ITER, el proyecto de fusión nuclear más ambicioso del mundo

El mayor reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético del mundo se está construyendo en Francia gracias a la colaboración de 35 países. ¿Cuándo se pondrá en marcha?

Desde hace décadas, científicos de todo el mundo trabajan para alcanzar la fusión nuclear: nada más y nada menos que el mismo proceso por el que se produce energía en el Sol y en las estrellas. La fusión nuclear promete ser una fuente de energía más segura y limpia que la fisión nuclear y probablemente ilimitada, pero la puesta a punto de dicha tecnología, especialmente para su producción a gran escala, no es tan sencilla y entraña muchos retos por resolver.

El proyecto de fusión nuclear ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) es una ambiciosa colaboración entre 35 países que están construyendo en Francia el tokamak – reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético- más grande del mundo y que en teoría abrirá el camino para el desarrollo de centrales de fusión nuclear a nivel comercial.

Actualmente, el  ITER se encuentra en la fase I de montaje y se espera producir el primer plasma de fusión en 2025 y las primeras operaciones con deuterio y tritio para el 2035. 

¿Qué es la fusión nuclear?

Sobre nuestras cabezas, a un viaje de 11 años en avión, ya disponemos de un reactor de fusión con miles de millones de años antigüedad: el Sol. La energía nuclear de fusión se encuentra de manera natural en las estrellas como motor primario del funcionamiento del universo. La fusión es la fuente de energía de las estrellas y el hidrógeno, el elemento más abundante del universo, es su fuente de energía.

La fusión que ocurre en las estrellas, como su propio nombre indica, consiste en la unión de dos átomos de hidrógeno (H) para generar un único núcleo más pesado, de helio (H2). La energía resultante es emitida en forma de radiación al exterior de la estrella, y es lo que desde la Tierra percibimos como luz y calor.

Pero en el interior del Sol, las temperaturas alcanzan los 15 millones de grados. Además, las condiciones de gravedad crean el entorno idóneo para que se produzca la fusión, también llamada energía termonuclear.

Otras ventajas de la fusión nuclear

La fusión nuclear no produce gases que contribuyan al efecto invernadero, no necesita uranio como combustible ni genera tantos residuos radiactivos, puesto que se trata de dos átomos de hidrógeno (deuterio y tritio) que forman uno de helio, un gas inocuo.

Aunque el tritio es un gas radiactivo, su vida media es corta y además la idea es producirlo dentro del mismo reactor a partir del litio, por lo que no es necesario transportar material radiactivo desde fuera. Como se explica en la web del Laboratorio Nacional de Fusión Nuclear del CIEMAT (Madrid), “la pared del reactor de fusión, expuesta a las radiaciones provenientes del plasma, sí se vuelve radioactiva después de un tiempo, pero la mayor parte de esta radioactividad desaparecerá en un plazo medio de unos cincuenta años, de tal modo que los reactores de fusión no suponen una carga para las generaciones futuras”. 

El tokamak más grande del mundo

Una de las técnicas principales en las que se puede basar un reactor de fusión es el confinamiento magnético: se trata de crear condiciones de vacío y contener el plasma generando un campo magnético toroidal (con forma de donuts). El tokamak es el diseño más popular de estructura de este campo magnético y una parte del mismo está generado por corrientes eléctricas que fluyen en el propio plasma. La energía se absorbe dentro del tokamak en forma calor, adherido a las paredes de la vasija. La central de fusión utiliza este calor para producir vapor y después electricidad mediante turbinas y generadores. 

Los problemas de la fusión nuclear

Hay que tener en cuenta que la fusión nuclear a gran escala no se conseguirá dentro de los plazos necesarios para sustituir a los combustibles fósiles. Por otro lado, la fusión nuclear, al igual que las renovables, no es del todo inocua, si bien presenta muchos menos problemas ambientales que la fisión o los combustibles fósiles. En todo caso, el principal problema de la fusión nuclear es técnico: para que se produzca la reacción, los núcleos de hidrógeno deben estar a unas condiciones de presión y temperatura elevadísimas, y en ese estado el combustible se encuentra en forma de plasma. Para conseguir la reacción, se debe lograr una alta densidad de plasma y conseguir mantenerlo un tiempo suficientemente largo como para que se produzcan las reacciones. Lograr reunir todas estas condiciones, y además hacer que la tecnología sea viable económicamente como para producirse a nivel comercial es un desafío técnico y científico de gran magnitud. 

Los hitos del ITER

ITER será el primer dispositivo de fusión con ganancia neta de energía, es decir, que se obtendrá más energía que la necesaria para poner en marcha la reacción de fusión nuclear, que como ya hemos comentado es elevadísima. Además, será el primer dispositivo que mantendrá la fusión durante largos periodos de tiempo, y el primero que pondrá a prueba las tecnologías integradas, materiales y física necesarios para la producción comercial de la electricidad de fusión. 

Diseñado para…

El ITER está diseñado específicamente para:

Conseguir una potencia de 500 MW (el récord actual está en 16 MW por el tokamak JET del Reino Unido)

Demostrar la operación integrada de tecnologías para una central de fusión: permitirá a los investigadores estudiar lo que sucede en condiciones similares a las que tendrán las centrales de fusión del futuro.

