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Tecnología y Sociedad

Un nuevo método de fusión

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Una startup consigue fondos para comenzar los trabajos iniciales de un reactor de prueba de bajo presupuesto.

  • por Tyler Hamilton | traducido por Francisco Reyes
  • 31 Julio, 2009

General Fusion, una startup en Vancouver, Canadá, afirma que es capaz de construir un prototipo de planta energética de fusión de aquí a una década, y hacerlo por menos de mil millones de dólares. Hasta ahora, ha reunido 13,5 millones de dólares a partir de inversores públicos y privados para dar comienzo a su ambicioso proyecto.

A diferencia del proyecto ITER que se está desarrollando en Francia, de 14 mil millones de dólares, el enfoque de General Fusion no se basa en costosos imanes de superconducción—llamados tokamaks—para contener el plasma a altísima temperatura que es necesario para conseguir y sostener una reacción de fusión. Tampoco se requieren potentes láseres, como los del Centro Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, para confinar un objetivo de plasma y comprimirlo a temperaturas extremas hasta que tenga lugar la fusión.

En vez de eso, General Fusion afirma que es capaz de conseguir una “ganancia neta”—es decir, crear una reacción de fusión que produzca más energía de la que es necesaria para provocar dicha reacción—utilizando un tipo de fuerza bruta mecánica y no muy compleja a nivel tecnológico, así como unas tecnologías de control digital avanzado que los científicos ni siquiera podían imaginarse hace 30 años.

Puede que no sea plausible, aunque algunos de los principales expertos en fusión de EE.UU. afirman que el método de General Fusion, que es una variación de lo que la industria denomina como fusión de objetivo magnetizado, es científicamente sólido y podría realmente funcionar. Es difícil, afirman, pero merece la pena intentarlo.

“Les deseo lo mejor,” afirma Ken Fowler, profesor emérito de ingeniería nuclear y física de plasma en la Universidad de California, Berkeley, y autoridad principal en diseños de reactores de fusión. Fowler ha analizado el método y no ha encontrado nada espectacular a nivel técnico. “Es posible que lo consigan. Realmente es una cuestión de suerte.”

El reactor prototipo estará compuesto de una esfera de metal de alrededor de tres metros de diámetro, conteniendo una mezcla líquida de litio y plomo. El líquido se hace girar para crear un vórtice dentro de la esfera que forma una cavidad vertical en el medio. En este punto, dos anillos de plasma con forma de donuts y unidos el uno al otro mediante campos magnéticos auto-generados, llamados esferomaks, se inyectan en la cavidad en la parte superior e inferior de la esfera y se unen para crear un objetivo en el centro. “Imagínatelo como si fueran círculos de humo que uno envía al otro,” afirma Doug Richardson, director ejecutivo de General Fusion.

En la parte exterior de la esfera de metal hay 220 pistones controlados neumáticamente, y cada uno está programado para embestir contra la superficie de la esfera a 100 metros por segundo. La fuerza de los pistones envía una onda acústica a través de la mezcla de plomo-litio, y se acelera hasta crear una onda de choque que alcanza el plasma, que a su vez está hecho de deuterio de isótopos de hidrógeno y tritio.

Si todo sale según lo previsto, el plasma se comprime instantáneamente y los isótopos se funden en helio, liberando un chorro de neutrones cargados de energía que son capturados por el líquido de plomo-litio. La rápida acumulación de calor en el líquido se extrae gracias a un intercambiador de calor, que se usa a medias para crear un vapor que hacer girar una turbina y generar energía, mientras que el resto se utiliza para recargar los pistones y prepararlos para el próximo “disparo.”

El objetivo final es inyectar un nuevo objetivo de plasma y disparar los pistones cada segundo, creando así pulsos de reacciones de fusión como parte de un proceso auto-sostenible. Esto contrasta con el ITER, cuyo objetivo es crear una sola reacción de fusión que se pueda sostener por si sola. “Uno de los grandes riesgos del proyecto es que nadie ha logrado comprimir esferomaks en condiciones relevantes para la fusión hasta ahora,” señala Richardson. “No hay razón por la que no debiese funcionar, pero a día de hoy nadie lo ha podido probar.”

