La gran, irritante promesa de la energía de fusión

Por Mark Buchanan 

Hace 25 años, como joven físico, trabajé en una investigación relacionada con la energía de fusión. La fusión nuclear da energía al sol y a las estrellas a través de reacciones que convierten los núcleos de hidrógeno en núcleos de helio, y si pudiéramos dominar el proceso en la Tierra, tendríamos una fuente segura y casi inagotable de energía limpia. Cada año, científicos de todo el mundo se reúnen en conferencias para discutir la dolorosa lentitud del progreso.

Laboratorios gubernamentales y universitarios llevan 50 años intentándolo infructuosamente.

Aun así, las conferencias sobre la fusión persisten -este mes en Opole, Polonia, y en la universidad de Winsconsin en septiembre-, pero el tono es diferente, hay más emoción, ya que la investigación reciente por fin parece estar dando resultados y nos acerca a la energía de fusión como una fuente energética viable.

Una oleada de emprendimientos espera lograrla en solo 15 años, animados por la creencia de que compañías privadas ágiles pueden tener éxito donde los pesados proyectos gubernamentales no. Un ejemplo es Space Exploration Technologies Corp., de Elon Musk.

Probablemente es ingenuo esperar un éxito similar para la energía de fusión. A SpaceX le tomó 13 años convertirse en la primera compañía privada en lanzar y aterrizar un cohete capaz de alcanzar órbita, y la compañía tenía la ventaja de un conocimiento científico profundo sobre la ciencia de los cohetes. En la carrera por la fusión, en la que las condiciones extremas necesarias para crearla hacen el desafío científico mucho más duro, los lentos y metódicos laboratorios gubernamentales aún pueden tener la ventaja.

Conceptualmente, la fusión parece fácil: solo requiere elevar la presión del combustible de hidrógeno a una temperatura y una presión lo suficientemente altas y luego mantenerlas ahí hasta que ocurran las reacciones cruciales. El principal obstáculo es la inestabilidad, a causa de las muchas cosas sorprendentes que pueden salir mal.

En un enfoque conocido como fusión por confinamiento inercial (FCI), se usan pulsos láser intensos para comprimir una pequeña bola de combustible en un esfuerzo por alcanzar temperaturas y presiones comparables a las de las estrellas. Pese a décadas de refinamiento, la compresión violenta siempre mezcla partes calientes y frías del combustible que implosiona, lo cual limita los resultados.

Sin embargo, una serie de experimentos el año pasado en las Instalaciones nacionales de ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore finalmente superaron un hito, dado que la implosión liberó más energía de las reacciones de fusión que la que se necesitó para hacerla ocurrir. Algoritmos de computación y aprendizaje de máquinas pueden ayudar a los investigadores a aprovechar este logro mediante diseños experimentales mejorados.

Otro enfoque usa botellas magnéticas para mantener la materia a temperaturas extremas pero densidades mucho más bajas que las de los experimentos de compresión. Ese es el objetivo del Reactor termonuclear experimental internacional (ITER, por sus siglas en inglés), el proyecto de fusión más grande del mundo, que se construye en Francia: espera probar la posibilidad de una fusión sostenida para 2035.

En este caso los algoritmos también mejoran las perspectivas, dado que las principales inestabilidades provienen de las "interrupciones" relacionadas con descargas repentinas y catastróficas de materia supercaliente o corriente eléctrica que dañan componentes vitales del reactor. Un equipo de investigación halló recientemente que es posible entrenar los algoritmos con datos para identificar estas interrupciones dañinas antes de que ocurran, alertando a los científicos con 30 milésimas de segundos de antelación, suficiente para evitar una avería.

Estos enfoques habituales están construidos sobre décadas de conocimiento adquirido. ¿Podría alguna de las firmas privadas ganarles para llegar a la meta? Una de ellas, llamada Commonwealth Fusion Systems y vinculada al Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) planea construir un reactor que funcione para 2025.

First Light Fusion, una compañía nacida de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, planea usar un enfoque radicalmente diferente a los esfuerzos de fusión tradicionales. En los últimos años han surgido más de 20 emprendimientos aparte de estos.

En un informe del año pasado, el grupo consultivo de ciencia y tecnología estadounidense JASON ofreció una perspectiva más bien pesimista para el éxito a corto plazo de la fusión a bajo costo, en parte analizando la historia del desarrollo de otras tecnologías clave, como las energías solar y eólica.

Estas alcanzaron frutos mediante mejoras graduales a través de mejores diseños y nuevos materiales, y a un paso mucho más lento de lo que esperaba la mayoría de los expertos en la industria. Según JASON, la fusión de energía práctica aún está a 30 años en el futuro.

Le pregunté su opinión a Omar Hurricane, director científico del programa FCI en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Se describe a sí mismo como un "pesimista optimista". Después de 50 años de investigación, me dijo por correo electrónico, los científicos ahora entienden las condiciones extremas necesarias para la fusión.

Aún no pueden crearlas en el laboratorio, pero se acercan poco a poco. Espera que los emprendimientos puedan hacer progresos interesantes y rápidos en la etapa inicial, pero se encontrarán con problemas más difíciles poco después, como lo han hecho los demás programas de fusión.

"La ciencia y la tecnología siguen una curva de aprendizaje, así que con todo lo nuevo tenemos un progreso inicial rápido", dice, "pero la tasa de aprendizaje se ralentiza constantemente a medida que se resuelven los problemas fáciles".

En últimas habrá éxito, espera, aunque puede ser difícil predecir el momento.

"Soy optimista de que el problema de la fusión en laboratorio se puede resolver", dice. "Pero la Madre Naturaleza hace el problema de la fusión diabólicamente difícil porque las condiciones necesarias son extremas".

Sugiere que los inversionistas en los esfuerzos de fusión del sector privado sean pacientes y no esperen mucho muy pronto.

"La fusión será una marcha larga y dura que requerirá mucha disciplina para mantenerse y visión a largo plazo para lograrla", asegura.