Rumbo á fusión, una pequena estrela soño

Ronald Reagan e Mikhail Gorbachev asinaron en 1985 a colaboración paira “conseguir una fonte de enerxía esencialmente inesgotable en beneficio de toda a humanidade”. Esta fonte de enerxía era a fusión. Con este acordo púxose en marcha o proxecto ITER co obxectivo de facer realidade a fusión. Posteriormente incorporáronse ao proxecto a Unión Europea, China, Xapón, Corea do Sur e India.

ITER significa en inglés “Reactor Termonuclear Experimental Reactor Internacional” e en latín “camiño”. O camiño está a ser longo, laborioso e caro. En 2005 decidiuse a súa construción en Cadarache (Francia), comezaron en 2013 e esperan terminar en 2019. Non está claro o custo, pero serán miles de millóns de euros. Tras a Estación Espacial Internacional, será o edificio científico máis caro.

“Este doce é tan doce energéticamente”, afirma o investigador da UPV Igor Peñalva Bengoa. “Si a fusión conséguese a medio prazo pódense solucionar os problemas enerxéticos actuais”. Peñalva investiga no campo da fusión. Goretti Sevillano Berasategi tamén noutro departamento da UPV. “Os combustibles fósiles están a esgotarse e as renovables teñen limitacións e non poden xerar toda a enerxía que necesitamos —di Sevillano—, aí temos un problema”.

Inesgotable, limpo e seguro

A fusión supón unha serie de vantaxes respecto doutras fontes de enerxía. As materias primas son practicamente inesgotables. Trátase de utilizar dous isótopos de hidróxeno, o deuterio e o tritio. “Pódese considerar que o deuterio é inesgotable porque hai unha chea no mar. O tritio, pola súa banda, formarase no propio reactor, a partir do litio, e o litio tampouco é inesgotable pero practicamente inesgotable. Temos litio suficiente para miles de anos”, explica Peñalva. Doutra banda, “non habería conflitos xeopolíticos co petróleo, o carbón, etc., porque as materias primas pódense atopar en calquera sitio”, engadiu Sevillano.

Unha das bobinas que se utilizará para crear o campo magnético de ITER. O reactor terá seis bobinas de 8, 17 e 24 metros de diámetro. Cada bobina tarda uns 18 meses e ten un peso de entre 93 e 396 toneladas. Ed. © ITER Organization, http://www.iter.org/

Ademais, Sevillano destaca que é “enerxía limpa”. “Non xera gases de efecto invernadoiro. E é certo que se xeran uns residuos radioactivos pero de baixa actividade e de moi curta vida”.

A unión dun átomo de deuterio e un átomo de tritio produce un átomo de helio, un neutrón e enerxía. Esta é a reacción de fusión. Trátase dun proceso contra a fisión que se produce nas centrais nucleares actualmente en funcionamento. A enerxía obtense dividindo os núcleos de grandes átomos como o plutonio e o uranio na fisión. Na fusión, mediante a interacción de núcleos de pequenos átomos como o hidróxeno.

A través destes neutróns que se forman en fusión, os metais poden converterse en radioactivos. “Pero estes metais, despois de 20-40 anos, non son radioactivos e poden ser reutilizados tranquilamente, polo que eu non os collería como residuos radioactivos”, explica Peñalva. “Non teñen nada que ver cos residuos de fisión. Neste caso, non son de alta actividade e non é un problema de millóns de anos, senón de 10, 20 ou 40 anos”.

En canto á seguridade, nada que ver coa fisión, explica Peñalva: “Na fisión prodúcense reaccións en cadea que requiren un bo control. Se se perde o control, pode ocorrer Chernobyl, etc. Na fusión ocorre o contrario; se hai un problema nun reactor, a reacción detense. A propia reacción é segura en si mesma”.

