Las empresas elevan la mirada hacia la energía de las estrellas

A día de hoy, el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) registra 134 dispositivos de fusión nuclear en todo el mundo, públicos o privados. Se trata de diseños experimentales y en demostración, muchos operativos (96), algunos en construcción (10) y otros que se planean para años venideros (28). Y en todo este entramado tecnológico nuestras empresas están haciéndose con muy buenas posiciones.

Con la fusión nuclear estamos en los límites de la tecnología y la ciencia que hoy día conocemos. Es un desafío para la humanidad, que a veces se compara con la llegada del hombre a la Luna. Solo hay que tener amplitud de miras para entender su alcance: « La fusión nuclear significa controlar la energía que mueve y mantiene vivo al universo. Son desafíos de altísimo nivel, que casi rozan la ciencia ficción», valora Carlos Hidalgo, director del Laboratorio Nacional de Fusión del Ciemat (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas).

La fusión nuclear no es una aspiración nueva de los científicos. Equipos multidisciplinares llevan desde los años sesenta del siglo pasado investigando sobre ella. Ahora, el cambio climático y la búsqueda de una economía sostenible, libre de combustibles fósiles, parece haber desatado una carrera por acelerar el desarrollo, más pronto que tarde, de esta avanzadísima tecnología. Las renovables no van a dar abasto para las necesidades energéticas de una población mundial en crecimiento. Además son impredecibles. Y la actual situación geopolítica, provocada por la guerra de Ucrania, ha puesto en evidencia que la dependencia energética causa verdaderos caos en nuestras sociedades. En su defensa, Hidalgo explica que la energía por fusión nuclear es «masiva, inagotable, limpia y respetuosa con el medio ambiente». «La magnitud de los desechos radiactivos por fusión son de actividad baja y tienen una vida corta. No tienen nada que ver con los de una central nuclear», asegura José Manuel Perlado, presidente del Instituto de Fusión Nuclear Guillermo Velarde, de la Universidad Politécnica de Madrid.

Y es que no hay que confundir fisión nuclear con fusión. Ambas tecnologías solo comparten la coletilla ‘nuclear’, porque son reacciones que implican a núcleos. La fisión es la que produce energía en las centrales nucleares separando átomos de elementos pesados, como el uranio y el plutonio. En el proceso se generan residuos radiactivos.

Sin embargo, la fusión es todo lo contrario. Libera energía cuando los átomos son obligados a unirse bajo unas condiciones de temperatura y presión extremas. En este caso se utilizan átomos de hidrógeno, un gas ligero, que está en la naturaleza. En concreto se usan dos isótopos (tipos de hidrógeno): el deuterio y tritio. Al fusionarse liberan energía, helio (un gas inerte) y neutrones.

El proceso tiene una enorme complejidad. El hidrógeno se calienta, mediante radiación de microondas, a temperaturas de entre 150 y 200 millones de grados (diez veces más que las reacciones que se producen en el Sol) y pasa de ser un gas a un plasma (el cuarto estado de la materia). Así lo definía en una conferencia para el Foro Nuclear Jesús Izquierdo, doctor en Ingeniería Nuclear y adjunto al Ingeniero Jefe de la Agencia Europea de la Fusión (F4E): el plasma es «una especie de sopa caliente donde las posibilidades de conexión de los núcleos son altas para que se fusionen». Y es en este punto donde surge el primer reto: ¿En qué tipo de tanque se puede contener ese plasma a esas temperaturas y que se mueve a altísimas velocidades? «No tenemos en la Tierra materiales que resistan esas temperaturas, ni aleaciones ni elementos puros», respondía Izquierdo. De ahí la solución del confinamiento magnético: «Es el recurso —explicaba— para que el plasma no esté en contacto con las paredes del tanque que lo contiene. Creamos un campo magnético, producido con imanes alrededor del plasma, que atrapan las partículas». De esta forma se confina y controla el plasma.

Así surge el reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético tokamak, donde una vasija al supervacío en forma de donut, rodeada de bobinas magnéticas, contiene el mágico plasma que generará raudales descomunales de energía. Esta se absorbe como calor en las paredes del recipiente, el calor producirá vapor y luego electricidad por medio de turbinas y generadores. Se estima que solo de un gramo de hidrógeno se puede obtener la energía equivalente a ocho toneladas de petróleo.

Esta es una de las soluciones tecnológicas más avanzadas para lograr la fusión nuclear (también existe la fusión inercial utilizando potentísimos láser, pero menos desarrollada). Hay 74 de estos dispositivos probándose en el mundo, privados o públicos.

Entre todos ellos, la gran apuesta que desafía los límites de lo conocido es el futuro ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor -Reactor Experimental Termonuclear Internacional), el tokamak más grande del mundo, el gran reto de este siglo para la humanidad. En él participan las principales potencias mundiales: Estados Unidos, Unión Europea, China, Rusia, Japón, India y Corea del Sur. En total 35 países que están sumando grandes esfuerzos para construir un megareactor de fusión nuclear.

