Existen diversas energías consideradas renovables o limpias, como la eólica o la solar, pero, ¿es posible considerar a la energía generada por fusión nuclear como una fuente de energía limpia para el futuro, así como asegurar su seguridad para el medio ambiente?
La energía nuclear se produce a partir de una transformación en los núcleos de los átomos (Apperti, 2022). A diferencia de la fisión nuclear, en la que los núcleos se dividen en fragmentos más pequeños, la fusión nuclear implica la unión de núcleos ligeros, como el deuterio y el tritio, para formar un núcleo más pesado, como el helio, liberando una gran cantidad de energía en forma de radiación y partículas (Figura 1). Este es el mismo proceso que se produce en el Sol y en todas las estrellas, donde la intensa temperatura y presión en el núcleo estelar permiten que ocurra de manera natural (Freire, 2023).
Figura 1. Reacción de fusión nuclear entre deuterio y tritio.
Fuente: Elaboración propia
La investigación sobre la fusión nuclear se inició en 1920 por Ernest Rutherford (Sanz-Martín & CIEMAT, 2020). No obstante, no fue hasta 1950 cuando en Estados Unidos se empezaron a realizar experimentos con el objetivo claro de lograr, en un plazo de veinte años, el suministro de energía mediante la fusión nuclear. Sin embargo, los avances tecnológicos más significativos han tenido lugar desde 1980, y la fusión nuclear sigue sin ser una realidad comercial, enfrentando diversos desafíos.
Fundamentos de la fusión nuclear
Debido a la repulsión por fuerzas electrostáticas entre núcleos, cuanto menores sean sus cargas, más fácil será su fusión. Por ello, los experimentos más relevantes emplean isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio (Braga et al., 2022).
El deuterio (hidrógeno-2), está compuesto por un protón, un neutrón y un electrón, siendo un isótopo estable y seguro. Este isótopo está presente, de manera natural, en todas las moléculas con hidrógeno, como el agua, pudiéndose considerar un recurso ilimitado (Daya & OIEA, 2023).
El tritio (hidrógeno-3), consta de un protón, dos neutrones y un electrón. Este isótopo es radioactivo e inestable y mediante desintegración β decae a Helio-3. Tiene una vida media de 12,32 años (Mineduc gt, 2018), por lo que no está disponible de manera natural. Se obtiene mediante el bombardeo de litio-6 con neutrones:
Recientemente, los esfuerzos por desarrollar la energía por fusión nuclear han aumentado. Teóricamente, 25 gramos de combustible pueden generar toda la energía que una persona necesita a lo largo de su vida, lo que muestra el gran potencial de la fusión nuclear como fuente de energía para la población (Gil Sordo et al., 2000).
Sin embargo, para que las reacciones de fusión sean aprovechables se necesitan cuatro requisitos imprescindibles (CSN, 2024): (i) acelerar las partículas y controlar las elevadísimas temperaturas que se alcanzan en los reactores, (ii) garantizar el confinamiento del plasma, (iii) lograr una densidad de plasma suficiente para que se dé la fusión nuclear y (iv) mantener todas estas condiciones de manera simultánea durante varios segundos.
Principales reactores y su seguridad
Actualmente existen dos tipos de confinamiento del plasma en los reactores de fusión nuclear:
- Fusión por Confinamiento Magnético (FCM)
Consiste en atrapar los isótopos del hidrógeno en un espacio reducido para que choquen gracias a la acción de un campo magnético.
Los reactores de FCM más destacables son los de tipo Tokamak: el JET (Joint European Torus) (JET Team, 1992) y el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) (ITER, 2023), y en España el reactor Stellarator: Heliac Flexible TJ-II (CIEMAT & Torralba Martín, 2023).
- Fusión por Confinamiento Inercial (FCI)
Se focalizan rayos láser sobre una pequeña cápsula compuesta por deuterio y tritio, y se provoca una implosión que genera las reacciones de fusión y la energía.
Destaca el NIF (National Ignition Facility), esta instalación es relevante dado que el 5 de diciembre de 2022 logró que con 2,05 MJ se produjeran 3,15 MJ, un hito para el avance de la fusión nuclear (LLNL, 2024).
