{"id":206,"date":"2022-08-23T16:41:08","date_gmt":"2022-08-23T16:41:08","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.sindominio.net\/colapsando\/?p=206"},"modified":"2022-08-23T18:44:19","modified_gmt":"2022-08-23T18:44:19","slug":"sobre-fusion-y-transicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.sindominio.net\/colapsando\/sobre-fusion-y-transicion\/","title":{"rendered":"SOBRE FUSI\u00d3N Y TRANSICI\u00d3N"},"content":{"rendered":"\n

Cuando hablamos del posible colapso de ciertas estructuras que conforman la civilizaci\u00f3n actual, el \u00e1mbito donde m\u00e1s claro se vislumbra la cercan\u00eda del mismo es el energ\u00e9tico. El declive de la disponibilidad de petr\u00f3leo, es decir, la reducci\u00f3n de su flujo diario, es innegable desde que se comprob\u00f3 la validez del modelo de Hubbert, que describe la evoluci\u00f3n en el tiempo del n\u00famero de barriles diarios que pueden extraerse de un yacimiento petrol\u00edfero. Este modelo se puede extrapolar para analizar la capacidad productiva de varios yacimientos en conjunto. En 1956, Marion King Hubbert present\u00f3 un estudio sobre la evoluci\u00f3n de la extracci\u00f3n de petr\u00f3leo de todo EEUU, en el que se preve\u00eda su cenit para principios de los a\u00f1os 70 y su declive a partir de ese momento. Cuando lleg\u00f3 esa fecha, los hechos demostraron la validez del modelo. Aplic\u00e1ndolo a la producci\u00f3n mundial, se obtiene una gr\u00e1fica como la de la figura 1, en la que aparecen el n\u00famero de barriles extra\u00eddos anualmente, tanto en su cantidad total, como neta, es decir, restando aquellos que se gastan en la propia extracci\u00f3n de petr\u00f3leo.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 1. Evoluci\u00f3n del flujo anual de barriles de petr\u00f3leo en el mundo.<\/p>\n\n\n\n

La Agencia Internacional de la Energ\u00eda (AIE) inform\u00f3 que el pico de extracci\u00f3n de petr\u00f3leo convencional se produjo en 2006, dato que coincide bastante bien con esta gr\u00e1fica, seg\u00fan la cual, el declive de extracci\u00f3n de petr\u00f3leo ser\u00e1 muy acentuado en los pr\u00f3ximos a\u00f1os. En el informe de la AIE de 2018, este organismo manda un mensaje a la industria petrolera, alertando que si no se aumentan las inversiones en la b\u00fasqueda de nuevos yacimientos, inversi\u00f3n que se viene reduciendo (por su escasa rentabilidad) desde 2014, la producci\u00f3n de petr\u00f3leo puede reducirse a la mitad en fechas tan cercanas como 2025.<\/p>\n\n\n\n

TRANSICI\u00d3N, PERO \u00bfEN QU\u00c9 SENTIDO?<\/p>\n\n\n\n

Las evidencias sobre el declive de la extracci\u00f3n de petr\u00f3leo son tan abundantes que hacen que cada vez queden menos personas que ignoren este tema, al igual que cada vez hay menos negacionistas sobre el cambio clim\u00e1tico. Estas dos cuestiones, petr\u00f3leo descendente y calentamiento global ascendente, est\u00e1n relacionadas por ser la quema de petr\u00f3leo una gran contribuidora al efecto invernadero.<\/p>\n\n\n\n

Las primeras investigaciones sobre el efecto invernadero y su influencia sobre el clima se iniciaron en el siglo XIX y, a lo largo de los a\u00f1os, han ido corroborando que estamos en un proceso de cambio clim\u00e1tico, provocado por las emisiones de gases de efecto invernadero de origen antr\u00f3pico, sobre todo, el CO2 producido por el uso masivo de combustibles f\u00f3siles. Estos estudios ponen de manifiesto la necesidad de reducir la emisi\u00f3n de gases de efecto invernadero, pues su influencia sobre el clima amenaza con producir desajustes que pueden provocar problemas, como sequ\u00edas prolongadas, lluvias torrenciales, reducci\u00f3n de cosechas agr\u00edcolas e incluso que, en algunas zonas del planeta, se alcancen unos niveles de temperatura y humedad ambiental incompatibles con la vida humana.<\/p>\n\n\n\n

Esta situaci\u00f3n ha provocado reacciones tanto en el \u00e1mbito gubernamental, como en las iniciativas populares. Entre estas \u00faltimas destaca el movimiento de Ciudades en transici\u00f3n (Transition Towns) iniciado en 2005, en Totnes, Inglaterra, por iniciativa de Rob Hopkins y Naresh Giangrande. Este movimiento trata de modificar el funcionamiento de ciudades y pueblos fundament\u00e1ndose en tres principios b\u00e1sicos, las tres erres: resiliencia, relocalizaci\u00f3n y regeneraci\u00f3n. Su objetivo es avanzar hacia un modo de vida m\u00e1s eficiente, a trav\u00e9s de proyectos como monedas sociales, bancos de tiempo, peque\u00f1os negocios locales, etc., introduciendo conceptos como soberan\u00eda alimentaria y energ\u00e9tica, autogesti\u00f3n, sustentabilidad y con un claro prop\u00f3sito de reducir el consumo de recursos, desde un enfoque de simplicidad voluntaria.<\/p>\n\n\n\n