Afirma que reunir el dinero necesario para el proyecto del prototipo tomó más tiempo del previsto, aunque ahora la compañía está en condiciones de construir la primera fase del reactor de pruebas, incluyendo el desarrollo de simulaciones en 3-D y la verificación técnica de los componentes. General Fusion espera completar el reactor y demostrar ganancias netas de aquí a cinco años, teniendo en cuenta que logre reunir otros 37 millones de dólares.

Si tienen éxito, se cree que podría crearse un reactor de fusión de 100 megavatios cuatro años más tarde, capaz de suministrar energía a la red y por alrededor de 500 millones de dólares, lo que mejoraría al proyecto ITER en 20 años y supondría una fracción del coste.

“Normalmente no presto atención a estas ideas que a veces me llegan, pero esta logró fascinarme,” afirma Fowler. Señala que existen una serie de enormes retos que habrá que superar, pero que la cultura de las startups puede ser la clave para solucionar dichos retos y hacerlo con urgencia. “Con los programas de gran tamaño, especialmente los de fusión, la gente lo ha pasado tan mal que han desarrollado una aversión especial ante el riesgo.”

La metodología básica de General Fusion no es completamente novedosa. Se construye sobre unos trabajos llevados a cabo durante los 80 por el Laboratorio de Investigación Naval de los EE.UU., basados en un concepto llamado Linus. El problema era que los científicos no pudieron averiguar un método lo suficientemente rápido como para comprimir el plasma antes de que perdiese su confinamiento magnético en forma de donut, algo que ocurre en cuestión de milisegundos. Al igual que los círculos de humo, los anillos de plasma mantienen su forma sólo momentáneamente antes de dispersarse.

Después, el gigante de la investigación nuclear General Atomics dio con la forma de comprimir el plasma rápidamente utilizando un proceso de embestida mecánica que crea unas ondas acústicas. Sin embargo, la compañía nunca terminó de desarrollar este proceso—probablemente porque la tecnología para controlar con precisión la velocidad y el inicio simultáneo de los pistones de aire comprimido simplemente no existía hace dos décadas.

Richardson afirma que los procesos digitales de alta velocidad ya están disponibles hoy día, y que la misión de General Fusion durante los próximos dos o cuatro años es probar que este tipo de proceso se puede llevar a cabo. Antes de construir un reactor completamente funcional con 220 pistones sobre una esfera de metal, la compañía verificará en primer lugar que los anillos más pequeños con 24 pistones se pueden sincronizar para golpear una coraza de metal externa.

Glen Wurden, director de programa de ciencias de energía de fusión en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, así como experto en la fusión de objetivo magnetizado, afirma que General Fusion tiene por delante un camino lleno de retos y de cuestiones que deben responder de forma definitiva. ¿Serán capaces de producir esferomaks con la densidad, temperatura y ciclo vital correcto? ¿Podrán inyectar dos esferomaks en los lados opuestos de la cavidad del vórtice y asegurarse de que colisionan y se unen? ¿Las ondas acústicas viajarán uniformemente a través del metal líquido?

“Muchas de estas cosas las podemos hacer a través de simulaciones, pero no todas,” señala Wurden. “Este es un tipo de trabajo muy complejo y de última generación. El problema es que tenemos que trabajar con varias escalas de tiempo y distintos efectos en los materiales una vez que son expuestos a las ondas de choque.”

Los Alamos y General Fusion están colaborando como parte de un acuerdo de investigación que ambas compañías firmaron recientemente. No obstante, Richardson no cree que el camino vaya a estar exento de baches. “El proyecto tiene muchos riesgos asociados,” afirma, “y nuestras previsiones apuntan a que muchas cosas no saldrán exactamente como las planeamos.” Sin embargo, si la compañía es capaz de sacar adelante el reactor de prueba, espera poder atraer la atención suficiente como para reunir fácilmente los 500 millones de dólares necesarios para construir la planta de demostración. Fowler señala que “los milagros a veces ocurren.”

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