En diciembre de 2022 una noticia saltó a los medios de comunicación: el reactor nuclear de fusión del National Ignition Facility (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (EE UU), lograba producir más energía de la que gastaba. Claro que no fue gran cosa: el excedente de energía solo hubiera servido para calentar el agua de 20 teteras. Y todo por ‘solo’ 3 500 millones de dólares. La poderosa comunidad de la fusión nuclear (uno de los lobbies científicos más potentes, donde el coste de sus experimentos no bajan de las siete cifras) expresó su entusiasmo diciendo, como hizo Gianluca Gregori, que “se abre una nueva puerta a la ciencia”.
Debemos comprender semejante alegría: los avances para obtener una fusión rentable son pequeños y se dan con cuentagotas a lo largo de décadas. Pero algo que caracteriza a la comunidad de fusión nuclear es su especial optimismo: en la década de 1980 pintaba un futuro luminoso diciendo que a principios del siglo XXI estaría funcionando el primer reactor comercial. Hoy sabemos que aquello fue un viva Cartagena; eso sí, sirvió para que comenzara un flujo milmillonario de dinero que hoy, medio siglo después, no solo sigue sino que ha aumentado.
Y el siguiente notición apareció en julio de 2023, cuando el NIF volvía a conseguirlo; eso sí, después de cinco intentos fallidos. ¡Albricias! Para Melanie Windridge, directora ejecutiva de Fusion Energy Insights, “estos resultados realmente nos ponen en el camino hacia la comercialización de la tecnología". ¿Pero no estábamos ya en ese brillante camino de baldosas amarillas?
Pongamos este éxito (que lo es) en perspectiva. El gran reto de la fusión nuclear es conseguir que el factor de ganancia Q -el cociente entre la energía producida por el reactor y la energía extraída- sea, cuando menos, igual a 1; es lo que se llama el breakeven. En el NIF su valor ha sido de 1,7. ¿Es para echar las campanas al vuelo? Después de 50 años buscándolo, diríamos que sí, pero no es para tirar cohetes. Juzga por ti mismo: una planta comercial exige un Q igual a 10.
El problema de la repulsión electrostática
¿Por qué es tan complicado obtener la fusión nuclear controlada? Todo este lío está producido por un único obstáculo: la barrera de Coulomb. Si queremos acercar lo suficiente dos protones -dos núcleos de hidrógeno- debemos superar un obstáculo formidable: la repulsión electrostática que aparece entre ellos, por ser dos partículas de igual carga eléctrica. En el caso de que dos protones se acercaran en perfecto rumbo de colisión, la energía necesaria para saltar la barrera repulsiva implica que deben llevar una velocidad del 7% de la velocidad de la luz, o lo que es lo mismo, la temperatura debe ser de 10 000 millones de grados. Y aun así, eso no asegura la fusión porque cualquier mínima desviación en la trayectoria la mandaría al traste.
Por suerte la mecánica cuántica juega a nuestro favor gracias al misterioso efecto túnel: según las reglas que gobiernan el mundo subatómico, cuando un protón se enfrenta a una barrera que no puede atravesar, existe una probabilidad no nula de que, como por ensalmo, aparezca al otro lado. Por poner un ejemplo de ciencia ficción: si la nave Enterprise de la serie Star Trek se dedicara a disparar torpedos de fotones contra el escudo de energía que protege a un Ave de Presa Klingon, la mecánica cuántica le dice al Sr. Spock que hay una pequeñísima probabilidad de destruirla porque no es imposible que el torpedo desaparezca a este lado del escudo y reaparezca instantáneamente al otro lado.
La existencia del efecto túnel tiene como consecuencia que no se necesita tanta temperatura para lograr la fusión: basta con unas pocas decenas de millones de grados. Pero aun así la posibilidad es realmente baja: en nuestro Sol, con un núcleo central a 16 millones de grados, un cálculo grosero nos dice que solo una colisión entre 100 cuatrillones tendrá como resultado una fusión. ¿Cómo es posible que con tan pocas oportunidades nuestro Sol siga brillando? Porque nuestra estrella tiene una ventaja sobre cualquier otra cosa que queramos intentar en la Tierra: posee mucha masa y eso implica muchos neutrones correteando y chocando por su centro.