En cuanto a la reacci\u00f3n institucional, la cuesti\u00f3n se plantea por primera vez en 1992, cuando se celebra la Cumbre de la Tierra en R\u00edo de Janeiro. Desde esa cumbre se suceden otras en Kyoto (1997), Copenhague (2009), Varsovia (2013), Par\u00eds (2015), Chile\/Madrid (2019) y Glasgow (2021). En la figura 2 se muestra la evoluci\u00f3n de las emisiones de CO2 y c\u00f3mo han influido las sucesivas cumbres en dichas emisiones.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 2. Emisiones de CO2 e influencia de las cumbres del clima sobre ellas.<\/p>\n\n\n\n

A la vista de la gr\u00e1fica, no parece que las medidas tomadas en las cumbres del clima hayan tenido resultados satisfactorios en la reducci\u00f3n de emisiones de CO2. As\u00ed que no parece que el desajuste clim\u00e1tico sea suficiente motivaci\u00f3n para que los gobiernos tomen medidas eficaces a este respecto. Sobre todo, porque a diferencia de las iniciativas populares, la transici\u00f3n promovida por los gobiernos no contempla la opci\u00f3n de un decrecimiento econ\u00f3mico.<\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, una transici\u00f3n energ\u00e9tica, va a suponer una novedad hist\u00f3rica, ya que la aparici\u00f3n de una nueva fuente de energ\u00eda, normalmente no ha supuesto una sustituci\u00f3n de las que se usaban antes, como se refleja en la figura 3, si no m\u00e1s bien una suma a las que ya hab\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 3. Consumo mundial de energ\u00eda de diferentes fuentes en toneladas equivalentes de petr\u00f3leo.<\/p>\n\n\n\n

Tenemos por tanto dos problemas, que aunque desde \u00e1mbitos diferentes, uno en el lado de la disponibilidad de recursos y otro en el de la contaminaci\u00f3n, convergen en una conclusi\u00f3n: se impone un cambio en el modelo energ\u00e9tico hacia uno que no cuente con el petr\u00f3leo entre sus ingredientes. Ante esto hay dos posturas: la de quienes asumen una reducci\u00f3n en el consumo de energ\u00eda, entendiendo que se puede asumir una sobriedad voluntaria, que no tiene porque suponer una merma en la satisfacci\u00f3n de las necesidades humanas y que incluso es una oportunidad para mejorar nuestro modo de vida; y la que plantea una b\u00fasqueda desesperada de nuevas fuentes de energ\u00eda que permitan mantener los niveles crecientes de consumo.<\/p>\n\n\n\n

Desde la segunda postura, la que pretende mantener el modelo crecentista actual, las esperanzas est\u00e1n puestas en los avances tecnol\u00f3gicos: eficiencia energ\u00e9tica, desmaterializaci\u00f3n de la econom\u00eda, mecanismos de captura de CO2, el hidr\u00f3geno como vector energ\u00e9tico, sistemas de energ\u00edas renovables, etc.<\/p>\n\n\n\n

OPCIONES DE LA ENERG\u00cdA NUCLEAR<\/p>\n\n\n\n

Un campo en el que las personas tecno-optimistas tienen puestas muchas esperanzas es el de las tecnolog\u00edas nucleares, pues las cantidades de energ\u00eda que se liberan en las reacciones a nivel del n\u00facleo at\u00f3mico, son mucho mayores que las que dependen de las interacciones gravitatorias y electromagn\u00e9ticas.<\/p>\n\n\n\n

Para hacernos una idea de la cantidad de energ\u00eda que se maneja en los enlaces nucleares, por ejemplo, tenemos que un gramo de uranio 235, cuyos n\u00facleos se fisionan (se dividen en otros m\u00e1s peque\u00f1os), puede liberar unos 80.000 millones de julios (J, unidad de energ\u00eda del Sistema Internacional); mientras un gramo de petr\u00f3leo, al quemarlo, solo produce alrededor de 36.000 J, o sea que la cantidad es m\u00e1s de 2 millones de veces superior en una fisi\u00f3n nuclear que en una reacci\u00f3n de combusti\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Si pensamos en el hidr\u00f3geno, la energ\u00eda de enlace de 2 \u00e1tomos de dicho elemento, unidos qu\u00edmicamente para formar una mol\u00e9cula de H2 es de 4,5 electr\u00f3n-voltios (eV, unidad de energ\u00eda que se usa cuando se manejan cantidades muy peque\u00f1as, como aqu\u00ed que hablamos de solo dos \u00e1tomos); por otro lado, si los n\u00facleos de esos dos \u00e1tomos se hubieran unido para formar helio, habr\u00edan liberado una energ\u00eda de unos 7 millones de eV, as\u00ed que tambi\u00e9n cuando se fusionan los n\u00facleos at\u00f3micos tenemos valores de energ\u00eda m\u00e1s de un mill\u00f3n de veces superiores a los de las reacciones qu\u00edmicas.<\/p>\n\n\n\n