Conseguir plasma de deuterio y tritio donde la reacción sea prolongada mediante calentamiento interno

Hacer pruebas para la producción de tritio: como ya hemos dicho, la idea es producir tritio dentro de la vasija de vacío, ya que el suministro actual no es suficiente para cubrir las necesidades de las centrales nucleares del futuro.

Demostrar la seguridad de los dispositivos de fusión nuclear. 

Un acuerdo internacional

El Proyecto ITER es una colaboración mundial de 35 países: los 27 de la Unión Europea, Suiza, Reino Unido, China, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos. Como asignatarios del Acuerdo ITER, celebrado en 2006, los miembros compartirán el coste de construcción, operación y desmantelamiento del proyecto. También compartirán los resultados experimentales y cualquier propiedad intelectual generada por las fases de fabricación, construcción y operación. 

Cronograma

Si todo va según lo previsto, se espera producir el primer plasma de fusión en 2025 y las primeras operaciones con deuterio y tritio para el 2035. Este es el cronograma del ITER:

2005 Se decide ubicar el proyecto en Francia

2006 Firma del Acuerdo ITER

2007 Creación formal de la Organización ITER

2007-2009 Desbroce y nivelación de terrenos

2010-2014 Estructura de soporte terrestre y cimientos sísmicos para el Tokamak

2012 Hito en materia de licencias nucleares: el ITER se convierte en una instalación nuclear básica según la legislación francesa

2014-2021 Construcción del Edificio Tokamak (acceso para actividades de montaje en 2019)

2010-2021 Construcción de la planta ITER y edificios auxiliares para First Plasma

2008-2021 Fabricación de los principales componentes de First Plasma

2015-2023 Los componentes más grandes se transportan a lo largo del itinerario ITER

 2020-2025 Fase de montaje principal I

2022 Terminación del toroide

2024 Cierre del criostato

2024-2025 Fase de puesta en servicio integrada (la puesta en servicio por sistema comienza varios años antes)

Diciembre 2025 Primer plasma

2025-2035 Aceleración progresiva de la máquina

2035 Comienza la operación de deuterio-tritio

¿Es la energía nuclear de fusión el verdadero ‘sueño ecologista’?

La humanidad ya está volcada con varios proyectos a nivel internacional de un reactor de fusión comercial para proveer de energía limpia a toda la humanidad; no obstante, el horizonte todavía se ve lejano y plagado de retos. 

Hace unos meses, el antropólogo y ecologista americano Michael Shellenberg, cofundador de Breakthrough Institute y fundador de Environmental Progress, calificaba en una entrevista con Muy Interesante a la energía nuclear como el “verdadero sueño ecologista”. Como él, otros profesionales versados en la materia depositan sus esperanzas en la fusión como fuente de energía segura e inagotable, con amplias ventajas frente a la fisión, que conlleva una serie de problemas de gestión de residuos que la fusión no haría necesario contemplar.

Según el supervisor de centrales nucleares, ingeniero de Telecomunicaciones y divulgador Alfredo García, más conocido como Operador Nuclear: “La fusión podría ser la solución a todos nuestros problemas energéticos. Tendríamos una fuente casi inagotable de energía, con unos residuos prácticamente inocuos”.

Por tanto, ¿por qué no estamos todos ya disfrutando de energía casi ilimitada gracias a un reactor de fusión nuclear? Fabricarlo no es nada fácil. Aunque los científicos saben cómo llevar la fusión a cabo, se requieren materiales muy resistentes, capaces de soportar miles de grados y una presión y radiación extremas. Pero, especialmente, se requiere financiación.

La humanidad ya está volcada con varios proyectos a nivel internacional para lograr un reactor de fusión comercial para proveer de energía limpia a toda la humanidad; no obstante, el horizonte todavía se ve lejano y plagado de retos.

¿En qué consiste la fusión y en qué se diferencia de la fisión? ¿Cuándo podremos disponer de la energía por fusión? ¿Es esta fuente de energía candidata a mitigar el cambio climático? 

Combustibles de fusión nuclear

Deuterio

Para obtener tanto deuterio como tritio necesitamos agua. Como recoge la enciclopedia virtual energía-nuclear.net, en el agua de mar, hay una concentración de 34 gramos de deuterio por metro cúbico de agua. Esto quiere decir que la energía que se puede obtener del deuterio de un litro de agua de mar es equivalente a la energía que se puede obtener de 250 litros de petróleo. Teniendo en cuenta que el planeta Tierra está cubierto de agua líquida en tres cuartas partes de su superficie, desde este punto de vista, la fusión puede considerarse una fuente energética, a priori, inagotable.

Tritio y litio

Por su parte, aunque el tritio es menos abundante en la naturaleza, éste se puede obtener a partir de litio, que se encuentra tanto en el agua de mar como en la corteza terrestre. El litio es un mineral que también se usa para la fabricación de baterías destinadas al almacenamiento de energía. El ingeniero nuclear y presidente de Jóvenes Nucleares Pablo García García considera que la cantidad de litio requerida para este fin es de “unos pocos gramos”, lo que no pondría en compromiso a las reservas planetarias de litio, al que muchos llaman ‘el nuevo oro’.