Das estrelas á Terra

Inesgotable, limpo, seguro… Parece que ten todo. O problema é a dificultade. “Tecnoloxicamente conseguir a fusión non é fácil”, afirma Peñalva. “Ten en conta que os únicos reactores de fusión en funcionamento que coñecemos son as estrelas. Toda a enerxía que nos chega do Sol xérase a través de reaccións de fusión, e en definitiva, grazas a ela vivimos. O problema é conseguilo na Terra. Necesítanse temperaturas superiores aos 100 millóns de ºC e iso non é cousa de bromas”.

Goretti Sevillano Berasategi. Investigador do Departamento de Enxeñaría de Sistemas e Automática da Escola de Enxeñaría de Bilbao da UPV/EHU. Ed. Mónica do Val/©Press de Fotos

Esta pequena estrela que se creará en ITER ocupará 150 millóns de ºC, 10 veces máis que o núcleo do Sol. De feito, nas estrelas o átomo fusiona forzas de gravidade. Na Terra, con todo, non se pode producir esta forza, polo que se necesitan temperaturas maiores paira conseguir que os átomos se poñan en estado de plasma e fusiónense. “Non coñecemos materiais que resistan esta temperatura”, afirma Peñalva. Pero a estrela artificial pódese manter atrapada por campos magnéticos. Paira iso, os imáns superconductores de ITER arrefríanse a -269ºC, moi preto do cero absoluto. A maior e menor temperatura do mundo estará case no mesmo lugar.

Sabemos que na Terra pódese conseguir a fusión. Xa se conseguiu en varias máquinas. “Pero a reacción dura moi poucos segundos en condicións de xeración de enerxía, tempo que non é suficiente paira recuperar a enerxía entregada paira iniciar a reacción”, explica Sevillano. A mellor marca obtívose no reactor JET británico: Entrada de 24 MW e extracción de 16.

O obxectivo de ITER é xerar dez veces máis enerxía da introducida. Está deseñado paira introducir 50 MW e extraer 500. ITER será moi similar a JET pero maior. “Segundo os cálculos, canto máis grande sexa, máis fácil conseguiremos sacar máis enerxía”, explica Peñalva.

Do mesmo xeito que o JET, ITER será un reactor tipo tokamas. A fusión prodúcese nunha cámara en forma de toroide ou rosquilla no tocado. “Os dispositivos que máis se traballaron até agora son os locais”, di Sevillano. “Hai quen pensa que os de stellarator poden ser mellores, pero teñen formas moi especiais e son moi difíciles de construír, sobre todo a gran escala. Por iso, e porque se investigou moito máis no traslado, decidiuse que ITER fóra de lugar”. En calquera caso, o funcionamento de ambas é basicamente similar, e “o que se investiga nunha delas é bastante fácil de adaptar á outra”, explica Sevillano.

Outra forma de conseguir a fusión é substituír os campos magnéticos por láseres moi potentes e moi precisos. O proxecto NIF dos estadounidenses é é o principal neste camiño, pero, a pesar de que así demostraron que é posible a fusión, o Departamento de Enerxía do Goberno de EE.UU. recoñeceu o ano pasado que o NIF ten serias dúbidas sobre si o obxectivo de obter enerxía pode chegar a en algunha ocasión.

Igor Peñalva Bengoa. Investigador do Departamento de Enxeñaría Nuclear e Mecánica de Fluídos da Escola de Enxeñaría de Bilbao da UPV/EHU. Ed. Ana Galarraga/Elhuyar

Sevillano ve difícil o camiño de Laser: “A cuestión é que a maioría dos científicos e laboratorios que traballan en fusión están a traballar con confinamento magnético, e eu creo que os resultados van vir de aí”. Peñalva coincide: “ITER conta co apoio tecnolóxico de JET. Sabemos que pode funcionar. E calcúlase que facendo máis grande pode ser máis fácil obter enerxía, decidiuse internacionalmente: ‘fagamos entre todos un gran reactor, a ver si conseguimos comprobar que isto é tecnoloxicamente viable’. Como se decidiu facer ITER a nivel internacional e o diñeiro está aí, a maioría das investigacións están encamiñadas a iso”.