La explicaci\u00f3n a tal cantidad de energ\u00eda liberada reside en que el interior del n\u00facleo existe una potente fuerza, que es necesaria para explicar su composici\u00f3n, ya que en \u00e9l se encuentran los protones de carga positiva que tienden a repelerse, y que as\u00ed har\u00edan si no fuera por esta fuerza nuclear, que es muy superior a la electrost\u00e1tica de repulsi\u00f3n. En los \u00e1tomos con n\u00facleos muy pesados, al haber muchos protones, la fuerza de repulsi\u00f3n entre ellos se hace muy grande y eso le permite competir con la energ\u00eda nuclear fuerte (una de las dos interacciones nucleares, a la otra se la llama d\u00e9bil).<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed pues, en \u00e1tomos muy pesados, es factible provocar su ruptura, que incluso se puede producir de manera espont\u00e1nea. Uno de estos materiales es el uranio, del que existen varios is\u00f3topos (distintas versiones que se diferencian por el n\u00famero de neutrones) todos ellos con 92 protones, pero algunos con m\u00e1s neutrones, como el uranio 238 (U238) y otros con menos, como el U235. Ambos pueden romperse espont\u00e1neamente, en un \u00e1tomo de helio y otro de torio, pero en ese aspecto, el U235 es m\u00e1s activo. Por eso, desde que se form\u00f3 la tierra, ambos han ido desapareciendo, pero mientras que del U238 queda un 50 % del original, del U235 solo queda un 1%.<\/p>\n\n\n\n

Como el uranio es un material que se encuentra en una cantidad finita, hay que contar con las reservas que hay, para conocer su proyecci\u00f3n de cara al futuro. En la figura 4 se muestra el consumo de uranio a lo largo de los a\u00f1os y las previsiones a futuro.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 4. Curva de extracci\u00f3n de uranio y perspectivas de futuro.<\/p>\n\n\n\n

Se est\u00e1 investigando en la utilizaci\u00f3n de otros materiales fisibles, en el enriquecimiento del uranio gastado en las centrales para que resulte \u00fatil otra vez, nuevos modelos de centrales, etc. Pero teniendo en cuenta que las centrales nucleares aportan alrededor del 10% de la electricidad mundial (un 2% de la energ\u00eda primaria total); a la vista de la gr\u00e1fica; considerando que la AIE reconoci\u00f3 el pico del uranio en 2016 y su posible escasez para 2025; por mucho que mejore la tecnolog\u00eda, no es previsible una transici\u00f3n energ\u00e9tica con mucha presencia de centrales nucleares.<\/p>\n\n\n\n

Pero si no hay muchas espectativas para la fisi\u00f3n nuclear, \u00bfqu\u00e9 pasa con la fusi\u00f3n? Ah\u00ed es donde ponen su esperanza la mayor\u00eda de personas tecno-optimistas y es lo que vamos a analizar a continuaci\u00f3n. Para empezar, comentar que cuando antes se han citado las centrales nucleares, no ha hecho falta especificar que se trataba de centrales de fisi\u00f3n, porque de fusi\u00f3n, a\u00fan no hay ninguna, todos los proyectos est\u00e1n en la fase de investigaci\u00f3n, incluido el ITER, que es el de mayor presupuesto y sobre el que centraremos el an\u00e1lisis.<\/p>\n\n\n\n

EL PROBLEMA DE LA BARRERA DE POTENCIAL<\/p>\n\n\n\n

Antes de entrar en los desaf\u00edos tecnol\u00f3gicos que hay que superar para llegar a tener la primera central de fusi\u00f3n, es interesante entender un concepto que explica por qu\u00e9, conoci\u00e9ndose casi a la vez la teor\u00eda f\u00edsica que describe ambos procesos, las centrales de fisi\u00f3n empezaron a funcionar unos a\u00f1os despu\u00e9s de entender la radiaci\u00f3n nuclear, mientras que a la primera central de fusi\u00f3n, siempre le quedan 50 a\u00f1os para estar lista (que es el chascarrillo t\u00edpico que se dice sobre esta tecnolog\u00eda).<\/p>\n\n\n\n

