Tendencias21

La iniciativa privada revoluciona la fusión nuclear

El primer generador eléctrico de fusión nuclear está a la vuelta de la esquina: convertirá la energía del plasma en energía eléctrica con una eficiencia del 95 por ciento. Se basa en un planteamiento tecnológico innovador y es obra de la iniciativa privada.

En el artículo anterior hablamos sobre cómo China se ha puesto momentáneamente en cabeza de la carrera de la fusión nuclear.

Así ha sido gracias a sus dos récords de mantenimiento del caldo de plasma a muy alta temperatura. La materia prima y condiciones en las que, eventualmente, se conseguirá que tenga lugar la ‘ignición de la fusión nuclear’: su encendido y perpetuación autosostenida, en forma de reacción en cadena.

Los chinos, una vez más, nos demuestran su sobresaliente capacidad para acometer grandes retos unidos, todos a una.

Sin embargo, no son ellos los únicos que cuentan en todo esto. Claro que no. La carrera de la fusión nuclear es una carrera a nivel mundial y a nivel mundial se dirime.

Son muchos los países que cuentan con instalaciones experimentales cuyo objetivo es generar conocimiento en el camino que nos ha de conducir al Santo Grial de la fusión nuclear:

Alemania, Australia, Brasil, Canadá, China, Costa Rica, España, Estados Unidos, Francia, India, Italia, Japón, México (proyecto discontinuado), Pakistán, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rusia, Suiza y Ucrania. Y probablemente se hayan quedado otros cuantos países en el tintero.

Y a estos hay que añadir aquellos proyectos en consorcio internacional tales como el JET de la Unión Europea o el más ambicioso de todos ellos, el ITER. Uno de los mayores proyectos que jamás haya emprendido el ser humano y en el cual participan decenas de naciones.

Tema relacionado: El sol artificial chino se pone en cabeza de la carrera de la fusión nuclear

Pero no es esto lo que nos va a ocupar en el presente artículo, sino un hecho aun más singular y notable:

Hasta la fecha todos los proyectos de fusión habían sido de titularidad estatal. Pero esto acaba de dejar de ser así.

La empresa norteamericana Helion, de Redmond (la también patria chica de Microsoft), ha anunciado hace unos días que son, de pleno derecho, un corredor a tener en cuenta en la carrera de la fusión.

En concreto, mediante su comunicado del pasado 22 de junio, han hecho público que Trenta, su sexto prototipo de generador eléctrico de fusión, ha concluido un exitoso período ininterrumpido de pruebas de 16 meses con el hito de haber conseguido plasma a temperaturas de 100 millones de grados centrígrados.

Y la entrada de un corredor del ámbito privado es algo a aplaudir. La innovación se nutre de competencia y es mucho lo que el sector privado puede aportar ahí.

El pragmatismo empresarial de Helion se ha traducido en un enfoque innovador que podría suponer una enriquecedora vuelta de tuerca a la estrategia tecnológica hasta ahora dominante en el campo de la fusión.

Pasemos a desentrañar cuál es su novedosa visión tecnológica y por qué, indisolublemente a ello, se trata de una sana propuesta de innovación netamente empresarial.

La aproximación tecnológica convencional

Tal y como comentamos en el artículo anterior, la descripción mecanicocuántica del proceso de fusión nuclear como mecanismo que explica la vida “normal” de las estrellas fue publicada por el físico Hash Bethe en el año 1939.

Y fue ya en los años 50 que se iniciaron los intentos de llevar este conocimiento teórico a la realidad tecnológica.

Así es como apareció el diseño llamado ‘tokamak’, aun hoy por hoy casi omnipresente en el terreno de las tecnologías de fusión:

Una máquina con forma de donuts en cuyo interior se mueve circularmente plasma supercaliente apresado por fuerzas magnéticas ejercidas por los potentes electroimanes que recubren el donuts. (El término ‘tokamak’ es un acrónimo ruso que describe, tal cual, dicha configuración).

