Nuevos materiales, tecnologías y procesos para hacer posible el uso de la fusión nuclear

El cambio climático es uno de los mayores desafíos de nuestro tiempo. Y no está aún claro que nos hallemos realmente en condiciones de superarlo. Existe un amplio consenso a escala internacional sobre su gravedad; se conocen cuáles son los objetivos que hay que cumplir y en qué fechas será imprescindible cumplirlos; se han identificado muchas de las soluciones que hay que aplicar y se están dando importantes pasos adelante en su implantación…, pero también se sabe que las dificultades para conseguirlo son muchas y de extraordinaria envergadura.

Una de ellas es cómo hacer compatible el incremento del consumo energético con la descarbonización de la economía. En efecto, a pesar de los grandes avances en materia de eficiencia energética que se están logrando, parece claro que la demanda mundial de energía se verá impulsada inevitablemente y de manera notable en los próximos años por el crecimiento económico que, sobre todo en las zonas menos desarrolladas del globo, es necesario para asegurar mejores condiciones de vida a todos los ciudadanos. De hecho, se calcula actualmente que el consumo energético mundial crecerá casi un 50% entre 2018 y 2050, principalmente por el fuerte desarrollo económico de algunas regiones y el crecimiento de la población.

Conseguir que esto no ponga en peligro el insoslayable objetivo de promover la descarbonización de la economía —apostando, por ejemplo, por una Europa climáticamente neutra para 2050, como ha hecho de la Unión Europea— exige, entre otras iniciativas, un enorme despliegue de las energías renovables.

Sin embargo, aunque los avances que se están haciendo al respecto son también muy importantes, lo cierto es que las principales fuentes renovables disponibles actualmente presentan una serie de limitaciones intrínsecas, tales como naturaleza difusa, intermitencia y variabilidad.

Por ello, cobra cada vez más relevancia una alternativa energética en la que se está trabajando desde hace muchos años y cuya maduración facilitaría la disponibilidad de energía en cantidades compatibles con el gran reto al que nos enfrentamos. Se trata de la energía de fusión.

De manera muy elemental, puede decirse que la energía de fusión nuclear es la “versión inversa” de la energía de fisión nuclear. Consiste en una reacción según la cual el núcleo de un átomo pesado se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros cuando un neutrón impacta con el primero, lo que genera grandes cantidades de energía, como ocurre en las centrales nucleares.

Pues bien, la reacción de fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando en el proceso enormes cantidades de energía. Básicamente, es el tipo de reacciones que se producen de manera continua en el sol y las estrellas.

En efecto, para conseguir una reacción de fusión nuclear es necesario alcanzar niveles extraordinariamente elevados de energía que hagan posible que los núcleos de los elementos ligeros utilizados en el proceso se aproximen a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas de repulsión.

Esto requiere, entre otros complejos requisitos, utilizar aceleradores de partículas o recurrir a procesos de calentamiento a temperaturas muy elevadas hasta lograr una masa gaseosa, denominada plasma, que ha de poseer una elevada densidad y ser confinada a esas elevadas temperaturas durante el tiempo necesario para que se produzca la reacción de fusión.

Uno de los avances más importantes en este difícil camino fue el acuerdo suscrito en 2006 por la Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, India, Rusia y China para desarrollar un reactor experimental de fusión nuclear, denominado ITER (Internacional Thermonuclear Experimental Reactor), que se está aún construyendo en el sur de Francia.

A su vez, el siguiente gran paso en esta hoja de ruta es el desarrollo de otro reactor de fusión, en este caso de demostración, que permita la generación de energía eléctrica. Se trata del denominado DEMO (DEMOnstration Power Station).

Dar el salto tecnológico necesario para hacer posible el DEMO exige disponer de materiales capaces de resistir una irradiación intensa y prolongada de neutrones. Por ello, el Programa Europeo de Fusión se ha planteado el desarrollo de la DONES (DEMO-Oriented Neutron Source), una instalación capaz de producir un alto flujo de neutrones que permitirá investigar el comportamiento de los materiales que requiere la construcción de los futuros reactores de fusión.