Pero, ¿cómo se consigue crear las condiciones de temperatura y presión idóneas para que se produzca la fusión? Dentro del reactor, sería necesario confinar los átomos en estado de plasma (entendiendo el plasma como el estado de agregación de la materia, similar al estado gaseoso) con la temperatura y densidad lo bastante elevadas y durante un periodo de tiempo concreto.

Los confinamientos convencionales no son viables en la fusión; por ello, existen dos métodos de confinamiento aplicados a la energía nuclear de fusión.

-      Energía nuclear de fusión por confinamiento magnético: atrapa a los átomos en un espacio muy reducido al que son atraídos gracias a la acción de un campo magnético.

-      Energía nuclear de fusión por confinamiento inercial: consigue una densidad de plasma y temperatura muy elevada a través del impacto de un haz de láser.

¿Qué proyectos de fusión nuclear hay en marcha?

Como podemos imaginar, fabricar un reactor similar al Sol a escala de la Tierra de la mano del humano es un trabajo arduo.

En la actualidad, la fusión nuclear no es viable, por ahora. Pero existen varios proyectos de investigación tratando de crear este ansiado ‘Sol’ artificial en miniatura, que investigan cómo llevar a cabo ambos tipos de confinamiento. Gracias a la cooperación internacional, se espera que pronto alguno de estos proyectos logre fabricar un reactor nuclear de fusión con usos comerciales, para proveer de energía a la civilización.

En cuanto a confinamiento inercial, los proyectos de investigación más importantes que existen son el NIS, en Estados Unidos; y el LMJ, en Francia. En ambos, la financiación privada tiene un protagonismo mucho mayor que en los siguientes que vamos a mencionar.

De confinamiento magnético, el proyecto de investigación más relevante que existe es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, o Reactor Termonuclear Experimental Internacional), de cooperación internacional, y de financiación principalmente pública. La Unión Europa, Japón, Corea, India, China, Estados Unidos y Rusia están volcados en diferentes subproyectos, todos ellos dirigidos a fabricar el primer reactor de fusión comercial, cuya base está instalada en Francia.

Por tanto, ¿para cuándo un reactor nuclear de fusión? Los más optimistas sitúan la frontera, todavía, a mediados de siglo. 

Perspectivas de futuro

La perspectiva de una fuente inagotable y renovable de energía es una promesa esperanzadora, teniendo en cuenta las pesimistas proyecciones que realizan los expertos sobre el sostenimiento de nuestro actual modelo energético.

El IPCC, máxima autoridad científica mundial en cuestiones relativas al cambio climático, lleva años alertando de consecuencias nefastas para el planeta y sus habitantes del aumento de la temperatura global. Los combustibles fósiles son una fuente energética insostenible, lo que hace necesario que sean progresivamente sustituidas por las energías renovables.

¿Está la energía nuclear de fusión en esta lista de candidatos? Lamentablemente, todo indica que no.

Como reconoce el ingeniero Pablo García: “Estamos lejos de conseguir disponer de energía nuclear de fusión. Para el problema del cambio climático, tenemos que contar con las soluciones de que disponemos ahora, o en un margen de 10 a 15 años. Y la fusión no va a llegar a tiempo”.

Pero, para Pablo, el principal obstáculo es la financiación: “Proyectos de cooperación internacional como el ITER, que es uno de los más importantes esfuerzos de la humanidad, solo cuentan con 15 000  millones de euros de financiación. Puede parecer mucho, pero es muy poco para las dimensiones de la iniciativa”. 

Más allá de todo esto: aunque la energía nuclear de fusión no esté disponible para formar parte de las medidas de adaptación y mitigación del cambio climático, es relevante por su retorno económico y de conocimiento: “Toda la física y el conocimiento que vamos a generar tiene un retorno económico que ha de ser tenido en cuenta”, explica el ingeniero nuclear Pablo García quien, además, califica así lo que supondría el advenimiento de la fusión como hito tecnológico humano: “Cuando logremos la fusión, será un salto equivalente al de colocar al primer hombre sobre la Luna”.

Pese a que ninguna institución científica cuenta con la energía nuclear de fusión como parte de la mitigación del cambio climático; otros expertos en nuclear sí consideran que la fisión (más problemática por la gestión de residuos) ya forma parte de la solución.

Como detalla nuevamente García: “En España, el 20 % de la energía que se produce proviene de la fisión nuclear. Si cerrásemos hoy todas las centrales nucleares, ese 20 % se ‘rellenaría’ con gas, una fuente energética contaminante”.

Es un hecho. El modelo energético actual ya no es sostenible. Por ello, el esfuerzo humano debe dirigirse a reducir en la mayor medida posible el uso de combustibles fósiles, que deberán ser sustituidos, principalmente, por energías renovables; y, para muchos expertos, la energía nuclear también tiene que salir en la foto. Contamos con nuestro ingenio y cooperación para proveernos de las soluciones a largo plazo que requiere la humanidad; y la fusión, previsiblemente, acabará siendo una de ellas.