El objetivo de todo esto, el que ya conocemos:

Crear un reactor energético de fusión (un ‘Sol artificial’) que funcione de forma autosostenida. Generando tanta energía que no solo se nutre a sí mismo de las altas energías necesarias para producir una cadena de eventos de fusión, sino que, además, produce un gran excedente de energía que podemos aprovechar.

Pues bien, la clave aquí es el postulado de partida: el requisito de funcionamiento continuo (en régimen de ‘ignición’ o de reacción en cadena autosostenida).

Tal requisito implica diseñar una máquina que sea capaz de domar el plasma hipercaliente (para mantenerlo en su sitio de forma ininterrumpida) y que, simultáneamente, sea capaz de soportar el inmenso estrés térmico (millones de grados centrígrados) y de radiación (radiación electromagnética, luz, de alta energía y tormenta de neutrones) que ello conlleva.

Decenas de años después de grandes proyectos experimentales, ahí estamos.

Vamos por el buen camino. Todo indica que seremos capaces de crear tal “domador resiliente”, potente látigo (magnético) en ristre y nervios (antiestrés) bien temperados : ).

Pero, probablemente, ese colosal logro tecnológico aún se nos haya de demorar unos años. Quizás aun bastantes.

Es momento de un ‘¿y si?’

Las grandes aventuras empresariales son la crónica de un ‘¿y si?’. Lo mismito que las grandes aventuras del pensamiento. Nada de extrañar dado que los ‘¿y si?’ son la columna vertebral de la innovación.

¿Y si… (decimos) obviamos el requisito de funcionamiento continuo?

O, en otras palabras:

¿Acaso es el régimen de ignición imprescindible para crear excedente energético mediante fusión nuclear (que, al fin y al cabo, es el propósito último de todo el asunto)?

Y, en efecto, puede que no sea así.

Y esa es, a mi entender, la intuición central detrás de la empresa Helion y lo que les ha permitido reformular el problema de la fusión para llevarlo al terreno de lo que posiblemente es viable a corto o medio plazo, así como empresarialmente rentable.

El enfoque de Helion, pelín diferente

Por tanto, el punto de partida de Helion ha sido imaginar un generador energético de fusión que, en vez de funcionar en régimen ininterrumpido (como nuestro ‘domador resiliente’ : ), funcionase de forma pulsante (venga… un ‘corazón de fusión’ : )).

Tal artilugio, supuesto que fuese capaz de generar excedente de energía, esquivaría buena parte de los grandes problemas tecnológicos con los que se topa la fusión. Los arriba comentados: controlar de forma continuada el plasma hipercaliente y soportar los inmensos y también continuos estreses térmico y de radiación.

Y seis generaciones de prototipos después, los “helionitas” nos dicen que su visión está arrojando resultados prometedores.

Ahora bien, a esto les podríamos responder: “Ustedes hacen trampas, señores… Realmente, ¡no han creado un ‘reactor de fusión’!”.

Y es cierto. No han creado un ‘reactor’ por el sencillo hecho de que no han creado una vasija en la que tenga lugar una reacción de forma continuada (que no otra cosa es un ‘reactor’).

Pero qué demonios importa eso si igualmente llegan a conseguir el propósito, producir grandes cantidades de energía.

Podríamos tildarlos de falta de elegancia por no resolver el problema de forma completa. Pero al hacerlo estaremos perdiendo nuestra capacidad para apreciar la belleza que encierra el pragmatismo de su enfoque.

Al fin y al cabo, si han obviado la solución en su forma completa (funcionamiento continuado) es porque sus posibilidades de éxito eran exiguas.

¿¡Cómo una empresa privada de reciente creación iba a ser capaz de conseguir lo que decenas de grandes proyectos estatales no han conseguido en decenios!?

Por tanto, han hecho lo único empresarialmente sensato (y, de hecho, sensato en general): Romper con el dogma metodológico imperante para encontrar, si su intuición era certera, un atajo realizable.