Fusión na UPV

E niso están tamén os investigadores da UPV. “Nós somos un grupo de control”, afirma Sevillano. “Paira alargar este estado do plasma e poder extraer enerxía del é necesario controlar una gran cantidade de parámetros: corrente de plasma, forma de plasma, correntes de bobinas, tensión, etc.”. Paira iso desenvolven sistemas de control.

E dispoñen dunha pequena máquina paira realizar as primeiras probas destes sistemas. “Non é un reactor, pero ten una cámara sen carga onde se pode utilizar o helio como combustible. Aínda se atopa en proceso de construción e o que pretendemos con iso é comprobar, mediante probas cos esquemas e modelos de control que desenvolvemos paira algúns parámetros, se estes esquemas de control ou modelos de plasma desenvolvidos poden ser de utilidade. E una vez comprobado isto, realizar as modificacións necesarias paira adaptalo a unha máquina experimental máis grande”.

Pola súa banda, o equipo de Peñalva analiza o comportamento de certos materiais metálicos con hidróxeno e deuterio. “Necesitamos saber en que medida o hidróxeno e os seus isótopos penetran nos materiais paira logo saber onde estarán estas partículas e como xestionalas, e decidir que materiais son os máis adecuados”. Nalgúns casos, interesa introducir moito no material, por exemplo, paira recuperar o tritio. E noutras, o contrario. Por exemplo, o propio tritio é radioactivo e paira traballar con seguridade necesítanse materiais que impidan o paso do tritio.

Traballan principalmente con aliaxes de ferro. “O que nós estudamos é á fin e ao cabo, por exemplo, cando o ferro ten máis ou menos cromo, en que medida aumenta ou diminúe a permeabilidade. Medimos estes parámetros. Esa é a nosa achega. En principio, paira ITER está decidido ou semi-decidido cales serán os materiais, pero esta investigación está orientada á seguinte fase”.

Construción de ITER en Cadarache (Francia), 12 de xaneiro de 2017. Ed. ITER Organization/EJF Richer, http://www.iter.org

Mirando ao futuro

A seguinte fase é DEMO. En definitiva, trátase dun gran reactor experimental ITER que non producirá enerxía útil. O obxectivo de ITER é demostrar que a fusión é viable tecnoloxicamente e energéticamente, e que, do mesmo xeito que nas estrelas, na Terra tamén podemos obter enerxía mediante a fusión. Paira cando se demostre isto xa se está deseñando un seguinte reactor: DEMO. Iso si, produciría a enerxía que entraría á rede eléctrica.

“Todos temos ollo en ITER”, afirma Sevillano. “Investiuse moito tempo, moito traballo e, aínda que sufriu grandes atrasos, ao final parece que avanza. Eu espero que cumpra os obxectivos”. Así o cre Peñalva: “En principio, en 2025 queren conseguir o primeiro plasma. E en 2035 pór en marcha estas primeiras reaccións de fusión deuterio-tritio de forma continua. E se todo isto vai ben e cúmprense os límites de prazo, espérase que estes reactores DEMO estean operativos ou, polo menos, orientados paira 2050”.

Nestes casos o cumprimento dos prazos non é fácil. Ademais das dificultades tecnolóxicas, a xestión non é sinxela nun proxecto tan ambicioso. En total hai 35 países incluídos. E esa é outra razón paira ser optimista, segundo Peñalva: “Vexo consenso internacional e está a entrar moito diñeiro. Os países non meten diñeiro nun proxecto tan grande que non ven futuro”.

Con todo, paira empezar a producir electricidade a través da fusión, Sevillano considera que aínda son necesarios máis de 50 anos: “A ITER aínda lle falta e logo, aínda que todo vaia ben, hai que ter en conta o tempo que se tarda en facer a DEMO”. Peñalva é algo máis optimista: “Eu creo que si paira 2050. Non é cousa de mañá, e á sociedade a miúdo cústalle entendelo. Mañá non estará en marcha un reactor de fusión, pero quizá si paira 2050. E se isto fose así, a estrutura enerxética que temos cambiaría radicalmente. O que ofrece a fusión non o ofrece ningunha outra fonte de enerxía. Por iso estamos en iso”.