La seguridad de las centrales nucleares, en especial con reactores de fusión nuclear, debe estar concebida para producir el menor impacto posible en las poblaciones y seres vivos y para minimizar los riesgos medioambientales que provoca su construcción y funcionamiento. Desde el OIEA (Organismo Internacional de Energía Atómica) se asegura que: “La fusión es un proceso autolimitante: si no se puede controlar la reacción, ella se detiene por sí sola” (IAEA, 2021). Por ello, se puede afirmar que el riesgo de desastre natural por fallo en un reactor de fusión es mínimo.
Los materiales aislantes empleados para los reactores van a ser imprescindibles para asegurar la seguridad de los reactores y amortiguar el calentamiento. Estos, sufrirán efectos directos del impacto de los neutrones, así como de la radiación gamma ionizante que se genera en las reacciones nucleares, lo que puede provocar cambios ópticos y dieléctricos que afectan a su estabilidad (National Fusion Laboratory, 2024).
Impactos de la fusión nuclear
La energía de fusión nuclear genera debate y controversia, por lo que sus impactos se pueden ver reflejados en la sociedad, en la economía y en el medio ambiente. Se considera una energía con perspectiva de futuro con numerosas ventajas y “limpia” (Gil Sordo et al., 2000).
Actualmente esta energía no es comercial, por lo que los impactos generados son los producidos mediante la experimentación. Sin embargo, dado que es una energía prometedora, los impactos producidos en el medio ambiente ya se pueden cuantificar:
- La propia construcción de los reactores, como cualquier gran edificación, requiere de Evaluación de Impacto Ambiental para asegurar el mínimo impacto negativo tanto en el medio ambiente como en las poblaciones.
- El tritio, pese a su corta vida, es un material radioactivo y potencialmente peligroso si no se maneja adecuadamente (Palau Miguel et al., 2019).
- La radiación producida por los neutrones que se desprenden de las reacciones de fusión. Estos pueden interactuar con los materiales de las paredes de los reactores, induciendo la degradación de sus componentes y la activación nuclear en estos, confiriéndoles radioactividad. Existen estudios que proponen ya materiales cerámicos para absorber esa energía (Fierro Rodríguez, 2020).
También se analiza un balance positivo de impactos sobre el medio ambiente por la generación de energía por fusión nuclear destacando:
- Las bajas o casi nulas emisiones de gases de efecto invernadero durante su operación normal.
- La abundancia de combustible dado que el deuterio, como ya se ha mencionado, es relativamente abundante en la naturaleza y se puede obtener de fuentes ampliamente disponibles como el agua de mar sin emplear técnicas agresivas en su extracción para el medio ambiente.
- La generación de residuos nucleares de baja vida y menos radiactivos en comparación con los residuos de fisión, siendo en su gestión más manejables y no suponiendo un problema en el medio ambiente.
- El bajo riesgo de que se produzca un accidente nuclear. Debido a las condiciones y procesos involucrados en la fusión nuclear, esta no puede producir una reacción en cadena, por lo que los riesgos de fusión descontrolada o liberación masiva de radiación son inherentemente más bajos.
Desafíos de la fusión nuclear
La Oficina de Responsabilidad del Gobierno de Estados Unidos (GAO) (GAO, 2023), realiza una estimación de entre 10 años y varias décadas para la superación de diferentes desafíos como:
- Las dificultades tecnológicas a las que hacer frente para su desarrollo.
- El confinamiento del plasma, que es extremadamente difícil de mantener.
- La producción de tritio como desafío en sí mismo.
- Los materiales y componentes resistentes de los reactores.
- La gestión de los residuos para minimizar los posibles impactos en las poblaciones y en el medio ambiente.
- El coste, tiempo y complejidad de esta energía que la puede hacer poco competitiva en la actualidad frente a otras energías renovables.
Factores como la gran cantidad de energía, la operación de manera continuada y la nula emisión de gases GEI, hacen que la energía nuclear siga siendo una opción viable y poderosa dentro de la mezcla energética global, especialmente cuando se busca un balance entre producción eficiente y reducción de emisiones. Es importante destacar la necesidad de complementar diversas fuentes de energía para alcanzar un sistema energético sostenible y confiable, en el que la energía nuclear puede jugar un papel crucial junto a las energías renovables.
Así pues, para maximizar los beneficios y minimizar las desventajas de la energía nuclear, es importante investigar más la fusión nuclear que ofrece una promesa aún mayor que la fisión: proporcionando mayor seguridad, abundancia de combustible, limpieza ambiental, potencial inagotable y la misma o más generación de energía.
*Fuente de la fotografía de la cabecera: Robert Mumgaard, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