Un camino incierto pero inexplorado ofrece más posibilidades para marcar la diferencia que un camino concurrido y difícil. La dificultad del segundo y el carácter inexplorado del primero son los factores que determinan que exista un nicho de oportunidad darwiniana.

Bello pragmatismo divergente. Buen ejemplo de innovación empresarial como Dios manda. ¿No le parece?

El ‘corazón de fusión’: un generador de fusión pulsante en ciclo cerrado

En definitiva, lo que esta gente ha propuesto es reformular el problema:

Dejar de concebir un generador de fusión como ‘reactor’ (máquina continua) y vislumbrarlo más como un ‘acelerador’ (máquina discontinua).

Y con ello han diseñado un generador energía que la genera por pulsos, mediante un ciclo que se repite.

Para ilustrar esto sin esoterismos podemos recurrir a su semejanza con algo mucho más mundano: el motor de combustión interna de un coche.

Tal motor funciona generando movimiento continuo (circular) a partir del movimiento discontinuo (lineal) que se produce en sus cilindros y que operan en un ciclo de cuatro tiempos que se repite una y otra vez.

Estos tiempos se nombran por lo que en cada uno de ellos se hace con el combustible: 1) admisión, 2) compresión,3) explosión y 4) expansión-escape.

(A modo de recordatorio, un pildorazo sobre los motores de combustión: 1) en la ‘admisión’ se introduce el combustible en el cilindro; 2) durante la ‘compresión’ se prepara éste para la combustión; 3) en la ‘explosión’ tiene lugar dicha combustión, esto es, la conversión de la energía química que contenía el combustible en agitación térmica de los productos de la combustión; y 4) en la ‘explosión-escape’ se realiza, primero, la conversión de esta agitación térmica en energía mecánica en forma de un discontinuo movimiento lineal del pistón que, gracias al sistema de transmisión, se convierte a su vez en un movimiento circular continuo y, después, la restitución del cilindro a su estado inicial para que el ciclo pueda volver a empezar).

Pues bien, la máquina propuesta por Helion funciona de forma análoga. Llamativamente, ¡muy análoga!

Si bien, tengamos presente que no hablamos aquí de una máquina que, como el motor de combustión, convierte energía química (almacenada en los estados cuánticos de los electrones de las moléculas) en mecánica, sino de una que convierte energía nuclear (almacenada en los estados cuánticos de las partículas de los núcleos atómicos) en electricidad. Y que, además, hace esto con nula liberación de CO2 y mínima producción de otros contaminantes.

Dicho esto, resulta que Trenta, su generador eléctrico de fusión, opera mediante un ciclo repetido que resulta también constar de cuatro tiempos.

Es más, su paralelismo funcional con los tiempos de un motor de combustión es tan grande que resulta divertido.

Concretamente, Trenta consiste en un recipiente con forma de reloj de arena con un ensanchamiento en su parte central (por tanto, formado por tres espacios conectados).

En dicho recipiente se repite un ciclo cuyos tiempos, según lo que en cada uno de ellos hacemos con el plasma, son: 1) formación, 2) aceleración, 3) colisión-compresión-fusión y 4) expansión.

La siguiente ilustración desglosa y explica este ciclo.

Elaboración del autor a partir de una colección de imágenes extraídas de la animación en el sitio web de Helion (utilizadas con su permiso).

Y a todo esto aun han añadido dos elementos, a modo de cruciales sal y pimienta tecnológicas. El segundo de ellos, por cierto, netamente innovador.

En primer lugar, en la fase de ‘formación’ utilizan una configuración magnética llamada Field Reversed Configuration (FRC). Esta consiste en conseguir que, en buena medida, el plasma se autoconfine a sí mismo (en virtud de su propio campo magnético) y, con ello, permite reducir la complejidad y el estrés térmico de la máquina.