En los sistemas de producci\u00f3n de energ\u00eda basados en combustible (deber\u00edamos decir transformaci\u00f3n de energ\u00eda porque esta no se puede crear, solo cambiar de forma, pero como se usa habitualmente, aqu\u00ed tambi\u00e9n lo haremos, aunque con esta idea presente), siempre hay una barrera llamada de potencial, que sujeta la reacci\u00f3n y que nos permite elegir el momento de su uso. Si no hubiera una barrera de potencial en un tronco de le\u00f1a, este arder\u00eda espont\u00e1neamente. Para que se inicie el proceso de emisi\u00f3n, hay que aportar la energ\u00eda suficiente para superar la barrera de potencial y, a partir de ah\u00ed, la propia emisi\u00f3n de energ\u00eda de una parte del combustible, sirve para que se siga produciendo la que se denomina reacci\u00f3n en cadena. En la figura 5 se muestra un esquema intuitivo para entender los conceptos de barrera de potencial y reacci\u00f3n en cadena, en ese caso se trata del potencial gravitatorio, de la energ\u00eda cin\u00e9tica que adquiere una bola al caer por una rampa y de la transmisi\u00f3n de energ\u00eda por colisi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 5. Barrera de potencial y reacci\u00f3n en cadena.<\/p>\n\n\n\n

Por ejemplo, para iniciar la combusti\u00f3n de un gas, basta con la energ\u00eda de una peque\u00f1a chispa obtenida al frotar un metal y una piedra, como sucede en un sencillo mechero; para prender un papel, necesitamos acercarle una llama durante unos segundos; para que arda un tronco, tiene que estar expuesto a una llama un rato mayor. En el caso del uranio, el n\u00famero de protones es tan elevado que la repulsi\u00f3n que se ejercen tiende a romper el n\u00facleo, su estabilidad solo es posible gracias a la interacci\u00f3n nuclear fuerte que opera entre sus nucleones (neutrones y protones que forman el n\u00facleo). Estos se mantienen unidos por mediaci\u00f3n de unas part\u00edculas de energ\u00eda llamadas gluones, que producen una fuerza de enlace nuclear, mayor que la fuerza de repulsi\u00f3n debida a la carga el\u00e9ctrica. Se crea as\u00ed una barrera de potencial que da estabilidad al n\u00facleo de uranio. Pero esta barrera no es demasiado grande, as\u00ed que aportando una peque\u00f1a cantidad de energ\u00eda se puede iniciar la reacci\u00f3n en cadena.<\/p>\n\n\n\n

Como se coment\u00f3 antes, en el uranio esta reacci\u00f3n se puede producir espont\u00e1neamente, gracias a un fen\u00f3meno cu\u00e1ntico denominado efecto t\u00fanel, seg\u00fan el cual existe una peque\u00f1a, pero no nula, probabilidad de que parte de un n\u00facleo desaf\u00ede la barrera de potencial, como si a trav\u00e9s de un t\u00fanel pasara al otro lado de la barrera. Aunque esta probabilidad es muy peque\u00f1a, pues si no, todo el uranio que hab\u00eda en el planeta ya se habr\u00eda descompuesto. En las centrales nucleares, no se espera la fisi\u00f3n espont\u00e1nea. Se bombardea con neutrones que rompen el n\u00facleo e inician la reacci\u00f3n en cadena, pues en la fisi\u00f3n, se producen m\u00e1s neutrones con gran energ\u00eda, que rompen otros n\u00facleos y, adem\u00e1s, producen calor, que se usa para poner agua en ebullici\u00f3n, que mueve una turbina y genera la electricidad de la central.<\/p>\n\n\n\n

El hecho de que en el U238 haya m\u00e1s neutrones, que aportan gluones sin a\u00f1adir repulsi\u00f3n, hace que su n\u00facleo sea m\u00e1s dif\u00edcil de romper que el del U235, que es, por tanto, el que nos interesa a estos efectos. En un trozo de mineral de uranio actual hay un 99,3% de U238 y un 0,7% de U235, as\u00ed que para que sirva como combustible nuclear, hay que enriquecer el mineral hasta llegar a un 5% de U235.<\/p>\n\n\n\n

Pero si en la fisi\u00f3n de \u00e1tomos pesados, la barrera de potencial a superar es asequible, lo que ha permitido el desarrollo de centrales basadas en ese proceso, no sucede lo mismo en el caso de la fusi\u00f3n. Por una parte, tenemos la repulsi\u00f3n entre los protones, que se debe a la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica, y que se puede calcular con la ley de Coulomb, que nos dice que esa fuerza es directamente proporcional a las cargas el\u00e9ctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

Por otro lado, tenemos la interacci\u00f3n nuclear fuerte que act\u00faa para mantener unidos los protones en el n\u00facleo. Pero mientras la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica es de alcance infinito (por muy lejos que est\u00e9n las cargas su efecto siempre se siente), la interacci\u00f3n nuclear fuerte solo act\u00faa cuando las part\u00edculas est\u00e1n a distancias tan peque\u00f1as como el tama\u00f1o de los n\u00facleos, que son del orden de las billon\u00e9simas de mil\u00edmetro. As\u00ed que para que se unan dos protones, tenemos que acercarlos a esa distancia.<\/p>\n\n\n\n

