Nuevas fuentes de energías

 El Modelo Estándar

Fusión de Deuterio con Tritio produciendo helio^-4 liberando un neutrón, y generando 17,59 MeV de energía, como cantidad de masa apropiada convertida de la energía cinética de los productos, de acuerdo con E = Δm c^2. En física nuclear , la fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

                                                                             Instalación para fusión nuclear

Este proceso puede liberar enormes cantidades de energía. Sin embargo el proceso no es tan simple, requiere de una enorme energía de activación a una temperatura del orden de los millones de grados. De haber esta energía, surge otra dificultad: la estructura material de un reactor puede fundirse a tan elevada temperatura.

Dentro de unos treinta años estaremos en el camino correcto, la energía de fusión sería una realidad que estará en plena expansión de un comenzar floreciente. Sin residuos nocivos peligrosos como las radiaciones de la fisión nuclear, la fusión, nos dará energía limpia y barata en base a una materia prima muy abundante en el planeta Tierra.

Nuestro Sol fusiona Hidrogeno en Helio a razón de 4.654.600 toneladas por segundo. De esta enorme cantidad de Hidrógeno, 4.650.000 toneladas se convierten en Helio. Las 4.600 toneladas restantes, son lanzadas al espacio en forma de luz y calor, energía termonuclear de la que, una parte, llega al planeta Tierra y hace posible la vida.

Resulta pues que, el combustible nuclear de las estrellas es el Hidrógeno que mediante su fusión hace posible que genere tal enormidad de energía. Así lleva el Sol unos 4.500 millones de años, y se espera que, al menos durante un período similar, nos esté regalando su luz y su calor.

En energía nuclear llamamos fisión nuclear a la división del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones. La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta ‘falta’ de masas (alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein (E=mc²). En esta ecuación E corresponde a la energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es una constante, la de la velocidad de la luz: 299.792.458 m/s².

No debemos confundir la Fisión con la Fusión, la primera es la que se emplea en las Centrales nucleares para producir energía y, ya sabemos todo lo peligrosa que resulta (Japón, en sus propias carnes ha sufrido y sufre sus consecuencias), las radiaciones del Uranio y del Plutonio son fatales para la vida. Por el contrario, la fusión es limpia pero, por el momento, inalcanzable, y se están realizando intentos en proyectos como ITER.

Pero ¿tenemos Hidrógeno en el planeta Tierra para tal empresa? La verdad es que sí. La fuente de suministro de Hidrógeno con la que podemos contar, es prácticamente inagotable…

¡El agua de los mares y de los Océanos! Sólo se trata de elegir el lugar o lugares adecuados para construir las instalaciones y que no hagan daño alguno al convertir el elemento en energía. Es decir, lo contrario que hacen en las Centrales Nucleares.

Todos sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero y abundante del Universo. Está presente en el agua y en todos los compuestos orgánicos. Químicamente, el hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos. Fue descubierto por Henry Cavendisch en 1.776. El hidrógeno se utiliza en muchos procesos industriales, como la reducción de óxidos minerales el refinado del petróleo, la producción, de hidrocarburos a partir de carbón y la hidrogenación de los aceites vegetales y, actualmente, es un candidato muy firme para su uso potencial en la economía de los combustibles de hidrógeno en la que se usan fuentes primarias distintas a las energías derivadas de combustibles fósiles (por ejemplo, energía nuclear, solar o geotérmica) para producir electricidad, que se emplea en la electrolisis del agua. El hidrógeno formado se almacena como hidrógeno líquido o como hidruros de metal.

Bueno tanta palabrería y explicaciones solo tiene por objeto hacer notar la enorme importancia del Hidrógeno. Es la materia prima del Universo, sin él no habría estrellas, no existiría el agua y, lógicamente, tampoco nosotros podríamos estar aquí sin hidrógeno.

