Tomé esta foto durante unas vacaciones en la isla de San Martín, en el caribe, la semana pasada. Me recordó que es hora de que Jackie y yo actualicemos nuestra investigación sobre la investigación de la fusión nuclear.
La fusión nuclear ha sido durante mucho tiempo el Santo Grial del mundo científico. Replica lo que sucede en el sol, donde los pequeños átomos se combinan para formar un átomo más grande y producir toneladas de energía en el proceso. En teoría, la fusión nuclear en la Tierra produciría grandes cantidades de energía sin arrojar el CO2 producido por la quema de combustibles fósiles o los desechos nucleares producidos por las plantas de energía nuclear. La energía estaría disponible bajo demanda y sin el problema de intermitencia de la energía solar o eólica.
Cuando escribimos por primera vez sobre la fusión nuclear en nuestra sesión informativa matutina del 1 de agosto de 2019, presentamos a algunos de los actores más importantes de la industria, que todavía están trabajando para hacer realidad la fusión nuclear. Desafortunadamente, el problema que destacamos hace dos años sigue siendo un problema en la actualidad: la cantidad de energía necesaria para la fusión nuclear supera la cantidad de energía que produce.
Dicho esto, los científicos están entusiasmados con varios avances recientes y varias empresas creen que resolverán el problema de la energía neta negativa y construirán plantas que puedan ponerse en funcionamiento en algún momento de los próximos 20 años. El creciente revuelo que rodea a la industria ha llevado a la aparición de artículos sobre la fusión en publicaciones no científicas, la formación de nuevas empresas emergentes y el aumento de la financiación de capital riesgo.
Hay al menos 35 empresas de fusión en todo el mundo, 18 de las cuales han recibido un total combinado de $ 3.7 mil millones en fondos privados. “De las 23 empresas que respondieron a la encuesta, más de la mitad fueron fundadas en los últimos cinco años”, informó un artículo de Financial Times del 27 de octubre. Cuatro empresas han recibido la mayor parte de la financiación del sector privado: Commonwealth Fusion Systems, TAE Technologies de California, Tokamak Energy, con sede en Oxford, y General Fusion de Canadá. Echemos un vistazo a lo que esperan lograr:
(1) El imán más fuerte del mundo
Commonwealth Fusion Systems (CFS) surgió de los laboratorios de investigación del MIT y todavía trabaja con la universidad. En una importante señal de confianza en su tecnología, CFS recaudó recientemente más de $ 1.8 mil millones de George Soros, Google, TIME Ventures de Marc Benioff, la firma de capital de riesgo DFJ Growth y otros, informó un artículo del WSJ el 1 de diciembre. La financiación previa provino de empresas como Breakthrough Energy, que es el consorcio de multimillonarios de Bill Gates, junto con la compañía petrolera italiana ENI. CFS espera desarrollar una planta de demostración que produzca energía neta positiva para 2025 y una planta comercialmente viable para 2030 que suministre energía a la red. El costo estimado de la planta es de $ 3 mil millones.
Para que se produzca la fusión nuclear en la Tierra, se necesitan grandes cantidades de energía para calentar los átomos a más de 100 millones de grados kelvin. A esas temperaturas, la materia se convierte en plasma y no debe tocar nada sólido. CFS y algunos otros crean campos magnéticos dentro de un contenedor llamado «tokamak» para controlar el plasma y proporcionar aislamiento térmico. CFS ha desarrollado un nuevo imán que es a la vez superfuerte y superfino. Cree que este imán es la clave para desarrollar una planta de fusión que genere energía neta.
CFS utiliza superconductores de alta temperatura, hechos de un nuevo material que puede “transportar mucha corriente incluso cuando está incrustado en fuertes campos magnéticos. Hasta ahora, todos los imanes de fusión se han fabricado con conductores de cobre o superconductores de baja temperatura que limitan la fuerza del campo magnético que se puede producir ”, explicó el MIT. El electroimán superconductor de alta temperatura de CFS alcanzó una intensidad de campo de 20 tesla, el campo magnético más poderoso jamás creado. Es 12 veces más fuerte que una resonancia magnética tradicional y 400.000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra.
El nuevo material superconductor está disponible comercialmente y viene en una cinta plana con forma de cinta. El material delgado «hace posible lograr un campo magnético más alto en un dispositivo más pequeño, igualando el rendimiento que se lograría en un aparato 40 veces más grande en volumen usando imanes superconductores convencionales de baja temperatura», informó un artículo del 8 de septiembre en MIT News. El nuevo material permite que la planta de fusión de CFS sea más pequeña, por lo que se puede construir más rápido y menos costoso.
