Dos proyectos de fusión nuclear planean ya plantas piloto de generación de energía

Durante décadas, el sueño de imitar al Sol para obtener una fuente de energía segura, limpia y casi inagotable a partir de la fusión nuclear (liberación de energía mediante la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar otro) se ha dormido en los laboratorios. Siempre quedaban 30 años para convertirlo en realidad. Pero las expectativas han cambiado. Los responsables de dos de los prototipos más avanzados de Europa, uno en Reino Unido y otro en España, aseguran haber alcanzado desarrollos suficientes para contar con plantas piloto de generación de energía neta (que entrega más que la que necesita) en 10 años, en el caso español, y en 15 para el proyecto británico.

El prototipo de reactor de fusión nuclear Smart (Small Aspect Ratio Tokamak), liderado por la Universidad de Sevilla (US) y en el que participa un consorcio internacional, consiguió hace un año arrancar el dispositivo, generar plasma (el combustible del reactor), elevar su temperatura a unos 10 millones de grados y mantenerlo durante el doble de tiempo del previsto. Fue el primer paso para acelerar la carrera. Recientemente ha recibido una subvención excepcional de ocho millones de euros, procedentes del Programa Andalucía FEDER, para equipamiento científico y técnico y la construcción de la infraestructura necesaria para operar el tokamak.

Smart ha pasado de ser un proyecto de investigación a uno de desarrollo de tecnología clave para el reactor de fusión más compacto posible

Manuel García Muñoz, físico de la Universidad de Sevilla y codirector del Tokamak Smart

“Smart corre y crece a pasos agigantados. Ha pasado de ser un proyecto de investigación a uno de desarrollo de tecnología clave para el reactor de fusión más compacto posible”, afirma Manuel García Muñoz, físico de la Universidad de Sevilla, excientífico titular del Max-Planck alemán y codirector del tokamak que se desarrolla en la capital andaluza.

La singularidad del proyecto español le hace ser algo más optimista que los responsables del desarrollo británico, que auguran una primera planta piloto en 2040. García Muñoz adelanta en un lustro este horizonte, si el apoyo institucional y financiero se acompasa, por un planeamiento distinto al de los grandes proyectos. El Smart apuesta por un diseño compacto, económicamente viable y tecnológicamente factible gracias a un diseño esférico, más eficiente en menos volumen; los imanes superconductores de alta temperatura (HTS), claves para reducir costes y aumentar el campo magnético en espacios más reducidos; y la triangularidad negativa del plasma, una geometría del combustible que mejora el rendimiento y alarga la vida útil del reactor.

La segunda fase del tokamak, que ya ha comenzado, añade una h a su nombre (hSmart) porque alcanzará temperaturas superiores a 100 millones de grados Celsius (10 veces más que en el arranque), un hito indispensable para conseguir la energía neta y alcanzar una potencia de fusión térmica de aproximadamente 650 MWt y una generación eléctrica de unos 200 MWe, suficiente para abastecer a más de 300.000 hogares de una ciudad media europea.

El proyecto SMART se integra en la estrategia Fusion2Grid, que busca acelerar la conexión a la red de los primeros reactores en colaboración con la comunidad internacional, tanto pública como privada, y en sinergia con el proyecto IFMIF-DONES en Granada.

Eleonora Viezzer, profesora de la Universidad de Sevilla y codirectora del laboratorio Plasma Science and Fusion Technology (PSFT), también ha obtenido una ERC Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación. Es su tercer proyecto del programa - tras una ERC Starting Grant (2018) y una Consolidator Grant (2023) - un hito que la sitúa como referente internacional en física de plasmas y energía de fusión, informa la US. El PSFT alcanzó en 2024 otro logro excepcional al recibir una ERC Advanced Grant, lo que lo convierte en el laboratorio de fusión con más ERC en Europa.

La nueva ayuda, dotada con 2,4 millones de euros para cinco años, financiará el proyecto Turbo4energy, centrado en uno de los problemas clave de la física de plasmas: la interacción onda-partícula, proceso que gobierna la estabilidad y el transporte de energía y partículas en los reactores de fusión.

Los plasmas impulsan los fenómenos más energéticos del universo y son esenciales para lograr energía de fusión limpia y sostenible en la Tierra. En 2021, el equipo de Viezzer obtuvo una medición pionera de interacciones onda-partícula provocadas por fluctuaciones del plasma. Sobre esa base, Turbo4energy desarrollará nuevas técnicas de imagen capaces de medir al mismo tiempo iones y electrones con una precisión espacio-temporal sin precedentes.

