España acelera en la búsqueda de su propio sol con energía infinita

La mayor infraestructura científica del país no está en Madrid ni en Barcelona o Valencia. Está en Granada. En concreto, en Escúzar, en la comarca de Alhama, al sur de la capital. En la región con más horas de sol al año, 3.228 en Granada, no se trabaja para extraer energía del Sol sino para crearlo.

Allí reside un reactor experimental de fusión nuclear, el acelerador de partículas IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source), que en 2034 tendrá una dotación global conjunta de más de 422 millones.

El apagón del pasado 28 de abril demostró que todas las fuentes de energía no contaminantes serán necesarias en el futuro en ausencia de fuentes, por ahora, de almacenamiento masivo, porque las renovables son diluidas y fuertemente intermitentes.

En pleno debate sobre la necesidad de frenar el apagón nuclear, donde las evidencias de que alargar la vida útil de los siete reactores de fisión operativos en España sería ventajosa, limpia y segura, se abre otro melón energético: el desarrollo vertiginoso de la fusión nuclear, cien veces más eficiente que la fisión.

Tras la invasión rusa de Ucrania, Europa ha pisado el acelerador con su proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) y España con ella.

El objetivo no es otro que mantener materia con temperaturas unas diez veces la del centro del Sol y con unos campos magnéticos 100.000 veces el campo magnético terrestre.

El problema: desarrollar materiales que soporten esas densidades de potencia de forma continua. Ahí es donde cobra sentido Escúzar y su acelerador, vinculado al ITER.

Porque en Granada se probarán y validarán los materiales que se utilizarán en las futuras centrales eléctricas de fusión para la producción de una energía limpia e ilimitada.

Inyección de dinero público

A tal efecto, el Gobierno anunció la inyección de 174 millones de euros para iniciar el diseño y la construcción de un proyecto que movilizará 700 millones de euros en la construcción, a los que se sumarán 50 para la puesta en marcha y otros 60 anuales para su funcionamiento. España se ha comprometido a financiar la mitad del coste de la construcción y un 10% del coste de operación.

El proyecto lo lidera un consorcio entre el Gobierno central y la Junta de Andalucía, y cuenta ya con varios edificios que albergan oficinas y laboratorios de apoyo en los que están implicados numerosos centros de investigación y universidades, entre ellos la Universidad de Granada o el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

De hecho, la Junta de Andalucía ha anunciado una subvención excepcional de casi 100 millones para el acelerador con lo que, en conjunto, España contempla en ese horizonte de 2034 una dotación global para el acelerador de partículas de 422,5 millones.

¿Por qué tanto dinero para un experimento? Para empezar, porque crear un sol propio del que extraer energía limpia está ya al alcance de la mano. Solo el proceso de alcanzarlo, según las previsiones, el acelerador hará que Andalucía aumente su producción de bienes y servicios en más de 4.000 millones, además de una previsión de creación de empleo de unos 50.000, de los que 30.000 se quedarían en la comunidad.

Pero es que, además, Andalucía dispone de su propio reactor de fusión. A apenas 250 kilómetros, la Universidad de Sevilla lidera la puesta en marcha de un reactor tipo Tokamak compacto, mucho más pequeño que el ITER.

La reacción de fusión -el motor que produce la luz y el calor que irradian las estrellas- es el proceso mediante el cual dos núcleos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio, que se puede extraer del agua del mar, y tritio, menos abundante pero reutilizable en el proceso), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso.

Estas reacciones pueden absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor que la del hierro, respectivamente.

¿Cómo recrear un Sol en la Tierra?

El ejemplo más claro de fusión es el Sol. Allí, se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, que alcanza la superficie terrestre y que percibimos como luz y calor.

Desafortunadamente, los dos núcleos ligeros se encuentran cargados positivamente y se repelen. Para superar esta fuerza de repulsión electrostática y que la fuerza nuclear (siempre atractiva y de corto alcance) pueda actuar, los núcleos deben moverse a velocidades suficientemente altas (lo cual implica una temperatura muy elevada que supera los 100 millones de grados centígrados).

Domar al Sol

Una vez obtenido el plasma, hay que domarlo. En las estrellas, como el Sol, el confinamiento del plasma viene dado por la enorme fuerza gravitatoria. En la Tierra hay dos métodos principales para conseguir el confinamiento: el confinamiento inercial, que se consigue comprimiendo una pastilla de combustible mediante láseres, y el confinamiento magnético, que se obtiene aplicando un campo magnético muy intenso.