Por hacernos una idea, podemos calcular la fuerza necesaria para acercar dos protones a una distancia de 3 billon\u00e9simas de mil\u00edmetro. Basta con introducir, en la f\u00f3rmula de Coulomb, la carga de los protones y dicha distancia. El resultado es de 25,6 Newtons, es decir, que si pudi\u00e9ramos introducir los dos protones en un cilindro con un \u00e9mbolo, sobre el que ponemos un peso, para empujar los protones, bastar\u00eda con poner 2,6 kg. Esta cantidad no parece muy grande, \u00a1pero es para unir solo dos protones!, si nos vamos a cantidades a nuestra escala, teniendo en cuenta que, por ejemplo, en un gramo de protones hay 600.000 trillones de ellos, las magnitudes de las fuerzas y energ\u00edas que se manejan se disparan en esa proporci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Evidentemente, no se pueden coger protones sueltos y apretarlos unos contra otros. La manera de superar la barrera de potencial es acelerando los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno para que, a velocidades muy grandes, colisionen entre s\u00ed, y eso se consigue a elevadas temperaturas. En el sol, que es nuestro aut\u00e9ntico reactor nuclear de fusi\u00f3n, pues de ah\u00ed proviene la gran mayor\u00eda de la energ\u00eda que usamos, estas reacciones se producen gracias a las elevadas presiones y temperaturas que se dan en su interior. Para conseguir la fusi\u00f3n aqu\u00ed, hay que imitar esas condiciones.<\/p>\n\n\n\n

ESTADO ACTUAL DE LA FUSI\u00d3N<\/p>\n\n\n\n

Para hacernos una idea de las dificultades t\u00e9cnicas, pensemos que en los experimentos de fusi\u00f3n se alcanzan temperaturas del orden de 150 millones de grados. A esas temperaturas, el hidr\u00f3geno no se encuentra en estado gaseoso, sino que pasa a un cuarto estado de la materia, que es el estado denominado plasma, donde se forma una especie de sopa de n\u00facleos con los electrones desacoplados de su \u00e1tomo original. La primera dificultad surge con el recipiente que puede contener el plasma a esa temperatura, pues cualquier material se fundir\u00eda al instante, as\u00ed que no puede haber ning\u00fan recipiente material.<\/p>\n\n\n\n

Una manera de mantener unido el plasma es confinarlo en un campo magn\u00e9tico, que se puede hacer y, de hecho, se hace. Conseguir un campo magn\u00e9tico es muy sencillo, se puede hacer con una simple pila, que alimente un cable enrollado sobre un trozo de hierro. Pero si el campo magn\u00e9tico a generar, como en este caso, es muy grande, la corriente que circular\u00e1 por los cables tambi\u00e9n ser\u00e1 muy grande, as\u00ed como el calentamiento del mismo. Para evitar este efecto de calentamiento de los cables, se utilizan superconductores que trabajan a temperaturas muy bajas, cercanas a cero grados kelvin. As\u00ed que en una misma m\u00e1quina, tenemos unas partes a 150 millones de grados y otras a casi 273 bajo cero.<\/p>\n\n\n\n

A pesar de las enormes dificultades, los avances en fusi\u00f3n nuclear han sido constantes, pero aqu\u00ed queremos precisar hasta d\u00f3nde llegan esos avances y si es factible esperar soluciones desde esta tecnolog\u00eda para una supuesta transici\u00f3n energ\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

Para cualquier fuente de energ\u00eda es importante conocer lo que se llama la tasa de retorno energ\u00e9tico, que es el cociente entre la energ\u00eda obtenida y la energ\u00eda que se ha utilizado en el propio proceso. En fusi\u00f3n nuclear se suele utilizar la letra Q para designar a la ganancia de energ\u00eda. La diferencia entre la ganancia de energ\u00eda y la TRE, es que la primera se puede evaluar en diferentes fases del proceso, mientras que la TRE informa de la rentabilidad energ\u00e9tica total, siendo el cociente entre la energ\u00eda final obtenida y toda la energ\u00eda utilizada, desde la extracci\u00f3n y transporte de los combustibles, durante todas las fases de operaci\u00f3n del sistema.<\/p>\n\n\n\n

Para que se produzca la fusi\u00f3n deben cumplirse tres condiciones: una temperatura muy elevada, la suficiente densidad de part\u00edculas de plasma y el suficiente tiempo de contenci\u00f3n. Estas tres condiciones determinan el valor de Q obtenido. En la figura 6 podemos ver la evoluci\u00f3n de estos tres par\u00e1metros y el avance de Q, en los diferentes experimentos de fusi\u00f3n nuclear que se han ido realizando.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 6. Evoluci\u00f3n de Q en los experimentos de fusi\u00f3n nuclear.<\/p>\n\n\n\n