Si los imanes funcionan como se esperaba, CFS cree que el plasma producirá el doble de energía de fusión de la que se utiliza para generar la reacción. Pero no está claro si la cantidad de electricidad que produce la planta será mayor o menor que la cantidad necesaria para hacer funcionar toda la planta y convertir la energía térmica en electricidad.
Tokamak Energy también está utilizando imanes superconductores de alta temperatura en un tokamak que desarrolló que es más pequeño y tiene más forma de manzana que la forma de rosquilla que usan muchas empresas. La empresa con sede en Oxford, Reino Unido, ha recaudado 200 millones de dólares en capital principalmente privado. Planea alcanzar 100 millones de grados Celsius en plasma estable este año, lo que sería un hito clave, un artículo del 17 de julio en Energy Digital reported.
(2) Utilizando pistones
General Fusion, una compañía canadiense respaldada por Jeff Bezos y otros, comenzará la construcción el próximo año en una planta de demostración en el Reino Unido que planea abrir en 2025. La compañía anunció el martes que recaudó 130 millones de dólares para ayudar a financiar la construcción de la planta. La compañía apunta a licenciar su tecnología y proporcionar componentes centrales patentados a quienes quieran construir las plantas, informó un artículo de Globe and Mail del 30 de noviembre.
El método de General Fusion para lograr la fusión (fusión objetivo magnetizado) es diferente al enfoque de CFS. General Fusion ha construido un cilindro que gira y está rodeado por pistones. A medida que el cilindro gira, el metal líquido dentro del cilindro se empuja hacia las paredes y se inyecta plasma de hidrógeno en el centro del cilindro. Luego, los pistones empujan hacia el cilindro y el metal líquido, comprimiendo el plasma de hidrógeno y provocando la fusión. La fusión calienta la pared de metal líquido, que luego se bombea a través de un intercambiador de calor para generar electricidad a través de una turbina de vapor. Un video de la empresa explica el proceso.
(3) Aprovechamiento de una colisión
TAE Technologies, con sede en California, anunció en abril que producía plasma estable a más de 50 millones de grados con una nueva máquina que llama «Norman». En cada extremo de la máquina, calienta gas hidrógeno para formar plasmas. Luego, los dos plasmas son propulsados para colisionar en el centro de la máquina y los aceleradores de haz de partículas mantienen unidos los dos plasmas para que se produzca la fusión, explica un artículo de CNBC.
Para que el sistema cree energía neta, el plasma debe alcanzar temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius. Ese es el objetivo de su próxima máquina, denominada «Copérnico». La compañía planea tener una planta de energía de demostración en línea para fines de la década de 2020.
La compañía recaudó dos rondas de financiamiento a principios de este año, por un total de más de $ 400 millones, lo que elevó el financiamiento total de la compañía por parte de los inversores a $ 880 millones. Los inversores incluyen Vulcan, Venrock, NEA, Wellcome Trust, Google, Kuwait Investment Authority, las oficinas familiares de Addison Fischer, Art Samberg y Charles Schwab.
(4) La investigación financiada por el gobierno también en el trabajo
El proyecto gubernamental de fusión nuclear más ambicioso está siendo desarrollado por ITER, que cuenta con el apoyo de 35 países de todo el mundo, incluido EE UU. La organización está construyendo un reactor de fusión en el sur de Francia con un precio de 22.000 millones de dólares. Las pruebas están programadas para 2025 y la operación completa está programada para 2035, informó un artículo del 17 de noviembre en Nature.
Se espera que la planta genere 500 megavatios de energía, mientras que el plasma utiliza solo 50 megavatios. Esas cifras no incluyen la energía necesaria para hacer funcionar la planta o la energía perdida cuando el calor de fusión se convierte en electricidad. La planta requiere 440 megavatios para funcionar, y la cantidad de energía que produce se reduce a unos 250 megavatios una vez que se convierte en electricidad, señala Sabine Hossenfelder en este video «Ciencia sin galimatías» (“Science without the Gobbledygook”).Al centrarse solo en la energía utilizada por el plasma en este proyecto y muchos otros, los científicos e inversores están subestimando lo que se necesitará para que estos proyectos sean comercialmente viables.
También se espera que países como China y Corea del Sur, así como los de la UE, construyan de forma independiente sus propios reactores. Los experimentos en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California utilizaron láseres para desencadenar una reacción de fusión que generó casi tanta energía como la utilizada por los láseres, informó un artículo del 30 de noviembre en el sitio web de la Sociedad Estadounidense de Física. (Marvel Fusion de financiación privada en Alemania también está utilizando láseres). La Academia de Ciencias de China calentó su plasma a 120 millones de grados Celsius y mantuvo esa temperatura durante un minuto y medio.