La energía de fusión

«La energía de fusión será la mayor industria del planeta»

Steve Cowley, director del programa de fusión británico asegura que su importancia será máxima en 30 años

EFE

Día 23/06/2012 - 12.39h

ARCHIVO

«La energía de fusión será la mayor industria del planeta»

Steve Cowley, director del programa de fusión británico asegura que su importancia será máxima en 30 años

EFE

Día 23/06/2012 - 12.39h

¿Podrá la energía de fusión salvar el mundo?

Físicos dan un nuevo paso para lograr la fusión

Aunque todavía está en un estado incipiente de desarrollo, la gran esperanza energética del futuro de la humanidad pasa por la fusión nuclear. Según Steve Cowley, director del programa de fusión británico y asesor del primer ministro británico David Cameron, esta tecnología "segura, limpia e inagotable", será en pocos años la mayor industria planetaria. Por eso pide a Europa que mantenga una apuesta firme por ella.

En una entrevista con Efe, Steve Cowley, miembro del Council for Science and Technology, asegura que la fusión será "la energía del futuro".

Cowley ha participado esta semana en Madrid en un seminario organizado por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), una instalación española puntera en la investigación de esta energía.

Actualmente, el ochenta por ciento de la energía que se consume en el mundo procede de combustibles fósiles, un negocio que mueve anualmente más de seis billones de dólares al año, según Cowley. Sin embargo, estos combustibles son limitados, muy contaminantes y responsables de la mayor parte de las emisiones de CO2 a la atmósfera. El resto del pastel energético (cerca del veinte por ciento) se reparte entre la energía nuclear y las renovables (solar y eólica).

No obstante, sustituir los combustibles fósiles por energía nuclear y renovables es imposible, porque muchos países han rechazado la nuclear por insegura, y la energía solar es muy cara, explica el investigador. La energía nuclear de fusión, sin embargo, "es perfecta" porque, a diferencia de los combustibles fósiles, "no contamina", no provoca problemas medioambientales y, al contrario que la nuclear, "no es radiactiva, ni genera residuos de larga duración".

La energía de fusión reproduce las reacciones que tienen lugar en las estrellas, que utilizan el hidrógeno como combustible. Para recrear esa fusión, se usan dos isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio), un gas que a 200 millones de grados centígrados se convierte en el cuarto estado de la materia, el llamado "plasma".

El plasma, confinado en un campo magnético, produce una energía que "aún es muy cara de obtener y que además sólo sabemos hacer a gran escala, con máquinas grandes, y un elevado coste económico". De momento esta técnica consume diez veces más energía de la que genera.

La apuesta internacional

Para demostrar la viabilidad científica y técnica de la energía nuclear de fusión, se creó un consorcio internacional para construir un reactor experimental denominado ITER. La UE (responsable del 45 por ciento de la inversión), Japón, China, India, Corea, Rusia y EEUU, construyen en Cadarache (Francia) el prototipo, que se estima que costará al menos 12.000 millones de euros.

"En 2025, ITER llevará a cabo un experimento histórico. Para entonces la mayor parte de los problemas técnicos y retos actuales estarán solucionados y se demostrará que la fusión es viable", asegura Cowley. Fusionar átomos ya se ha hecho muchas veces, lo difícil es extraer, de manera controlada, más energía de la que se introduce en el sistema.

"Para entonces, Europa debería estar a la cabeza de la investigación de esta tecnología porque si logramos construir plantas productoras para el resto del mundo, será la mayor la mayor industria del planeta, la que sustituirá al gas, al petróleo, etc".

Industria y medio ambiente

Eso sí, advierte Cowley, hasta que la energía de fusión sea una realidad, habrá que construir más centrales nucleares. "Tomemos como ejemplo a Alemania. Es un país antinuclear que intenta consumir sólo renovables. El riesgo es que si la energía sale más cara, la industria se vuelve poco competitiva y entonces se traslada a lugares con energía fósil o nuclear, donde la producción es más rentable y la energía más barata".

Así que, dada la alta dependencia de la industria moderna con el precio de la energía, "Alemania está perdiendo competitividad, y si Alemania se equivoca, la UE se hundirá".