ITER no se está construyendo para uso comercial, sino para demostrar que el proceso y la tecnología funcionan. Para ello, tiene que dar solución a un gran problema. Por ahora, para mantener el plasma caliente y a velocidad de vértigo se necesita más energía de la que se genera. Por eso el objetivo de ITER es lograr «producir diez veces más energía por fusión de la que se necesita para calentar el gas. La idea es que el helio resultante de la fusión mantenga caliente el plasma», explica Alberto Loarte, Head of Division Sciencie del ITER. Será también el primer dispositivo que mantenga la fusión durante más tiempo. En este caso se quiere generar 500 MW de potencia durante 500 segundos (con posibilidad de ampliarlo hasta 3.000). En el futuro, «los reactores de fusión comerciales funcionarán hasta el 90% de los días del año», asegura Perlado. Además, ITER tendrá que demostrar la viabilidad de producir tritio (uno de los combustibles necesarios) dentro del recipiente de vacío, ya que no existe en la naturaleza.

Para albergar el ITER un complejo de dimensiones colosales se está levantando en Cadarache (Francia), una de las obras de ingeniería, tecnológica y científica más complejas de la historia, que costará unos 24.000 millones de euros. «Solo el cable superconductor (de niobio-estaño) de las bovinas ha tardado años en fabricarse», cuenta Loarte. No es de extrañar, son 100.000 km de cable, es decir dos vueltas alrededor del mundo.

Abruman los datos de este coloso: el tokamak tiene casi un millón de componentes con la más avanzada tecnología, solo la cámara de plasma pesa 8.000 toneladas (más que la Torre Eiffel)... «Las paredes de ITER tienen elementos de 200 metros cuadrados. Todo estaba hecho a escala de laboratorio y ahora se está llevando a escala industrial», comenta Loarte.

El primer plasma está programado para diciembre de 2025. Pero los plazos son más extensos, como cuenta Hidalgo: «La fusión nuclear sucederá en el año 2035. Luego comenzará la construcción de un reactor de demostración a partir de 2040, de tal manera que los reactores de fusión nuclear comerciales estarán operativos en la segunda mitad del siglo XXI». Y en todo ese recorrido nuestras empresas tendrán grandes oportunidades. «Estarán en mejores condiciones de conseguir contratos del reactor de demostración» y de otros que vengan, confía Hidalgo.

Esto será así porque en el ITER y desde 2008, nuestras empresas han conseguido 350 contratos por un importe superior a 1.200 millones. «Ocupamos la tercera posición, por detrás de Francia e Italia, en número de contratos», afirma Hidalgo. Gracias también, como reconoce todo este sector, al impulso institucional recibido desde el Ciemat y el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial). «Estas empresas no solo están contribuyendo al ITER, también están entrando en una serie de tecnologías muy avanzadas que les servirán para otras muchas aplicaciones e instalaciones», cree Perlado. Un grupo de científicos del Instituto de Fusión Nuclear Guillermo Velarde que él dirige han desarrollado (junto con la UNED) los códigos del transporte neutrónico que son referentes en el ITER.

Hay más ejemplos como el anterior. La empresa Elytt e Iberdrola participan en ITER con la construcción de un imán superconductor que pesa 320 toneladas (como un Boeing). IDOM y Gutmar desarrollan sistemas de diagnóstico para detectar posibles fugas dentro de la cámara de vacío. El consorcio Iberdrola, Mecánica Industrial Buelna y AMEC se ocupa de los paneles que aislarán el plasma. Ferrovial construirá siete edificios del ITER y la red eléctrica de alta tensión que abastecerá al complejo... Así seguiríamos con «decenas de empresas españolas que están en el proyecto», dice Hidalgo.

Para todas, ITER es un gran valor. «Desde el año 2006 que se inició la construcción de ITER, esta instalación ha sido y será en el futuro una gran oportunidad para la industria española. Además de las grandes empresas que participan en el proyecto, hay una cantidad relevante de pymes con tecnologías innovadoras, centros tecnológicos y centros de investigación como Ciemat. Todos tienen una gran oportunidad porque la fusión nuclear será, sin duda, un área de innovación tecnológica muy relevante», considera María Teresa Domínguez, directora de Proyectos Avanzados de Empresarios Agrupados, una de las empresas de ingeniería que también participa en ITER.

No solo en ITER, «España está plenamente integrada en todos los proyectos europeos e internacionales de fusión nuclear», asegura Hidalgo. Nuestro país es la sede de la Agencia Europea para la Fusión (F4E), encargada de gestionar las licitaciones europeas al ITER, que está en Barcelona. Son 450 ingenieros, científicos y administrativos (el 32% de ellos son españoles). Y diez empresas y 20 universidades y centros de I+D participan en Eurofusión, un consorcio de laboratorios europeos de investigación en diferentes tecnologías de fusión nuclear.

Quizás muchos de nosotros estemos a tiempo de poder ver cómo nos llega energía a partir de la fusión nuclear igual que lo hacen las estrellas. ¡Eureka!

La empresa cántabra ENSA, especializada en suministros de equipos y servicios para el sector nuclear, realizará la unión (con soldaduras de alta precisión) de los nueve sectores y 53 puertos que componen la cámara de vacío del ITER, y lo hará en las intalaciones de Caderache. «Ya hemos desarrollado todos los procesos robóticos y automatizados de soldadura e inspección de estas uniones», comenta María Vega, directora de Desarrollo de Negocio de ENSA. El reto es tremendo: «La vasija tiene forma toroidal con 11,4 metros de alto y 19 de diámetro. Hay accesos para soldar muy limitados, en algunos casos de 25 mm. Y son 3.000 metros de soldadura», cuenta. Y merece la pena: «Nos ha facilitado —añade— unas capacidades que nos proporcionarán una buena posición para trabajos de fusión futuros».