Los proyectos que aparecen en la gr\u00e1fica se basan en la tecnolog\u00eda Tokamac, que utiliza el confinamiento magn\u00e9tico del plasma. Tanto el primero, un proyecto sovi\u00e9tico de 1969, llamado T3, como el segundo, el proyecto TFR, franc\u00e9s, de 1974, se quedaron muy lejos de la ganancia de energ\u00eda. En 1984 el Alcator C, desarrollado en EEUU, logr\u00f3 una Q de 0,001, o sea, por cada kilovatio-hora de energ\u00eda invertida se recuperaba 1 watio-hora. Un a\u00f1o antes, en 1983, se hab\u00eda iniciado el proyecto europeo JET, que tras 14 a\u00f1os de desarrollo, en 1997, alcanz\u00f3 un valor de Q de 0,67, que se mantuvo como record hasta 2021, cuando se alcanz\u00f3 el valor de 0,7 en la Instalaci\u00f3n Nacional de Ignici\u00f3n de EEUU (en este caso no se usa el confinamiento magn\u00e9tico sino otra t\u00e9cnica llamada confinamiento inercial con laser). Los otros puntos de la gr\u00e1fica a\u00fan no se han alcanzado, son las previsiones para el ITER, en fase de montaje y para DEMO cuyo dise\u00f1o se prev\u00e9 para 2029. El objetivo es alcanzar una Q 10 para ITER y Q 25 para DEMO.<\/p>\n\n\n\n

En este punto es muy importante aclarar a qu\u00e9 se refiere el valor de Q, como explica la f\u00edsica alemana Sabine Hossenfelder en un v\u00eddeo titulado \u201cNuclear con-fusion\u201d. Y es que los valores de Q indicados se refieren a la ganancia de energ\u00eda en el plasma, es decir, la energ\u00eda que sale del plasma dividida entre la energ\u00eda que se le aport\u00f3, pero no se cuenta el resto de consumo de energ\u00eda necesario en las dem\u00e1s fases de la operaci\u00f3n. En el caso del ITER la potencia de entrada en el plasma es de 50 megavatios (MW) y la salida de 500 MW, de ah\u00ed resulta la Q de valor 10, pero este es el valor de Q plasma, que no puede ser considerado una tasa de retorno energ\u00e9tico (TRE), que ser\u00eda lo relevante. M\u00e1s cercano a una TRE ser\u00eda la Q total, es decir, el cociente entre la energ\u00eda final (el\u00e9ctrica) y la energ\u00eda consumida en todo el sistema. M\u00e1s cercano, pero ni siquiera ser\u00eda una TRE precisa, ya que para ello habr\u00eda que incluir tambi\u00e9n la fase de obtenci\u00f3n y procesamiento del combustible.<\/p>\n\n\n\n

En el caso del ITER, la potencia de operaci\u00f3n total es de 440 MW (no solo los 50 que se aplican al plasma). Por otra parte, los 500 MW que produce el plasma habr\u00eda que transformarlos en electricidad, con un rendimiento, siendo muy optimistas, del 50 %, con lo que la potencia el\u00e9ctrica de salida alcanzar\u00eda como mucho los 250 MW. Si dividimos esta salida entre los 440 MW de entrada, resulta una Q total de 0,57, y esa s\u00ed se acercar\u00eda m\u00e1s a una tasa de retorno energ\u00e9tico que nos indicar\u00eda de manera mucho m\u00e1s clara en qu\u00e9 punto se encuentra esta tecnolog\u00eda. Si hici\u00e9ramos el mismo c\u00e1lculo para JET, la Q plasma de 0,67 corresponder\u00eda a una Q total de 0,01.<\/p>\n\n\n\n

PREVISI\u00d3N OPTIMISTA PARA LA FUSI\u00d3N COMERCIAL<\/p>\n\n\n\n

Se denomina \u201cbreak even\u201d a la situaci\u00f3n en la que la energ\u00eda invertida es igual a la energ\u00eda generada, lo que dar\u00eda un valor de Q igual a uno. Alcanzar este punto tendr\u00eda un valor simb\u00f3lico pero todav\u00eda alejado de una posible rentabilidad, que se estima para valores de Q a partir de 10. La confusi\u00f3n que denuncia Sabine Hossenfelder hace referencia a que cuando se habla del ITER, sus responsables citan el Q plasma, llam\u00e1ndole solo Q, sin especificar, lo que puede confundirlo con el Q total. En su propia p\u00e1gina WEB indican que \u201cITER est\u00e1 dise\u00f1ado para producir un retorno de energ\u00eda diez veces mayor (Q=10)\u201d. Si el Q total del ITER fuera 10, realmente se superar\u00eda el \u201cbreak even\u201d y se acercar\u00eda a valores de viabilidad de la fusi\u00f3n, pero como hemos visto, su Q total se queda lejos de este valor y bastante por debajo de un \u201cbreak even\u201d relevante.<\/p>\n\n\n\n

