¿Por qué se necesita energía termonuclear?
Para evitar que la temperatura global aumente más de un 1,5
¿Y si hubiera una solución energética que pudiera resolver todos estos problemas urgentes? Si bien esto suena fantástico, existe.
Una de las formas de energía más poderosas queque usamos hoy es la energía nuclear. Aunque la energía nuclear moderna es extremadamente eficiente y genera cero emisiones de carbono, tiene muchos inconvenientes y son graves: potenciales derretimientos nucleares y desechos radiactivos que siguen siendo peligrosos durante miles de años.
Pero hay una mejor manera.
¿Qué es la fusión termonuclear y cómo se puede aplicar en la Tierra?
Todos los reactores nucleares actuales funcionan conusando fisión nuclear, el proceso de dividir átomos para producir energía. Durante años, los científicos se han preguntado cómo podemos utilizar el proceso inverso, la fusión nuclear, que "alimenta" al sol al unir átomos, para satisfacer las crecientes necesidades de energía en la Tierra. La fusión termonuclear en sí es un proceso superpoderoso, varias veces más potente que la fisión, y no conduce a la formación de desechos nucleares, ya que su combustible no es uranio ni plutonio, sino hidrógeno. De hecho, si el desarrollo de un reactor termonuclear tiene éxito, los científicos crearán un "mini-sol" en la Tierra.
"Logro de reacciones termonucleares controladas,que consumen más energía de la necesaria para generarlos y se ven comercialmente como una posible respuesta al cambio climático ”, explica el corresponsal científico Nathaniel Gronevold para Scientific American. “La energía de fusión eliminará la necesidad de combustibles fósiles y resolverá los problemas de discontinuidad y confiabilidad inherentes a las energías renovables. La energía se generará sin la peligrosa cantidad de radiación que genera preocupaciones sobre la energía de fisión nuclear ”.
Funcionarios de la Termonuclear InternacionalExperimental Reactor (ITER), un proyecto multinacional con sede en el sur de Francia, anunció que ahora están a solo 6,5 años del First Plasma, un hito histórico. El proyecto ITER, apoyado por un consorcio de 35 países, está ahora completado en un 65%, según un comunicado de prensa de esta semana. La sección recién instalada, la base del criostato y el cilindro inferior, allana el camino para la instalación del tokamak, la estructura tecnológica elegida para albergar el poderoso campo magnético que rodearía el núcleo de fusión del plasma supercaliente.
Problemas de fusión nuclear
La fusión nuclear es tan difícil de lograr debido acondiciones extremas, por ejemplo, en el núcleo del Sol, que deben reproducirse aquí en la Tierra. Como se explica en el Departamento de Energía de Estados Unidos, "las reacciones termonucleares son estudiadas por científicos, pero son difíciles de mantener durante largos períodos de tiempo debido a la enorme presión y temperatura que se requieren para fusionar los núcleos".
La energía de fusión requiere contenciónPlasma muy caliente a alta presión. El confinamiento magnético de plasma muy caliente (muchas veces más caliente que el centro del Sol) requiere fuertes campos magnéticos. Deben ser 10 veces la presión atmosférica en la superficie de la Tierra. La fuerza del campo magnético es un parámetro crítico para lograr estas condiciones, ya que proporciona aislamiento para mantener el plasma caliente y presión externa para mantenerlo estable, todo sin contacto físico entre el plasma y la superficie del material.
Aunque la fusión nuclear produceperspectivas increíbles para resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo moderno, el tiempo corre y muchos expertos dicen que incluso si la fusión está a la vuelta de la esquina, el tiempo no está de nuestro lado. Si bien se espera que el ITER se lance en 2025 y esté en pleno funcionamiento alrededor de 2035, puede que sea demasiado tarde. En 2019, los expertos en clima argumentaron que el plazo de 12 años que el Panel Intergubernamental dio al mundo para revertir la situación cambiante del planeta podría tener que reducirse a 18 meses. Hans Joachim Schellnhuber, del Instituto del Clima de Potsdam, lo explicó así hace un año: “Las matemáticas climáticas son muy claras: aunque es posible que el mundo no se recupere en los próximos años, puede resultar mortalmente herido por negligencia antes de 2020”.
