Una excitación nerviosa flota en el aire. Media docena de científicos se sientan detrás de las pantallas de las computadoras, pasando de un panel a otro mientras hacen comprobaciones de última hora. “Ve y haz que el arma sea peligrosa”, le dice uno de ellos a un técnico, que se cuela en una cámara adyacente. Suena un pitido bajo. “Listo”, dice la persona que ejecuta la prueba. La sala de control se queda en silencio. Entonces, bum.
Al lado, 3 kg de pólvora han comprimido 1.500 litros de hidrógeno a 10.000 veces la presión atmosférica, lanzando un proyectil por el cañón de 9 metros de un cañón de gas ligero de dos etapas a una velocidad de 6,5 km por segundo, unas 10 veces más rápido que una bala de un rifle.
En los monitores, los científicos están revisando la siguiente etapa, cuando el proyectil se estrella contra el objetivo: un pequeño bloque transparente cuidadosamente diseñado para amplificar la fuerza de la colisión. El proyectil debe dar en el blanco perfectamente al ras. La más mínima rotación corre el riesgo de descarrilar la física cuidadosamente calibrada.
“Gracias a Dios”, exclama uno de los técnicos, luego de revisar un video del impacto de la artillería científica. Fue el tiro perfecto.
Los que estaban en la sala de First Light Fusion, en un parque empresarial en las afueras de la ciudad inglesa de Oxford, acababan de presenciar otro paso esperanzador en una misión de 60 años para responder a uno de los problemas más complejos de la ciencia: cómo aprovechar la reacción de fusión. que alimenta al sol para generar electricidad limpia e ilimitada en la Tierra.
El potencial de la energía de fusión, cuyo pionero fue la Unión Soviética, ha tentado a los científicos durante décadas, pero siempre ha parecido fuera de su alcance.
“La fusión es probablemente el mayor desafío técnico que la humanidad jamás haya enfrentado”, dice Arthur Turrell, cuyo libro The Star Builders describe el esfuerzo de décadas de ingenieros, físicos y matemáticos para lograr lo que algunos Todavía creo que es imposible. “Qué tan cerca esté no depende del tiempo, sino de la voluntad, la inversión y el compromiso de los recursos para llegar allí”.
Un número cada vez mayor de empresas privadas, incluida First Light, ahora esperan comercializar esos años de investigación pública demostrando que la energía de fusión puede funcionar y conectándola a la red tan pronto como en la década de 2030.
A diferencia de la fisión nuclear cuando los átomos se dividen, la fusión no produce desechos radiactivos significativos y nunca podría resultar en un accidente nuclear, como el de Chernobyl. Los insumos químicos más eficientes para la fusión (deuterio y tritio) también están ampliamente disponibles.
Un solo vaso del combustible creado por el proceso tiene el potencial energético de 1 millón de galones de petróleo y podría generar, dependiendo del enfoque de fusión, hasta 9 millones de kilovatios hora de electricidad, suficiente para alimentar una casa durante más de 800 años, estiman los científicos.
Esas características, dicen sus defensores, significan que la fusión, al proporcionar electricidad barata e ilimitada con cero emisiones, realmente podría salvar al mundo.
"No podría ser más optimista", dice el capitalista de riesgo de Silicon Valley, Sam Altman, quien recientemente invirtió $375 millones en la empresa emergente de fusión estadounidense Helion. “Además de ser nuestro mejor camino para salir de la crisis climática, la energía menos costosa es transformadora para la sociedad”.
Una idea de la era soviética, tomada en privado
Los físicos soviéticos desarrollaron la primera máquina de fusión en la década de 1950 utilizando un enfoque conocido como fusión por confinamiento magnético. El tokamak, abreviatura en ruso de cámara toroidal con bobinas magnéticas, permitió que un plasma de deuterio y tritio, ambos isótopos de hidrógeno, se mantuviera en su lugar mediante potentes imanes y se calentara a temperaturas más altas que el sol para que los núcleos atómicos se fusionen, creando helio. y liberando energía en el proceso.
El problema es que, si bien los científicos se han vuelto expertos en fusionar los dos isótopos, el tokamak soviético y todos los demás sistemas de fusión desarrollados desde entonces requieren una gran cantidad de energía. Y en más de medio siglo de intentos, ningún grupo ha sido capaz de generar más energía a partir de una reacción de fusión que la que consume el sistema.
“¿Cuándo obtendremos electricidad de la fusión? ¿Quién diablos sabe? dice Steven Krivit, un escritor científico que durante 20 años ha sido un observador crítico de los falsos comienzos de la energía de fusión. “Hasta que veamos a alguien entregando electricidad de manera rentable, todavía estamos haciendo ciencia, no estamos haciendo tecnología”.