Sabiendo ahora el verdadero alcance del ITER que lograr\u00eda una modesta Q total de 0,57, podemos ver m\u00e1s datos sobre este proyecto. Primero aclarar que el ITER no est\u00e1 dise\u00f1ado para producir electricidad, es nada m\u00e1s (y nada menos como reto cient\u00edfico) un gran laboratorio donde se va a experimentar la fusi\u00f3n, para comprobar si se puede alcanzar un Q plasma de 10.<\/p>\n\n\n\n

La idea del programa ITER surge en noviembre de 1985, en la cumbre de Ginebra, donde varios pa\u00edses deciden colaborar en la investigaci\u00f3n de la fusi\u00f3n nuclear. Dos a\u00f1os m\u00e1s tarde se concluy\u00f3 un acuerdo entre la UE, Jap\u00f3n, la URSS y los EEUU, para concebir una instalaci\u00f3n internacional con el nombre de ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), cuyos estudios de concepci\u00f3n arrancan en 1988, seguidos por varias fases de estudios t\u00e9cnicos cada vez m\u00e1s precisos, hasta la validaci\u00f3n de su concepci\u00f3n definitiva en 2001. El acuerdo ITER se firm\u00f3 oficialmente el 21 de noviembre de 2006 en Par\u00eds y los primeros trabajos, de preparaci\u00f3n del terreno, se iniciaron en 2007 en Saint Paul-lez-Durance (Francia), donde se est\u00e1 montando la instalaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Hoy en d\u00eda trabajan miles de personas, tanto en Francia, como en otros pa\u00edses de Europa, adem\u00e1s de en China, India, Jap\u00f3n, Corea del Sur, Rusia y EEUU, para construir la m\u00e1quina de fusi\u00f3n magn\u00e9tica m\u00e1s potente de la historia, con un coste que rondar\u00e1 los 24000 millones de euros, convirti\u00e9ndose as\u00ed en uno de los proyectos m\u00e1s costosos de todos los tiempos, tras el programa apolo, la estaci\u00f3n espacial internacional, el proyecto Manhattan y el desarrollo del GPS.<\/p>\n\n\n\n

En este momento, est\u00e1 construido el edificio que albergar\u00e1 el reactor y se est\u00e1 procediendo a su montaje. Se espera la obtenci\u00f3n del primer plasma para 2025, en 2028 arrancar\u00e1n las pruebas de baja potencia con hidr\u00f3geno y helio, en 2032 se iniciar\u00e1n los test de alta potencia con esos mismos gases, y tres a\u00f1os m\u00e1s tarde, en 2035, comenzar\u00e1n las pruebas de alta potencia con deuterio y tritio, que son los is\u00f3topos del hidr\u00f3geno con los que se realizar\u00e1 la fusi\u00f3n nuclear. Adem\u00e1s de las pruebas de fusi\u00f3n de deuterio y tritio, en ITER informan que se experimentar\u00e1 la producci\u00f3n de este \u00faltimo elemento, ya que \u201cel suministro mundial de tritio no es suficiente para cubrir las necesidades de las futuras centrales el\u00e9ctricas\u201d.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Fig. 7. Caracter\u00edsticas de Tore Supra, JET, ITER y DEMO, donde aparece Q plasma como Q, sin especificar.<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed que si todo va bien, se espera iniciar la fusi\u00f3n de deuterio tritio para 2035, y si se cumplen las expectativas, en algunos a\u00f1os de pruebas, se podr\u00eda alcanzar un Q plasma de 10, que corresponder\u00eda, como m\u00e1ximo, a un Q total de 0,57. Paralelamente, se habr\u00eda finalizado el dise\u00f1o conceptual del proyecto DEMO (DEMOnstration Power Plant) en el que se probar\u00eda la producci\u00f3n de electricidad a partir de la fusi\u00f3n, y se iniciar\u00eda su montaje en 2040, con una finalizaci\u00f3n prevista en 2051, cuando comenzar\u00edan las pruebas para comprobar la viabilidad comercial de esta tecnolog\u00eda, de la que se esperar\u00eda (seg\u00fan este optimista calendario) tener alguna central productiva funcionando a lo largo de los a\u00f1os 60 del siglo XXI.<\/p>\n\n\n\n

POSIBILIDADES DE LA FUSI\u00d3N EN EL TIEMPO DE TRANSICI\u00d3N<\/p>\n\n\n\n

Teniendo en cuenta que el ITER llegar\u00eda como mucho a una TRE de 0,57 (siempre que pueda producir su propio tritio y considerando un rendimiento muy alto en la transformaci\u00f3n de calor a electricidad), por mucho que DEMO triplicara este rendimiento, podr\u00eda llegar a una TRE mayor de 1, logrando as\u00ed la rentabilidad energ\u00e9tica, pero se quedar\u00eda a\u00fan lejos del 10 que se puede considerar como referencia para acercarse a una posible viabilidad econ\u00f3mica. As\u00ed que la fecha de 2060, m\u00e1s que a una previsi\u00f3n optimista, se parece al cuento de la lechera.<\/p>\n\n\n\n