Disparos láser
Para conseguir esa temperatura en el NIF bombardean sistemáticamente una gotita de plasma de hidrógeno del tamaño de un grano de pimienta con 192 láseres que ocupan un espacio similar a tres campos de fútbol. El tiro debe ser muy certero: si se desvían lo más mínimo el plasma se va al traste. La potencia de esos cañones es tal que operarlos requiere una energía similar a la liberada por una bomba atómica estratégica.
Y no hablemos de costes: la construcción del NIF alcanzó los 5 300 millones de dólares. Que en realidad no es mucho si lo comparamos con la gran esperanza blanca de la fusión nuclear: el monstruoso ITER que se está construyendo en Cadarache (Francia). De los 6 000 millones de euros presupuestados inicialmente es muy posible que acabe costando 45 000.
Costes y retrasos
A esto hay que añadir que el ITER no hace más que acumular retrasos; estaba previsto que entrara en operación en 2016 y ahora no se sabe si será en 2027. Pero el optimismo de la comunidad de fusión es inmarcesible y soporta tormentas y vendavales. En 2010 el consorcio del ITER anunciaba en su página web que en 2040 ya estaría conectada la primera planta de fusión nuclear a la red eléctrica. En estos momentos, si para entonces ha generado su primer plasma ya será un éxito. Todo esto hace que se eleven voces críticas contra este agujero negro económico de la ciencia. La intranquilidad es evidente: los responsables del ITER temen que “el proyecto pueda verse como un enorme fallo”. Ahora bien, imaginemos que, en un futuro indeterminado, conseguimos una reacción nuclear automantenida. ¿Tendremos la fusión en el bolsillo? No. Aunque funcione como se espera, la producción de energía deberá esperar a la puesta en funcionamiento de una planta de fusión nuclear experimental (bautizada como DEMO) con la que demostrar que la fusión es, en realidad, un negocio rentable. Viendo los plazos reales que lleva la fusión, yo esperaría a 2100 para empezar a hablar de ello.
Un final lejano, muy lejano
Curiosamente hay un tema sobre el que se pasa de puntillas y mencionarlo es como mentar a la bicha. Imaginemos que el NIF o el ITER consiguen un Q = 10. ¿Cómo convertimos toda esa energía generada en electricidad? Hasta ahora todos los diseños -sobre el papel- pasan por construir un 'envoltorio' al núcleo del reactor que recoja los neutrones que se producen y conviertan su energía cinética en calor. A este envoltorio lo llaman “La Manta”. La cuestión es muy peliaguda porque sobre este tema no sabemos prácticamente nada. Y no solo eso, sino que tampoco sabemos cómo impedir que los neutrones producidos, que son muy energéticos, no dañen o destruyan los materiales con los que está hecho el reactor. ¿Qué hacer? Ni idea, aunque para eso se ha creado la International Fusion Materials Irradiation Facility en quien se confía que encontrará materiales adecuados que resistan y hagan viable una planta nuclear comercial. Como podemos ver, la fe es una parte muy importante en el mundillo de la fusión nuclear.
Según Mohamed Abdou, director del Centro de Tecnología y Ciencia de la Fusión de la Universidad de California en Los Ángeles, “nos costará entre 30 y 75 años entender las cosas suficientemente bien para poder empezar a construir una planta operativa”. ¿Lo ves? Para empezar a hablar de la posibilidad de una fusión comercial tendremos que esperar al siglo XXII. Claro, que como buen físico nuclear, a continuación da su particular salto de fe sobre el éxito de esta empresa: “Creo que se puede hacer, pero exigirá mucho trabajo”. Y muchísimo más dinero, habría que añadir.
No es de extrañar que cada vez se escuchen más voces críticas que plantean que ni en cien años conseguiremos el anhelo de embotellar una estrella. Ojalá esos críticos se equivoquen y la fusión termonuclear controlada no acabe en el Récord Guinness como el mayor fiasco y el mayor descalabro económico de la ciencia.