Pero después de una serie de avances en los sectores público y privado en los últimos seis meses, algunos participantes de la industria tienen muchas más esperanzas. En mayo, en China, una máquina conocida como East, el Tokamak superconductor avanzado experimental, logró mantener una reacción de fusión a 120 millones de grados centígrados durante un récord de 101 segundos. Las temperaturas de más de 100 m C generalmente requeridas para la fusión por confinamiento magnético se habían alcanzado antes, pero nunca se mantuvieron durante tanto tiempo.
Luego, en septiembre, una empresa nueva con sede en Boston demostró el uso de un superconductor de alta temperatura para generar un campo magnético mucho más fuerte que un tokamak tradicional. El grupo Commonwealth Fusion Systems, que surgió del Instituto de Tecnología de Massachusetts, cree que el descubrimiento le permitirá fabricar una máquina de fusión más eficiente que será más pequeña, más barata y más viable como fuente comercial de energía.
Bob Mumgaard, director ejecutivo de CFS, compara el avance con la evolución de la informática. “Las computadoras, cuando tenían tubos de vacío, ocupaban habitaciones enteras. Luego, cuando tenían transistores, podías hacer las computadoras más pequeñas y, de repente, las personas que no estaban haciendo computadoras podían hacer computadoras”, dice.
"Fusion tiene tantos atributos realmente deseables, si piensas en lo que se requiere para que el mundo entero viva de la forma en que las personas merecen vivir y también para tener un planeta habitable", dice. El próximo paso hacia la producción de energía es la construcción de una planta de demostración llamada Sparc, de aproximadamente la mitad del tamaño de una cancha de tenis, que CFS espera que alcance energía neta para 2025 y luego una central eléctrica comercial en la década de 2030.
"Utilizamos ciencia conocida, con nueva ingeniería y nuevos materiales", dice Francesca Ferrazza, física de la petrolera italiana Eni, que ha colaborado con el MIT desde 2008 y es el mayor inversor externo en CFS. “La ambición sería ser un jugador en el campo [de la energía de fusión] con una presencia sustancial en varias partes de la cadena de valor”, dice.
"La fusión está llegando, más rápido de lo que espera", dice Andrew Holland, director ejecutivo de la Asociación de la Industria de la Fusión recién formada, que cuenta con 35 y sigue creciendo el número de empresas privadas en el sector en todo el mundo.
Una espera paciente
La participación privada en el sector es relativamente nueva. En la segunda mitad del siglo XX, los consorcios públicos internacionales avanzaron en la investigación de la fusión y los proyectos más grandes del mundo siguen estando financiados por el gobierno.
El Departamento de Energía de EE. UU. ayudó a establecer el Centro de Fusión de Plasma del MIT, ahora el Centro de Ciencia y Fusión de Plasma, en 1976 en respuesta a la crisis del petróleo y el aumento de los precios. El Joint European Torus, que sigue siendo el tokamak más avanzado del mundo, se inauguró en Culham, un pueblo al sur de Oxford, en 1984. Luego, en 1985, el presidente estadounidense Ronald Reagan y Mikhail Gorbachev, su homólogo soviético, acordaron cooperar en ITER: el Reactor Experimental Termonuclear Internacional, el proyecto de fusión nuclear más grande del mundo, para aliviar las tensiones de la guerra fría.
Algunos expertos creen que es más probable que ITER produzca energía neta primero, pero el proyecto, una colaboración entre 35 países que sigue en construcción en Francia casi 40 años después a un costo estimado de más de $ 20 mil millones, se ha convertido en un sinónimo por el progreso de los glaciares.
“Ninguna de las empresas privadas de fusión estaría aquí hoy sin la ciencia que se desarrolló en el programa ITER”, dice Christofer Mowry, director ejecutivo de General Fusion de Canadá. “Pero el costo y el cronograma de ITER no deben usarse como punto de referencia de lo que se necesita para desarrollar y comercializar la energía de fusión”.
Mowry, quien se unió a la empresa respaldada por Jeff Bezos en 2017, está seguro de que será el sector privado el que haga realidad la energía de fusión. Lo compara con el papel que ha jugado SpaceX de Elon Musk en el avance de las perspectivas de acceso comercial al espacio.
“SpaceX no inventó la ciencia de los cohetes. Se necesitaron 50 años de investigación, se roció un poco de estas tecnologías modernas y se hizo un Apolo mejor, más rápido y más barato”, dice, refiriéndose al programa de la agencia espacial estadounidense.
El enfoque de General Fusion, al que llama fusión de objetivo magnetizado, es inusual porque se diseñó pensando en una planta de energía comercialmente viable, dice Mowry. Utiliza una serie de pistones accionados por vapor para comprimir rápidamente el plasma a condiciones de fusión y una pared de metal líquido para absorber el calor de la reacción, que luego se utiliza para producir vapor para impulsar un generador de turbina. La construcción de su primera planta de demostración está programada para comenzar el próximo año, también en Culham, y se completará en 2025.