Si contamos con la opini\u00f3n de expertos en la materia, podemos hablar de Jean Marc Jancovici, ingeniero consultor en energ\u00eda y clima, fundador de la consultora Carbone 4, que asesora a diferentes organizaciones para su transformaci\u00f3n hacia la descarbonizaci\u00f3n y el cambio clim\u00e1tico y del think-tank The Shift Proyect, que tiene como objetivo redise\u00f1ar la econom\u00eda para lograr la transici\u00f3n del carbono. Cuando le preguntan por la transici\u00f3n energ\u00e9tica, Jean Marc se muestra favorable a la energ\u00eda nuclear de fisi\u00f3n, pero descarta la fusi\u00f3n nuclear, pues estima que esta no estar\u00e1 disponible antes de los a\u00f1os 80.<\/p>\n\n\n\n

Por su parte, Alex Mart\u00edn, ingeniero industrial, especializado en t\u00e9cnicas energ\u00e9ticas, que hizo pr\u00e1cticas en el JET y que actualmente trabaja en el ITER como director de la c\u00e1mara de vac\u00edo, afirma que la fusi\u00f3n nuclear \u201cno es para ma\u00f1ana, esta es la idea, esto es una apuesta a muy largo plazo, [\u2026], es extremadamente dif\u00edcil, [\u2026], el coste del proyecto es caro, [\u2026], lo estamos haciendo as\u00ed porque otras alternativas no han salido mejor, [\u2026], la promesa de ITER se va a cumplir, tarde o temprano, [pero] va a llevar tiempo, puede llevar todav\u00eda 100 a\u00f1os\u201d.<\/p>\n\n\n\n

Teniendo en cuenta que la AIE prev\u00e9 una bajada de la producci\u00f3n de petr\u00f3leo cercana al 50 % para 2025 y que la ONU ha reconocido la necesidad de alcanzar la neutralidad de carbono para 2050, incluso la fecha superoptimista de los a\u00f1os 60, para disponer de la fusi\u00f3n nuclear, deja a esta tecnolog\u00eda totalmente fuera de una posible transici\u00f3n energ\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed lo consideran tambi\u00e9n el f\u00edsico Antonio Turiel, experto en energ\u00eda e investigador del CSIC y Gr\u00e9gory de Temmerman, investigador especializado en materiales met\u00e1licos y energ\u00eda, que trabaj\u00f3 durante 18 a\u00f1os en fusi\u00f3n nuclear, los 6 \u00faltimos en el ITER. En una entrevista en el podcast sismique, Gr\u00e9gory explica como fue su proceso, ya que cuando empez\u00f3 su tesis en 2003, se supon\u00eda que el ITER estar\u00eda funcionando en 2016, as\u00ed que cuando se revis\u00f3 la fecha para 2035, entendi\u00f3 que la fusi\u00f3n segu\u00eda estando lejos y, preocupado por el cambio clim\u00e1tico, decidi\u00f3 abandonar el ITER, cosa que hizo en 2020, para dedicarse a estudiar la transici\u00f3n energ\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

Por \u00faltimo, no me resisto a incluir algunos extractos de la noticia dada por Jes\u00fas D\u00edaz en El confidencial, aparecida el 24 de febrero y actualizada el 14 de marzo de 2022, porque pone de manifiesto las dificultades de una empresa tan compleja como es el ITER, pero sobre todo, porque me parece muy graciosa la forma de contarlo: \u201cHan paralizado la construcci\u00f3n del reactor de fusi\u00f3n nuclear ITER por defectos de fabricaci\u00f3n importantes. Es el en\u00e9simo par\u00f3n y retraso por ahora indefinido [\u2026]. En un episodio chapucero digno de Pepe Gotera y Otilio \u2014que el ‘New Energy Times’ relat\u00f3 el pasado noviembre\u2014, la ASN (autoridad de seguridad nuclear) afirma que los dos sectores se cayeron al suelo en la f\u00e1brica y \u201csufrieron distorsi\u00f3n dimensional\u201d. En otras palabras: se abollaron. Aun as\u00ed, los enviaron al centro ITER para su reparaci\u00f3n e instalaci\u00f3n, en vez de hacerlo en la f\u00e1brica [\u2026]. A pesar de los defectos conocidos, su propuesta fue instalarlos de todas formas y arreglar los desperfectos dentro del pozo del tokamak. Finalmente, la operaci\u00f3n se cancel\u00f3 porque \u2014si algo fuera mal\u2014 la organizaci\u00f3n no podr\u00eda desinstalar los sectores y el proyecto terminar\u00eda en desastre despu\u00e9s de miles de millones de euros invertidos.\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

Fuentes:<\/p>\n\n\n\n