Paul Methven, director general del proyecto británico STEP Fusion, cree que ellos también estarán en el podio de esta competición. “Hay una carrera global y el valor económico es en cierto modo lograrlo pronto”, admite. Y asegura estar en buena posición. “Tenemos la base para decir cómo llegaremos a una planta comercial de fusión viable. Hemos pasado de la fase inicial de concepto para hacer el diseño detallado y el trabajo de ingeniería. Luego, entraremos en construcción a principios o mediados de 2030 y la fase de puesta en marcha y operaciones será en 2040”, detalla en un encuentro organizado por Science Media Centre.

Tenemos la base para decir cómo llegaremos a una planta comercial de fusión viable. Hemos pasado de la fase inicial de concepto para hacer el diseño detallado y el trabajo de ingeniería

Paul Methven, director general del proyecto británico STEP Fusion

Una clave de la fusión está en la ínfima cantidad de material necesario para generar una enorme cantidad de energía sin riesgo y prácticamente sin desechos. “Aproximadamente un gramo de deuterio y tritio, menos que la mantequilla que has untado en tu tostada esta mañana, es suficiente para darte 340.000 millones de julios de energía. Se trata de la electricidad que haría falta para conducir un coche eléctrico durante una distancia equivalente a la que hay hasta la luna”, explica Howard Wilson, director de Ciencia y Tecnología de Step Fusion.

Su proyecto se fundamenta en los logros alcanzados en las instalaciones de investigación Joint European Torus (JET) situada en Oxfordshire, donde se consiguieron generar, con una reacción sostenida durante cinco segundos, el récord de 59 megajulios (MJ) de energía de fusión, tres veces más que el récord alcanzado en el mismo complejo en 1997.

El modelo persigue la misma meta que el hSmart, la creación de un reactor compacto, con un campo magnético más eficaz para contener el plasma, de fácil mantenimiento y de menor coste que los grandes proyectos. Este tiene que alcanzar temperaturas de unos 150 millones de grados en una jaula magnética capaz de mantener el plasma.

Amy Gandi, jefa de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Autoridad de Energía Atómica de Reino Unido (UKAEA), explica un elemento común para ambos proyectos: el “alimento de las centrales de fusión”. “Como fuentes de combustible usaremos deuterio y tritio. El deuterio podemos obtenerlo fácilmente del agua de mar. Pero hay muy poco tritio en la Tierra, así que tendremos que fabricar el nuestro”, explica para detallar que ya trabajan en un sistema para transformar litio en tritio y en partículas alfa (núcleos de helio sin electrones).

El otro desafío, también común en los dos proyectos, es la protección de la jaula magnética frente a los procesos de fusión. “Afortunadamente, podemos controlar el plasma, así que solo tenemos que diseñar o elegir materiales que resistan unos 1.000 o 1.300 grados”, precisa. Como material más cercano al plasma de fusión, la zona que Gandi denomina como “primera pared”, el proyecto utiliza ahora tungsteno, que admite temperaturas cercanas a los 3.500 grados.

El dispositivo que se desarrolla en la Universidad de Sevilla también recurre a electroimanes superconductores de alta temperatura, pero opera con triangularidad negativa del plasma (forma de D invertida). Esta característica permite obtener el mismo confinamiento de plasma con la mitad de potencia externa, algo fundamental para la eficiencia del sistema. El resultado es un reactor capaz de alcanzar mayor presión y temperaturas de fusión con las que generar hasta diez millones más de energía por gramo que con combustibles fósiles.

En esta compleja carrera hacia la fusión solo habrá ganadores, porque la investigación invertida y las posibles aplicaciones de los desarrollos ya suponen avances. En este sentido, Paul Methven señala: “Nadie sabe cuál será el caballo adecuado, pero tengo la sensación de que no habrá solo un caballo con tecnologías complejas, sino muchos que pueden ser válidos y pueden tener diferentes aplicaciones”. “Se están explorando opciones en todo el mundo y hay muchas tecnologías comunes a todos esos diseños, así que hay cosas que estamos desarrollando que serán igualmente aplicables a otros enfoques”, añade Howard Wilson.