Escúzar, banco de pruebas a nivel mundial para lograr el sueño de la energía de fusión

Los científicos llevan desde los años 50 del siglo pasado investigando para replicar en la Tierra la fusión nuclear, un fenómeno que se produce de forma natural en el Sol y las demás estrellas, y obtener así una cantidad casi infinita de energía limpia, segura y asequible. En resumen, la fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar un solo núcleo más pesado, emitiendo en esa reacción enormes cantidades de energía, en un estado de la materia denominado plasma (ni sólido, ni líquido, ni gaseoso): un gas caliente y dotado de carga, compuesto por iones positivos y por electrones.

Para crear 'soles en la Tierra' es necesario someter a núcleos de deuterio y tritio –dos tipos pesados de hidrógeno– a condiciones extremas de presión y temperatura, unos 100 millones de grados Celsius, y lograr un confinamiento lo bastante prolongado como para obtener una ganancia de potencia neta, es decir, que la energía producida sea mayor que la energía invertida para calentar el plasma.

La investigación de la energía de fusión es una historia de cooperación internacional. Actualmente en los experimentos se logran condiciones muy cercanas a las necesarias en un reactor de fusión, pero es preciso mejorar las propiedades de confinamiento y la estabilidad del plasma.

Las primeras instalaciones datan de los años ochenta, pero en ese camino hay actualmente dos proyectos clave. Uno es ITER, una instalación ubicada en Francia desde 2007 con el objetivo de demostrar que es científica y tecnológicamente viable producir energía de fusión, fruto del acuerdo entre la Unión Europea, Estados Unidos, Rusia, India, China, Corea y Japón. ITERse centrará en producir un plasma de fusión con diez veces más potencia térmica que la potencia necesaria para calentarlo.

El segundo es Ifmif Dones, que se construye en la localidad granadina de Escúzar con el objetivo de probar materiales capaces de resistir las condiciones extremas en las que se producirá la fusión en los futuros reactores.

Cuando entre en funcionamiento batirá varios récords mundiales: tendrá el acelerador de partículas más potente, el circuito de litio líquido más grande y el haz de deuterones más intenso. El programa Dones está sostenido por quince países comunitarios, la Unión Europea a través de Fusion for Energy, Ucrania y Japón, aunque por el momento solo España y Croacia contribuyen económicamente y Japón acaba de comprometerse a hacerlo.

A partir de 2034 está previsto que ambas instalaciones pasen a la fase de operación y empiecen a ofrecer los resultados de sus experimentos a DEMO, que será el primer prototipo de un reactor de fusión. Aún no se ha decidido dónde estará.

Si todo va bien, las primeras plantas de demostración (DEMO) podrían ser capaces de producir electricidad de forma eficiente y rentable, es decir, en mayor cantidad que la necesaria para producirla. Los científicos calculan que eso ocurrirá a mediados de este siglo y que a partir de entonces deberá comenzar la implantación de instalaciones comerciales de generación.

La misión de Ifmif Dones es determinar qué materiales son más adecuados para construir las máquinas de fusión, entre ellas DEMOy las que le sigan. Para ello, el acelerador de Escúzar disparará haces de neutrones sobre muestras de diferentes materiales de forma constante durante meses para después analizar los cambios que han experimentado. Es preciso buscar materiales capaces de soportar las condiciones en distintas partes de los futuros reactores, unos más cercanos y otros más alejados del plasma de fusión. Entre los candidatos se encuentran un acero especial de fabricación europea (Eurofer), cobre y tungsteno, pero se probará con decenas de ellos. Estos experimentos se realizarán a través del inyector de 100 metros de largo, que disparará haces de partículas (deuterones) a gran velocidad para hacerlos chocar contra una cortina de litio líquido que separará el protón del neutrón de cada núcleo, y solo los neutrones continuarán su viaje hasta las muestras de materiales.

Todo el proceso se realizará en una celda de ensayos alojada en un búnker con paredes de hormigón de cuatro metros de grosor.

No necesariamente. Hay que tener en cuenta que las plantas de fusión nuclear serán tan potentes que quizá solo sea necesario instalar unas pocas –o una sola– por país. Sin embargo, que el acelerador esté en Granada, en Andalucía y en España es una apuesta estratégica. «Los países que apostemos por esta tecnología desde ya, cuando llegue el momento de desarrollar esas máquinas, tendremos la tecnología a nuestro alcance», subraya José Aguilar, responsable de la Oficina de Gestión del Programa Dones.

«Tenemos un papel imprescindible: a día de hoy la única infraestructura científica que va a atender el reto de los materiales en la energía de fusión es Ifmif Dones; nadie más lo está haciendo. Cualquiera que quiera construir esas máquinas en el futuro tendrá que pasar por Escúzar y hablar con nosotros», agrega.

Además, será un «imán» que atraerá empresas interesadas en ofrecer suministros o trabajar en esta tecnología.

Aunque en España las energías renovables representan ya el 57% de toda la generación, en el conjunto del planeta el 85% de la electricidad procede todavía de combustibles fósiles, directamente relacionados con el cambio climático. El peso del petróleo, el carbón y el gas en el conjunto del mix energético a escala mundial apenas ha caído un 6% en los últimos 40 años, mientras la energía solar y eólica han pasado del 1% al 4% y la hidroeléctrica, del 5% al 7%.

Buscar fuentes de energía limpia alternativas es un reto aún más acuciante para la humanidad si tenemos en cuenta que se prevé que el crecimiento demográfico, pero sobre todo la mejora de las condiciones de vida de la población, triplicarán la necesidad de energía para el año 2100.

En ese contexto, el desarrollo de una tecnología capaz de producir grandes cantidades de energía limpia podría complementar primero y desplazar después a los combustibles fósiles.

No obstante, se trata de un proceso largo, complejo y caro: para que la fusión a nivel mundial adquiera un peso importante en el mix energético harán falta cientos de plantas de generación... y una inversión ingente.

La energía de fusión no emite CO2 a la atmósfera (como los combustibles fósiles) ni produce residuos radiactivos de larga vida (como la energía nuclear). Es abierta, porque cualquier país que disponga de la tecnología necesaria puede desarrollarla usando recursos al alcance de todos –el hidrógeno se puede obtener del agua de mar–, lo que evita conflictos geopolíticos.

Al ser una energía «masiva y continua», podría ser la base del mix energético del futuro, como por ejemplo lo son ahora las centrales nucleares y las hidroeléctricas, que producen en torno al 35% de la electricidad que se produce en España. Y se trata de una generación síncrona, es decir, que produce energía a la misma frecuencia de la red (50 herzios), a diferencia de las energías solar y eólica, por lo que contribuye a dar estabilidad a la red para que la oferta y la demanda guarden el equilibrio necesario para evitar anomalías y apagones como el ocurrido el 28 de abril.

¿Qué pasaría si después de casi un siglo de búsqueda los científicos no son capaces de dominar la reacción de fusión en centrales generadoras de energía? José Aguilar admite que esa posibilidad existe, pero no es probable, porque en los últimos años se han superado retos científicos que antes parecían imposibles. Y no hay ninguna alternativa tecnológica tan desarrollada como ella.

El responsable de la Oficina de Gestión de Ifmif Dones explica que, si bien la investigación en torno a la energía de fusión ha estado durante décadas sostenida por los Estados, desde hace unos cinco años empieza a haber interés por posicionarse por parte de la iniciativa privada. «Es un indicador claro de que estamos cerca de tener los problemas resueltos como para que esto se convierta en una industria», revela.