Sin embargo, esta semana se han reavivado las esperanzas de energía limpia.
Proyecto SPARC
Científicos desarrollan una versión compacta.Una serie de artículos de investigación han demostrado que un reactor de fusión nuclear funciona, reviviendo las esperanzas de que se pueda lograr el objetivo largamente esquivo de imitar la producción de energía del sol y, en última instancia, contribuir a la lucha contra el cambio climático.
Centro de Investigación del Plasma y TermonuclearEl MIT, en colaboración con la empresa privada Commonwealth Fusion Systems (CFS), está desarrollando el diseño conceptual de SPARC. Este es un experimento compacto de alto voltaje con energía termonuclear pura. Se espera que el SPARC sea del tamaño de los dispositivos de fusión de rango medio existentes, pero con un campo magnético mucho más fuerte. Basándose en las leyes de la física, los científicos esperan que el dispositivo produzca entre 50 y 100 megavatios de energía termonuclear. Tal experimento será la primera demostración de la creación de energía limpia y la posibilidad de crear un dispositivo construido con nueva tecnología superconductora. SPARC es parte de una estrategia general para acelerar el desarrollo de la fusión mediante el uso de nuevos imanes superconductores de alto campo y alta temperatura (HTSC).
La planta de energía de fusión de Sparc será relativamente pequeña, como se muestra en esta imagen de la cámara de reacción.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
Tiempo de construcción
Se espera que la construcción del reactor bajoEl nombre SPARC, que está siendo desarrollado por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y una subsidiaria de Commonwealth Fusion Systems, comenzará la próxima primavera y tomará tres o cuatro años, dijeron investigadores y funcionarios de la compañía.
Aunque todavía existen muchos problemas graves,La compañía dijo que la construcción sería seguida por pruebas y, si tiene éxito, una planta de energía que podría usar energía de fusión para generar electricidad a partir de la próxima década.
Este ambicioso cronograma es mucho más rápido queel proyecto de energía de fusión más grande del mundo, un proyecto multinacional en el sur de Francia llamado ITER. Este reactor está en construcción desde 2013, y aunque no está diseñado para generar electricidad, se espera que produzca reacciones de fusión para 2035.
Bob Mumgaard, director ejecutivo de CommonwealthFusion, y uno de los fundadores de la empresa, dijo que el objetivo del proyecto SPARC es desarrollar la fusión a tiempo para desempeñar un papel en la mitigación de los efectos del calentamiento global. "Estamos enfocados en obtener energía termonuclear lo más rápido posible", dijo.
Fusión termonuclear, en la que los átomos ligerosreunirse a temperaturas de decenas de millones de grados para liberar energía se ha convertido en una forma para que el mundo haga frente a los impactos del cambio climático debido a la generación de electricidad.
Al igual que una planta de energía de fisión nuclear convencional, que divide átomos, una planta de fusión no quemará combustibles fósiles y no producirá emisiones de gases de efecto invernadero.
Crítica de proyectos
A pesar de las ambiciones del proyecto, los obstáculos en el caminola creación de una máquina capaz de crear plasma de fusión y manipular una nube arremolinada de átomos supercalientes que daña o destruye todo lo que toca es enorme.
Algunos científicos que han trabajado en la energía termonuclear durante décadas dicen que, si bien están entusiasmados con las perspectivas de Sparc, la línea de tiempo puede ser simplemente poco realista.
"Leer estos documentos (trabajos de investigación- aprox. ed.) me da la sensación de que los desarrolladores tendrán el plasma termonuclear termonuclear controlado con el que todos soñamos ", dijo Carey Forest, un físico de la Universidad de Wisconsin que no participa en el proyecto. Sin embargo, no está seguro de si el cronograma del proyecto es realista.
Según el Dr. Mumgaard, SPARC será muchomás pequeño que un ITER - del tamaño de una cancha de tenis, en comparación con un campo de fútbol - y mucho más barato que un proyecto internacional, que, según estimaciones oficiales, costará alrededor de $ 22 mil millones, pero esta cifra no es el límite. Commonwealth Fusion, fundada en 2018 y con aproximadamente 100 empleados, ha recaudado $ 200 millones hasta la fecha para su proyecto.