Si finalmente somos capaces de conseguir energía a través de la fusión nuclear, la Humanidad habrá dado un paso gigante hacia su futuro. Pero sigamos con las explicaciones. Cuándo dos moléculas de Hidrógeno se junta con una de Oxígeno (H₂O), tenemos el preciado líquido que llamamos agua y sin el cual la vida no sería posible.

Así las cosas, parece lógico pensar que, conforme a todo lo antes dicho, los seres humanos, deberán fijarse en los procesos naturales (en este caso el Sol y su producción de energía), y, teniendo como tiene a su disposición la materia prima (el Hidrógeno de los océanos), procurar investigar y construir las máquinas que sean necesarias para conseguir la fusión, la energía del Sol.

Lockheed Martin, el gigante de la industria aeroespacial, está haciendo todo lo posible para destruir uno de mis clichés científicos favoritos que dice que “la fusión nuclear será posible en tan sólo 30 años, y siempre será así”.

Esa empresa está ya en marcha y, como he dicho al principio de este comentario, posiblemente, en unos treinta años, sería una realidad que nos dará nuevas perspectivas para continuar el imparable avance en el que estamos inmersos. La energía, a lo largo de la historia, ha permitido elevar el nivel de vida del ser humano. La energía es la base de todo sistema económico, de ella depende el coste de todos los productos, desde un chicle a una limusina: a más escasez de energía, más cuesta ganarse la vida. El carbón, en primer lugar, posibilitó la extinción de la servidumbre; el petróleo, mientras fue abudante, logró que la economía mundial viviese su época dorada durante 1950-1973; la energía de fisión actual se presenta, a veces, como única alternativa. Sin embargo, todas estas energías tienen un vicio común: o son escasas o contaminan.

Tenemos que huir de esto, la Fisión nuclear no es la solución Pero no me gustaría cerrar este comentario sobre la fusión sin contestar a una importante pregunta… ¿por qué la fusión?

Porque tiene una serie de ventajas muy significativas en seguridad, funcionamiento, medio ambiente, facilidad en conseguir su materia prima, ausencia de residuos peligrosos, posibilidad de reciclar los escasos residuos que genere, etc. Los recursos combustibles básicos (deuterio y Litio) para la fusión son abundantes y fáciles de obtener.

• Los residuos son de helio, no radiactivos.
• El combustible intermedio, Tritio, se produce del Litio.
• Las centrales eléctricas de fusión no estarán expuestas a peligrosos accidentes como las centrales nucleares de fisión.
• Con una elección adecuada de los materiales para el propio dispositivo de fusión, sus residuos no serán ninguna carga para las generaciones futuras.
• La fuente de energía de fusión es sostenible, inagotable e independiente de las condiciones climáticas.

El objetivo principal de este trabajo es desarrollar una nueva fuente de energía a partir de la fusión de núcleos atómicos, lo que naturalmente se produce en el sol y en la mayoría de las estrellas.

Para producir la energía de fusión solo tenemos que imitar lo que hace el Sol. Tenemos que hacer chocar átomos ligeros de Hidrógeno para que se fusionen entre sí a una temperatura de 15 millones de grados Celsius, lo que, en condiciones de altas presiones (como ocurre en el núcleo del Sol) produce enormes energías según la formula E=mc² que nos legó Einstein demostrando la igualdad de la masa y la energía.

Claro que, el problema que surge en la fusión es que para que este tipo de reacciones se produzca se necesita un enorme aporte energético que logre que los nucleos venzxan la fuerza de repulsión que existe entre ellos (ambos cargados positivamente), y puedan universe. Este aporte energético se logra mediante el calor, aplicando temperaturas de millones de grados.

El problema comentado anteriormente proviene de la dificultad de conseguir un reactor nuclear que pueda aguantar esas temperaturas sin destruirse. El estado de la materia a fusionar a esta temperatura se denomina plasma, y su estructura atómica es un completo desorden en este punto. Sí, es verdad que estamos jugando con fuerzas muy poderosas, ¡querer imitar lo que hacen las estrellas!