Hasta ahí la teoría. Porque cuando se logra la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio y se desencadena la producción de un núcleo de helio, se libera aproximadamente 10 millones de veces la energía de una reacción química.

Un neutrón sale disparado con una energía de unos 14 megaelectronvoltios sin carga eléctrica neta, por lo que no puede ser confinado en el interior del campo magnético que, sin embargo, sí consigue retener los núcleos de deuterio y tritio, que tienen carga eléctrica positiva.

Esta partícula está vinculada a la producción de energía eléctrica en los reactores de fusión nuclear, pero representa una forma de radiación muy agresiva que puede degradar sensiblemente los materiales utilizados en el reactor.

Por eso, es crucial desarrollar nuevos materiales capaces de contener al Sol generado y hacer que el reactor tenga una vida útil operativa. Ese es el objetivo del IFMIF-DONES.

Controlable, inagotable e inocua

La fusión como método de generación de energía tiene importantes ventajas medioambientales y de seguridad. Ya que la reacción de fusión no es una reacción en cadena, no es posible que se pierda el control de la misma.

En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible.

La materia para el combustible, deuterio y litio, está disponible en cualquier parte, y hay suficiente materia para la generación de energía durante millones de años.

Además, la fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo, usado para los globos de los niños.

El aspecto de seguridad más importante de un reactor de fusión es la presencia de tritio, un gas radioactivo que se produce dentro del reactor mismo a partir de litio. Debido a esto, no hay necesidad de transportes de material radioactivo desde fuera hacia el reactor.

La cantidad de tritio que se necesita en cada momento es muy pequeña, así que una central basada en este principio nunca contendría una gran cantidad del mismo.

La pared del reactor de fusión, expuesta a las radiaciones provenientes del plasma, sí se vuelve radioactiva después de un tiempo, pero la mayor parte de esta radioactividad desaparecerá en un plazo medio de unos cincuenta años, de tal modo que los reactores de fusión no suponen una carga para las generaciones futuras.

Fiebre global por la fusión

La fusión nuclear se ha conseguido en algunos de los proyectos desarrollados hasta ahora, pero hasta que a finales de 2022 se anunció que EE UU había logrado por primera vez una reacción de fusión nuclear con ganancia neta de energía, siempre se había necesitado inyectar en el sistema más energía de la obtenida.

Para conseguir ganancia energética se puso en marcha en 2007 el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés), ubicado en Cadarache (Francia), en el que participan 35 países (los 27 de la UE, Suiza, Reino Unido, EE UU, China, India, Japón, Corea del Sur y Rusia). ITER es el mayor megaproyecto científico internacional.

El ITER, que echó a andar en 2013, está a punto de encenderse. Utilizará el confinamiento magnético y la tecnología "tokamak", ideada en los años 50 por científicos soviéticos.

Un proyecto colosal

Sus cifras son colosales. En conjunto, pesará 23.000 toneladas y se construye sobre una plataforma de 42 hectáreas; el edificio del tokamak medirá 73 metros y contendrá 830 metros cúbicos de plasma, que calentará a temperaturas cercanas a 150 millones de grados Celsius, produciendo 500 MW de potencia de fusión en períodos de 400 a 600 segundos.

La previsión es que el ITER inicie este año sus pruebas con plasma, la fase principal. Tres años más tarde comenzarán las pruebas de baja potencia con hidrógeno y helio y en 2032, las de alta potencia. En 2035 se pondrán en marcha los test con deuterio y tritio, que completarán el proceso que llevará a cabo el ITER

El sucesor del ITER será la 'Central Eléctrica de Demostración' (DEMO), una instalación con la que la fusión pasará de ser un proyecto experimental de laboratorio basado en la ciencia a un programa impulsado por la industria y la tecnología, pero antes los materiales que se usarán en esa planta deberán ser probados y validados en el IFMIF-DONES de Granada, lo que va a requerir una de las mayores inversiones en investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) de la historia en España.

La fusión, aunque en fase experimental, concentra cada día más interés. No en vano, el reciente viraje hacia la energía nuclear en Reino Unido, que contempla la construcción de la primera central nuclear en 30 años, incluye una inversión de 2.500 millones de libras (2.969 millones de euros) en cinco años para comenzar un programa propio de fusión.