partículas energéticas a una temperatura dada, para que la energía liberada por fusión sea superior a la invertida en su confinamiento, es decir, el balance energético sea positivo.

Desde los años 50 existen multitud de experimentos en todo el mundo en el campo de la fusión, EEUU, Gran Bretaña y la URSS destacan en esos esfuerzos.

2.2.1. Los primeros Tokamak

En 1968 la Unión Soviética desarrolla el Tokamak Un enorme reactor de acero, con forma cilíndrica rodeado de cables. Este experimento consiguió un plasma caliente y más estable que ninguna otra prueba anterior.
A partir del diseño de tokamak surgen nuevos reactores destacando en 1974 el Reactor de Fusión de Prueba Tokamak (TFTR) financiado por la Comisión de Energía Atómica en Princeton.

Al tiempo que se construía el TFTR, Europa impulsó otro proyecto denominado JET, que fue causa de conflictos entre los diferentes patrocinadores que no conseguían acuerdos sobre la ubicación, el nombre del proyecto, etc. Al fin en 1977, se inició la construcción en Culhan, Inglaterra. Se inauguró 7 años después.
En 1982, el TFTR, consiguió producir su “primer plasma” durante unos momentos. El JET europeo consiguió su primer plasma seis meses después.
Los rusos y japoneses han estado también en la carrera de la energía de fusión con sus propios desarrollos.

Otros experimentos en el campo de la fusión destacaron en otros caminos como en Alemania, en el Laboratorio Garching, donde por medio de un rayo neutro calefactor consiguió tiempos suficientes de confinamiento del plasma y su energía.

2.2.2. El proyecto ITER: una primera aproximación

En 1985 Mijaíl Gorbachov, en la cumbre de Ginebra, propuso a los presidentes Reagan y Mitterrand un proyecto conjunto entre Europa, URSS, EEUU y Japón que permitiera la construcción conjunta de un gran dispositivo experimental que desarrollara la energía de fusión. En el año 2001 concluyó la elaboración del diseño.

En el año 2005, la Unión Europea, EEUU, China, Corea del Sur, India y Rusia, acordaron la construcción del nuevo reactor en Cadarache, Francia, denominado ITER, acrónimo en inglés de Reactor Experimental Termonuclear Internacional. Este nuevo camino en la energía de fusión, no ha estado exento de problemas desde que nació la idea, EEUU se retiró del proyecto y no se apuntó a él hasta el 2003 y Japón mantuvo hasta el último momento su candidatura para el emplazamiento del reactor.

El ITER pretende demostrar la viabilidad técnica, científica, económica y tecnológica de la fusión nuclear por confinamiento magnético como fuente de energía futura. El proyecto ITER no está diseñado para generar electricidad, sino para servir de modelo a las futuras centrales nucleares de fusión.

El tokamak del ITER, de 24 metros de altura y 30 metros de amplitud, será más pequeño que una central eléctrica convencional. Producirá hasta 500 MW de energía térmica en un plasma de fusión toroidal de 800 m3 de volumen confinado por campos magnéticos potentes.

Como cualquier proyecto anterior sobre fusión, tiene un largo plazo de recorrido. Si el éxito del ITER se demuestra, se construirá un reactor de demostración de fusión -DEMO- que pueda producir cantidades significativas de electricidad y por último un modelo -PROTO- como referente de central eléctrica que pueda comercializar la producción de energía producida por fusión.

2.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA DE FUSIÓN

2.3.1. Posiciones en contra

La mayoría de los detractores de la energía de fusión, grupos ecologistas como Greenpeace o Ecologistas en Acción, centran sus criticas en que no es una forma de energía 100% limpia, es decir, genera residuos radiactivos altamente contaminantes como el tritio. El tritio es un isotopo radiactivo que emite radiación beta i, puede producir enfermedades congénitas, cáncer o daños genéticos si se ingiere. Una hipotética fuga de estos materiales podría, por ejemplo, contaminar el agua, convirtiéndola en agua tritiada, también radioactiva.

Estos colectivos piensan que debido a su compleja tecnología y altos costes iniciales, su comercialización sólo estaría al alcance de muy pocos países

El pensamiento de estos y otros grupos, critica también lo absurdo de reproducir la energía del sol en la tierra en lugar de aprovechar de manera eficiente la energía que recibimos directamente de este astro.

 

2.3.2. Posiciones a favor

Para los partidarios de la energía de fusión ésta podría ser la mejor opción de futuro. Es una energía cuyo principal combustible, el hidrogeno, se encuentra en todos los mares y océanos del planeta, es decir, cuando esté totalmente desarrollada será barata y no habrá problemas por escasez de combustible.

La fusión, comparada con el resto de las principales fuentes de energía, es limpia, produce electricidad, cuyo consumo no emite CO2 a la atmosfera, genera muy pocos residuos comparada con la fisión y además, éstos tienen una contaminación radioactiva de muy corta duración, v.g: el tritio tiene una vida media en torno a los 13 años.

2.3.3. Posiciones respecto al ITER

Como proyecto concreto, tiene entre sus detractores a ecologistas que critican el enorme esfuerzo económico y científico que supone un modelo que no generará más de lo que gaste. Desde parte de la comunidad científica se critica que el diseño actual del ITER no permitirá realizar la mayoría de las pruebas de los componentes de los reactores de fusión. Es necesario realizar pruebas en torno a que la propia fusión genere más tritio del que consume, para desarrollar el DEMO con suficientes garantías.

Del ITER cabe destacar que es la primera vez que se produce una cooperación científica tan importante. Las siete partes que lo integran Unión Europea, Rusia, Japón, Corea del Sur, India, China y EEUU representan más de la mitad de la población mundial. A favor del ITER está también que este “camino”, es parte de un proyecto mayor que espera conseguir energía limpia, con poco riesgo de contaminación accidental y con abundantes reservas.