Actualmente se está investigando en este tipo de reactores en un consorcio denominado ITER.

En líneas generales, la obtención de energía se consigue sometiendo átomos de hidrógeno a temperaturas de hasta cien millones de grados centígrados para que sus núcleos se fusionen.

Las altas temperaturas provocan la formación de un plasma cuyo enfriamiento hay que impedir, por lo que hay que mantenerlo confinado durante el tiempo necesario para alcanzar la fusión, y con ella, la creación de energía.

Los expertos llevan trabajando en este proyecto cerca de nueve años, con una inversión de 1.000 millones de euros.

Gráfico que muestra la enorme estructura del reactor de fusión ITER, actualmente en construcción cerca de Cadarache, Francia. Las dos formas que se están experimentando para poder confinar la materia a fusionar son el confinamiento magnético y confinamiento inercial.

• Confinamiento magnético: Se logra crear y mantener la reacción de fusión gracias a grandes cargas magnéticas.
• Confinamiento inercial: El calentamiento se obtiene mediante láseres y el confinamiento del plasma con la inercia de la materia que se encuentra en el interior.

Todas las respuestas a nuestras necesidades están en la Naturaleza. Sin embargo, debemos ir con exquisito cuidado, tantear suavemente los resortes que nos puedan llevar a conseguir las respuestas deseadas, ya que, no podemos jugar a ser dioses cuando sólo somos humanos, y, existen fuerzas que ni podemos imaginar. Tratar de buscar soluciones…Sí, hacerlo de cualquier manera…No.

Para obtener energía limpia y barata, se ha estudiado todo.

“El proceso triple alfa es el proceso por el cual tres núcleos de Helio (partículas alfa) se transforman en un núcleo de carbono. Esta reacción nuclear de fusión solo ocurre a velocidades apreciables a temperaturas por encima de 100 000 000 kelvin  y en núcleos estelares con una gran abundancia de helio. Por tanto, este proceso solo es posible en las estrellas más viejas, donde el helio producido por las cadenas protón-protón y el ciclo CNO se ha acumulado en el núcleo. Cuando todo el hidrógeno presente se ha consumido, el núcleo se colapsa hasta que se alcanzan las temperaturas necesarias para iniciar la fusión de helio.”

                           Pero en el proceso de la fusión Solar está la respuesta

¿Te imaginas una fuente de energía limpia, barata y casi inagotable? ¿Que utilizara agua como combustible y no produjera ningún tipo de residuo? Son estos sueños los que alimentan la esperanza de la fusión nuclear. Pero, ¿es factible? Pues parece ser que todavía no pero, estamos en el camino.

El ojo humano tiene sus limitaciones para ver, sin embargo, la imaginación no tiene barreras y, a lo largo de la historia de la Humanidad se han dado pruebas de lo lejos que pueden llegar nuestros pensamientos. Hasta no hace mucho se creía imposible que se pudieran lograr muchos de los avances que ahora, nos parecen cosas cotidianas, y, en el futuro no muy lejano, es posible que podamos gozar de esa energía limpia y de contaminación ausente que nos pueda abrir el camino hacia una nueva era. Nuestra Casita Azul necesita que la cuidemos y, un paso muy importante para ello sería…La Fusión Nuclear.

De todas las maneras y a pesar de lo mucho que nuestras mentes pueden imaginar, no será fácil lograr,  aquí en la Tierra el mismo proceso que se produce en nuestro Sol, y, tantas dificultades se presentan para ello que, por eso, muchos hablan de la fusión fría.

¿Podeis imaginar que pudiéramos producir en la Tierra 15 millones de grados de temperatura? ¿Qué máquinas podrían soportarlo? y, desde luego, aislar esas instalaciones del exterior para que el calor no saliera y se produjera una debacle de proporciones inmensas…no parece nada fácil tampoco. Habrá que esperar y seguir trabajando sin desmayo, nuestro futuro lo necesita.

emilio silvera