La Universidad de Sevilla presenta un reactor de fusión nuclear para conectar a la red eléctrica en 10 años

El sistema energético actual tiene próxima su fecha de caducidad. Las reservas de fuentes fósiles no renovables son insuficientes para las crecientes demandas, las políticas de descarbonización lo hacen obsoleto y las crisis sucesivas lo tensionan hasta límites inéditos. El futuro pasa por una mezcla de fuentes renovables y la fusión nuclear, la generación de energía a partir de la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar otro núcleo. Es imitar al Sol para disponer de una fuente inagotable, no contaminante y segura. “Con un vaso de agua se abastecerá de energía a una familia durante 80 años”, asegura Eleonora Viezzer, integrante del departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla (US) y fundadora del grupo Ciencias de Plasma y Tecnologías de Fusión junto con el profesor Manuel García Muñoz. Ambos han participado hoy en la presentación de un tokamak, un reactor para la fusión de partículas de plasma instalado en el puerto de la capital andaluza para conectarse a la red eléctrica tras tres fases que se ejecutarán a lo largo de 10 años. La inversión inicial supera los cinco millones de euros.

El proyecto que ha incorporado Sevilla a esta carrera energética se denomina Fusion2Grid y en él participan la Universidad de Princeton, el Instituto de Física del Plasma de esta, General Atomics (California, EEUU), el Centro para Energía de Fusión de Culham (Reino Unido), el consorcio europeo de fusión EUROfusion, la Universidad de Seúl y Skylife, una empresa surgida de la US y responsable de las bobinas. Este equipo ha desarrollado el tokamak de confinamiento magnético SMART (acrónimo en inglés de Small Aspect Ratio 

Este reactor confina el plasma de fusión (combustible) a temperaturas de hasta 100 millones de grados Celsius y altas presiones. Se utiliza deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno más pesados y que se pueden extraer del agua del mar (deuterio) o de la corteza terrestre (tritio). Al fusionarse, se crea una nueva partícula (Alfa) que es helio y libera una energía de 17,6 mega-electrón voltios [MeV]. Según explica Viezzer, premio Princesa de Girona de Investigación, una cantidad de deuterio y tritio similar a la que cabe en una cucharilla de café (2,5 gramos), por ejemplo, puede generar una cantidad similar de energía a la que produciría un campo de fútbol lleno de carbón en combustión.

El tokamak funciona a partir de la inyección de un haz de partículas neutras a alta energía para acceder al modo-H, de alto confinamiento, que se caracteriza por la formación de una barrera muy fina donde el transporte de energía y de partículas es más reducido que en el modo-L utilizado en otros reactores. Este modo-H produce altos gradientes de presión necesarios para la fusión y, consecuentemente, para aumentar la potencia del reactor.

Pero este proceso de alto confinamiento, al registrar gradientes de presión en el borde tan altos, genera perturbaciones magnetohidrodinámicas que producen altas cargas térmicas intermitentes en las paredes del reactor, conocidas como Edge Localized Modes (ELMs). Para afrontarlas y conseguir el equilibrio de fuerzas (compensación de la presión del plasma con los campos producidos por las bobinas y el propio combustible), el dispositivo de la US se ha diseñado como un tokamak esférico compacto, diferente al diseño tradicional en forma de rosquilla, con electroimanes superconductores de alta temperatura y que opera con triangularidad negativa del plasma (forma de D invertida). Esta última característica se traduce en la capacidad de obtener el mismo confinamiento de plasma con la mitad de potencia externa, algo fundamental para la eficiencia del sistema. “Más electricidad con menor coste”, resume García Muñoz. El inconveniente es que aún no se ha estudiado la estabilidad del plasma con este modelo.

El resultado es un reactor que, por primera vez en el mundo, utilizará esta triangularidad negativa, más compacto, eficiente y robusto, capaz de alcanzar mayor presión y temperaturas de fusión con las que generar hasta diez millones más de energía por gramo que en la combustión de combustibles 

Con este reactor, Sevilla se incorpora a una carrera por la fusión nuclear que ya ha alcanzado el hito necesario para hacerla eficiente: generar más energía que la que necesita para el proceso, lo que se conoce como ganancia neta. Lo consiguió el pasado diciembre un equipo científico estadounidense en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, donde 192 haces de láser se concentraron en un plasma de hidrógeno del tamaño de un “grano de pimienta” para generar tres megajulios de energía empleando solo dos.

En este maratón científico hay muchos corredores. El Reino Unido espera disponer del primer prototipo de reactor en 2032 y el ITER (el consorcio de tres continentes que construye el mayor complejo en Francia) lucha por mantener los plazos dentro de esta década. El grupo energético italiano Eni, en colaboración con el Massachusetts Institute of Technology (MIT), asegura que “dispondrá de una primera planta en Estados Unidos en 2025″, según Mónica Spada, jefa de Investigación e Innovación Tecnológica de la compañía italiana. Madrid cuenta con un reactor de tecnología diferente (TJ II Stellarator) al de Sevilla en el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.

La Universidad sevillana también ha participado en un reciente récord de generación de energía por fusión: 59 megajulios durante cinco segundos. El experimento, del consorcio EUROFusion, se llevó a cabo en el dispositivo europeo Joint European Torus (JET), ubicado en Oxford y que supone la mayor instalación de fusión por confinamiento magnético actualmente en operación a nivel mundial. Pero el resultado arrojó una energía que suponía un 70% de la empleada para generarla.