Por su parte, en la fase de ‘expansión’ es en la que convierten la energía que residía en el plasma de átomos ligeros (en forma de energía nuclear, como ya hemos dicho). Y, para ello, no recurren al método habitual, sino a uno que se han sacado de la chistera (o, más bien, de lo que tienen dentro de ella).

Lo habitual es recurrir a un circuito de agua que la reacción calienta y que, tras ello, primero utilizamos para generar energía mecánica (movimiento de una turbina) y después, por fin, para generar energía eléctrica a partir de esa energía mecánica (mediante una bobina, un motor eléctrico funcionando al revés).

Por el contrario, lo que hace Trenta es convertir la energía que el plasma adquiere en virtud de la fusión, directamente, en energía eléctrica. Y gracias a ello, dicen, obtienen eficiencias energéticas espectaculares de un 95 % (¡!).

Esto se basa en el hecho de que el plasma es un fluido de partículas cargadas y, por tanto, su repentino movimiento de expansión (alimentado por la energía producida en la fusión) produce un violento cambio en el campo magnético que puede ser directamente convertido en energía eléctrica (tal y como dicta la casi bicentenaria Ley de Inducción de Faraday), sin intermediación de agua.

Es hora de estar atentos

Por supuesto, la innovación en ámbito empresarial se diferencia de la innovación en ámbito académico en su gestión del conocimiento. Mientras en la segunda prima la publicación y reproducibilidad de las investigaciones, en la primera el conocimiento está subordinado a la cuenta de resultados empresarial y, por tanto, se protege.

En consecuencia, es evidente, debemos ser cautos y no dar credibilidad ciega a las declaraciones de Helion. Dicho lo cual, es mi firme deseo que sus resultados sean ciertos y que les conduzcan al éxito.

Sería magnífico que se convirtiesen en los primeros en patentar el generador eléctrico de fusión nuclear plenamente funcional del mundo.

Muy probablemente su montaje nos dará menos potencia energética que la que podremos llegar a obtener mediante un reactor de fusión con ignición (la “solución completa”, la reacción continua).

Pero supondrá un magnífico estado intermedio para empezar a utilizar la fusión como fuente de energía mientras seguimos investigando cómo construir nuestro ‘domador resiliente’.

Y eso nos permitirá ir reduciendo la brutal dependencia fósil de nuestro mix energético actual (80 % del total) e irla sustituyendo por energía sin huella de carbono y medioambientalmente infinitamente más sostenible.

Porque depender de las energías fósiles es como fumar, mantener una civilización humana en un tabaquismo crónico y cancerígeno, mientras que nutrirnos de fusión nuclear sería como conseguir energía haciendo vahos.

Imagen superior: Oleg Gamulinskiy en Pixabay

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado es físico, informático y máster en gestión de la innovación. Trabaja como asesor de innovación. Es experto en tecnologías blockchain y formador/divulgador tecnológico.

2 comentarios

  • La Ciencia avanza gracias a las personas que no tienen miedo del «y si ?». Y si el éter no existe? Y si electricidad y magnetismo son dos caras de la misma moneda? Y si la manzana cae atraída por alguna fuerza? Y si soy capaz de diseñar aparatos cómo se.ven en Star Trek?
    El único problema que le veo a la inversión privada, es que -como es natural- querrán recuperar sus inversiones, y en vez de poner el aparato al servicio de la Humanidad lo harán al servicio de su compañía. La lógica dicta que si logras un suministro casi inagotable de energía, la energía debería ser más barata. Pero está demostrado que la lógica no siempre se lleva bien con el dinero.

    • ¿Y cómo van a conseguir vender en el mercado la energía más cara que en la actualidad? ¿Y cómo van a conseguir mantener rentabilidades altas y a la vez impedir que entre competencia en el sector al darse esta cuenta de dichas rentabilidades?

      La economía también es una ciencia, y no se debería opinar tan alegremente de una ciencia que se desconoce.