Diferencias entre Sparc e ITER
Desde que comenzaron hace casi un sigloDurante los experimentos de fusión, la perspectiva de crear un dispositivo de fusión práctico que pueda producir más energía de la que utiliza sigue siendo difícil de alcanzar.
Pero, según las conclusiones de los científicos en The Journal of Plasma Physics, el proyecto SPARC tendrá éxito y producirá 10 veces más energía de la que consume.
La investigación “confirma que el proyecto estáes probable que funcione para el que trabajamos ”, dijo Martin Greenwald, subdirector del Centro de Investigación y Fusión de Plasma del MIT y uno de los científicos líderes del proyecto. El Dr. Greenwald es el fundador de Commonwealth Fusion, pero actualmente no está afiliado a la empresa.
SPARC utiliza el mismo tipo de dispositivo queITER: un tokamak, o cámara con forma de rosquilla dentro de la cual tiene lugar una reacción de fusión. Debido a que la nube de plasma es tan caliente, más caliente que el Sol, debe ser retenida por fuerzas magnéticas.
ITER hace esto utilizando enormes bobinas electromagnéticas que contienen cables superconductores que deben enfriarse con helio líquido.
Modelo del reactor de fusión ITER (sección transversal)
CC BY-SA 2.0 fr
Según Greenwald, SPARC utilizalos beneficios de una nueva tecnología electromagnética que utiliza los llamados superconductores de alta temperatura, que pueden crear un campo magnético mucho más fuerte. Como resultado, el plasma es mucho más pequeño.
Los documentos muestran que “este camino con altoel campo todavía parece viable ”, dijo el Dr. Greenwald. "Si podemos superar los desafíos de ingeniería, esta máquina funcionará como predicemos".
Commonwealth Fusion dijo que anunciará el paradero de SPARC en unos meses.
¿Quién más está trabajando en energía termonuclear y hay alguna esperanza?
Commonwealth Fusion es solo uno de muchosempresas que trabajan en el desarrollo y comercialización de energía de fusión en asociación con instituciones de investigación, respaldadas por cientos de millones de dólares en inversiones.
Por ejemplo, TAE Technologies, con sedeen el sur de California está trabajando en un diseño que utiliza un dispositivo lineal que dispara dos nubes de plasma entre sí para producir una fusión nuclear.
First Light Fusion, una subsidiaria de la Universidad de Oxford en Inglaterra, usa energía para comprimir y comprimir combustible termonuclear.
El doctor Forest dijo:Al utilizar campos magnéticos más fuertes, se puede decir que SPARC es más "conservador". “Esto la diferencia completamente de todas las startups, que por definición son más arriesgado”, subraya.
William Dorland, físico de la Universidad de Maryland yel editor de The Journal of Plasma Physics, dijo que la revista había pedido a los representantes de algunos de estos proyectos de fusión que "hablaran sobre su física". El grupo MIT y Commonwealth Fusion rápidamente estuvieron de acuerdo, dijo.
“Desde mi punto de vista, este es el primero de estos grupos,que tiene dinero privado, lo que en realidad es muy claro sobre lo que están haciendo ”, dijo el Dr. Dorland. - Las personas razonables no están de acuerdo sobre si funciona. Pero estoy feliz de que hayan dado un paso al frente y nos digan lo que está sucediendo usando la ciencia normal ”, concluye.
Al final, ¿qué consecuencias esperar dedesarrollando un reactor de fusión? Si los procesos tecnológicos se depuran y controlan, salvará a la humanidad. La energía limpia de fusionar átomos en lugar de fisionarlos protegerá al menos al planeta de los desechos nucleares.
¿Cuál es el resultado final?
A pesar de todo el peligro y la complejidad de los proyectos endesarrollo de la fusión termonuclear, no parece que la humanidad tenga alternativas. Las capacidades del planeta son limitadas, a diferencia de las necesidades humanas. El tiempo lo dirá si SPARC, ITER o cualquier startup cumplirán sus promesas.
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