El cambio climático se cierne sobre nosotros cada vez a un ritmo más vertiginoso. Es vital empezar a tomar medidas y, entre ellas, destaca la búsqueda de formas limpias de energía. Las fuentes renovables, como la eólica o la solar, están cada vez más estudiadas y demandadas, pero presentan algunos inconvenientes que las convierten en mala competencia para los combustibles fósiles. Otra opción es la energía nuclear. Sin embargo, la fisión nuclear, que es lo que se usa en estas centrales, presenta el gran inconveniente de usar un combustible muy radiactivo y peligroso en caso de fugas. Por eso, cada vez se está estudiando en mayor profundidad la fusión nuclear.
Cambia solo una letra, pero la diferencia es abismal. La fusión nuclear genera una energía tan potente que es precisamente la que mantiene encendidas las estrellas. El combustible es fácil de obtener, limpio, ilimitado y seguro. Tampoco son peligrosos los productos que se obtienen, por lo que estaríamos ante la solución perfecta.
Pero cuenta con un grandísimo inconveniente. Y es que traer la energía de las estrellas a la Tierra no es tan sencillo. Hasta ahora, los intentos de obtener energía por fusión nuclear de una forma eficiente han sido bastante infructuosos. Es imposible presentarla como alternativa a los combustibles fósiles. Sin embargo, desde el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, han avisado que mañana anunciarán los resultados de un anuncio que podría cambiar todo lo que sabemos hasta el momento de esta forma de obtener energía.
¿Qué es la fusión nuclear?
Mientras que la fisión nuclear consiste en obtener energía al dividir núcleos de átomos muy pesados, en este caso ocurre todo lo contrario. La fusión nuclear se da cuando se unen los átomos de núcleos muy ligeros, como los del hidrógeno y sus isótopos.
Cabe recordar que los isótopos de un mismo elemento son aquellos que tienen el mismo número de protones en su núcleo, pero varían en la cantidad de neutrones. El hidrógeno tiene en su núcleo un solo protón y, en los átomos más frecuentes en la naturaleza, ningún neutrón. Sin embargo, existen también dos isótopos, conocidos como deuterio y tritio, que tienen uno y dos neutrones respectivamente.
El primero se encuentra en la naturaleza, por ejemplo, en el agua del mar, y es bastante fácil de obtener. El tritio no está en la naturaleza, pero también se obtiene de forma sencilla en la misma reacción de fusión nuclear.
Esta reacción consiste en confinar los isótopos de manera que se propicie una colisión en la que sus núcleos se fusionan dando lugar a helio, que tiene dos protones y dos neutrones, y un neutrón restante. Ese neutrón restante, precisamente, se utiliza para obtener más tritio y continuar con la reacción.
Para que se pueda dar la fusión nuclear es necesaria una energía inicial que se puede obtener de dos formas: bien mediante aceleradores de partículas o bien calentando mucho los átomos hasta conseguir una mezcla gaseosa conocida como plasma. Además, se debe garantizar que los átomos se acercan lo suficiente par que esa energía propicie la colisión. Esto puede hacerse compactando el combustible que contiene los isótopos mediante láseres, de manera que se obtenga una densidad tan alta que no puedan escapar. Si no, también puede realizarse gracias a campos magnéticos que mantienen cerca los átomos.
¿Por qué se obtiene energía?
Resulta sencillo visibilizar cómo se genera energía con la fisión nuclear, ya que algo más grande se está dividiendo en algo más pequeño. Generalmente, en ciencia romper algo suele implicar liberar energía y construirlo gastarla. Sin embargo, en este caso, aunque se produzca fusión nuclear y se unan los átomos, si estos son menos pesados que el hierro, en el proceso se obtiene un núcleo pesado cuyo peso es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Por eso precisamente se libera un neutrón y una energía que equivale aproximadamente a 17,6 MeV por cada par de átomos.
No es mucha energía, en realidad. Sin embargo, si tenemos en cuenta que un solo gramo de materia tiene millones de átomos, ese proceso se puede magnificar enormemente con muy poco combustible.
Las limitaciones de la energía nuclear
Hasta aquí todo parece estupendo. ¿Pero por qué no se está usando ya? Pues, básicamente, porque la cantidad de energía que se requiere para que se produzca la fusión nuclear es inmensa. No importa si se hace con un acelerador de partículas o mediante calentamiento. Se necesita tanta energía que difícilmente se logra obtener más de la que se gasta. Esto, lógicamente, lo convierte en un proceso muy poco eficiente.
En 2013, el propio Laboratorio Nacional Lawrence Livermore anunció ya que había conseguido por primera vez obtener algo más de la energía gastada. Esa ganancia neta de energía mediante fusión nuclear fue un gran paso adelante, pero aún estábamos muy lejos de poder considerarlo a corto plazo como una alternativa a los combustibles fósiles.
Más tarde, este y otros laboratorios han ido haciendo otros anuncios. Por ejemplo, este mismo año, en febrero de 2022, se logró obtener en el Joint European Torus una energía de 59 megajulios, mantenida durante 5 segundos. Sobrepasaba con creces el récord anterior, que fue de 21,7 megajulios en 1997.
Solo un mes antes, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore había anunciado que habían logrado crear plasma ardiente, alimentado por la fusión nuclear, que estaba lo suficientemente caliente como para permitir más fusión nuclear. Es decir, habían conseguido llevar a cabo una reacción en cadena, como la que se emplea en las centrales de fisión nuclear.
¿Cerrarán 2022 con el combo perfecto para esas otras noticias? Sea como sea, el uso comercial de la energía nuclear está aún muy lejos. Al menos a una década de distancia. Pero son necesarios nuevos pasos y el que conoceremos próximamente puede ser uno de ellos.