En total, las empresas privadas de fusión han recaudado 2300 millones de dólares en inversiones, según la asociación de la industria. Más de una quinta parte de esa financiación fue recaudada este mes por Helion de Altman, que utiliza otro enfoque que llama fusión pulsada sin ignición. Implica elevar la temperatura del combustible a 100 m C en un "acelerador de plasma" en forma de mancuerna de 40 pies de ancho y seis pies de alto para capturar la energía a medida que la reacción se expande y empuja el campo magnético del sistema.
Mowry argumenta que la variedad de enfoques es una de las fortalezas del sector emergente. “La industria privada acepta más riesgos para ir más rápido y más barato”, dice. “Eso significa que no todos los tiros entrarán, pero el mundo no necesita que entren todos”.
Un sector contaminado
En First Light en Oxford, las esperanzas de los científicos no están puestas en la pistola de gas, que se usa para probar la ciencia pero no será parte del futuro sistema de energía, sino en en el objetivo utilizado para albergar el combustible de deuterio-tritio y amplificar el impacto del proyectil.
La hipótesis de First Light, basada en la teoría de la fusión por confinamiento inercial, es que al disparar un proyectil al objetivo a velocidades superiores a los 20 km por segundo (suficiente para viajar de Londres a Nueva York en 4 minutos), pueden crear suficiente energía para obligar al deuterio y al tritio a fusionarse, vaporizando el objetivo, mientras genera la energía equivalente a quemar 10 barriles de petróleo.
Fundada por el director ejecutivo de 36 años, Nicholas Hawker, y su exprofesor de física, Yiannis Ventikos, First Light es cauteloso con respecto a la composición y el diseño del objetivo, que la empresa mantiene celosamente vigilados. La réplica en su sede, un cubo transparente, de poco más de un centímetro de ancho, que encierra dos cápsulas esféricas, parece un accesorio de una película de superhéroes.
"Es la cápsula de espresso definitiva", dice Hawker, y explica que First Light espera fabricar y vender los objetivos a futuras plantas de energía, construidas según su diseño, que necesitarían vaporizar una cada 30 segundos para generar energía continua. Se sintió atraído, dice, por “trabajar más allá del límite del conocimiento humano”.
Sin embargo, es exactamente esta complejidad lo que hace que las afirmaciones sean difíciles de verificar y ha contaminado al sector.
En 1951, en el apogeo de la Guerra Fría, Juan Perón, presidente de Argentina, convenció al mundo de que sus científicos habían aprovechado la energía de fusión, lo que generó titulares en los periódicos de todo el mundo. El combustible de fusión pronto estaría disponible, como la leche, dijo, en botellas de medio litro. Casi cuatro décadas después, en 1989, dos químicos de la Universidad de Utah dijeron que habían podido fusionar núcleos a temperatura ambiente en una celda electroquímica simple en una mesa de laboratorio, afirmación que se deshizo en semanas.
Este tipo de incidentes siguen afectando a la industria. Krivit, el escritor científico, argumenta que hasta que un grupo demuestre que puede generar electricidad a partir de una reacción de fusión, los posibles inversionistas deben tratar las afirmaciones de las empresas privadas con escepticismo.
Sin duda, se están logrando avances, incluso en la Instalación Nacional de Ignición del gobierno de EE. UU., donde en agosto los científicos usaron 192 láseres para generar una reacción de fusión que parece haber estado más cerca de lograr energía neta.
“Fue el mayor avance en fusión durante literalmente décadas”, dice Turrell, y agrega que lograr que la energía de fusión entre en la red en 2030 es una “gran ambición”.
"Pero si llegan allí en 2040, seguirá siendo una gran victoria para el mundo", añade. “E incluso si llegan allí después de 2050 y el mundo [ya] ha alcanzado el cero neto, seguirá siendo una gran victoria para la humanidad porque necesitamos una cartera de fuentes de energía”.
En esa etapa, dice Turrell, la fusión podría usarse para impulsar sistemas de captura de carbono que consumen mucha energía y permitir que el mundo comience a revertir, en lugar de frenar, algunos de los daños ambientales provocados por el cambio climático.
Hawker se hace eco de esa opinión. Las fuentes de energía renovable existentes, en particular la energía eólica y solar, se pueden ampliar para reemplazar los combustibles fósiles, pero también tendrán dificultades para cumplir con los aumentos previstos en la demanda de energía debido a la electrificación del sistema energético mundial y al aumento del consumo de energía en los países en desarrollo, dice.
En 2050, el mundo necesitará 12 veces más electricidad limpia que la que se produce hoy en día, dice, citando el trabajo del autor climático Solomon Goldstein-Rose. "Cualquier cosa que tengamos que se agregue a la imagen existente es algo grandioso", dice Hawker, "y deberíamos estar haciéndolo a la máxima velocidad".
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