Además, lamenta Cowley, "eso no ayuda al planeta porque la industria no deja de contaminar, simplemente se traslada a lugares donde se le permite hacerlo. Así que hay que asegurarse de que ayudamos al planeta de manera sostenible y, al mismo tiempo, que la economía de la UE sea competitiva"

Fusión y fisión nuclear

FISIÓN:
Es el proceso utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, y de acuerdo con la teoría de Albert Einstein se desprende una cantidad de Energía que se puede calcular mediante la expresión E = m C² Para romper un átomo, se emplea un neutrón porque es neutro eléctricamente y por tanto, al contrario que el protón o las partículas alfa, no es repelido por el núcleo. El neutrón se lanza contra el átomo que se quiere romper, por ejemplo, Uranio-235. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, como este último átomo es sumamente inestable, se divide en dos átomos diferentes y más ligeros (por ejemplo Kriptón y Bario o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (el número de neutrones desprendidos depende de los átomos obtenidos, supongamos como ejemplo 3 neutrones). Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generandose de esta forma una reacción en cadena.
Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3ⁿ átomos, donde n indica 1ª, 2ª, 3ª,..., reacción. n Nuclear del ~tomo de Uranio-235, liber~ndose 2 neutrones, Xenon, Estroncio y Energ-a" src="http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/fision.gif" width="443"> Otra reacción nuclear de fisión que ocurre en muchos reactores nucleares es:
²³⁵₉₂U + n _® ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3n + EnergíaEn las centrales nucleares el proceso se modera, evitando la reacción en cadena, para generar energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica. El proceso básico es el siguiente: Como combustible se utilizan barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235.
El Uranio natural es mayoritariamente U-238, el que es fisionable es el U-235, que es un 0.71% del Uranio que se encuentra en la naturaleza, de ahí que solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235.
Las barras con el U-235 se introducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. En el proceso, se desprende energía en forma de calor. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y esta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas, haciéndolas girar. Estas a su vez, hacen girar un generador eléctrico, produciendo así electricidad. Lógicamente, no se aprovecha toda la energía obtenida en la fisión, parte de ella se pierde en calor, resistencia de los conductores, vaporización de agua, etc.
Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al introducirse, absorben neutrones, y disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía. Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión. Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se pararía el reactor.
El reactor se refrigera, para que no se caliente demasiado, y funda las protecciones, incluso cuando este esté parado, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente. En el siguiente esquema, se muestra cómo trabaja una central nuclear, según lo explicado anteriormente:

A continuación el plano de una central nuclear, que verifica el esquema anterior. FUSIÓN:

La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.
La fusión, es un proceso natural en las estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a su elevadísima temperatura interior.
Las estrellas están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a Helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre productos y reactivos es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayor que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que hace aumentar la velocidad de los átomos.
La primera reacción de fusión artificial, tuvo origen en la investigación militar, fue una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), para obtener la temperatura adecuada que inicia el proceso de fusión (unos 20 millones de grados centígrados) se utilizó una bomba atómica.

Ejemplos característicos de reacciones de fusión son los siguientes:
²₁D + ²₁D _®³₁T + ¹₁H + 4.03 MeV²₁D + ²₁D _® ³₂ He + n + 3.27 MeV²₁D + ³₁T _®⁴₂He + n + 17.6 MeV

Un nuevo paso hacia la fusión nuclear, en Gipuzkoa

Investigadores de CEIT-IK4 crean un nuevo material, clave para el desarrollo de los futuros reactores que reproducirán la energía del sol.

Donostia, 30 de marzo de 2009.

El aprovechamiento de la fusión nuclear para producir energía es el sueño de muchos años. En el futuro, cuando se domine, las compañías eléctricas podrán contar con un nuevo tipo de suministro prácticamente inagotable, seguro, barato y respetuoso con el medio ambiente. De hecho, el interés de la comunidad científica internacional es creciente y ya se ha comenzado a construir un dispositivo denominado ITER en Cadarache (sur de Francia), que servirá para estudiar la viabilidad científica y tecnológica de los futuros reactores comerciales de fusión.

Dentro de este proceso de investigación y desarrollo hacia la fusión, un equipo de investigadores de CEIT, en colaboración con TECNUN-Escuela de Ingenieros de la Universidad de Navarra, ha conseguido desarrollar una pieza clave para la zona más crítica del ITER y de futuros reactores de fusión. Se trata de un nuevo material basado en grafito con adiciones de titanio, cuyas propiedades hace que resista las condiciones extremas al que se verá sometido durante la producción de energía a partir de la fusión nuclear, al ser expuesto a un plasma de hidrógeno a temperaturas de cientos de millones de grados.

Nerea Ordaz, Inmaculada López and Carmen García-Rosales

Este nuevo material puede contribuir a resolver así uno de los principales problemas para la actividad de los futuros reactores de fusión, ya que posee una alta conductividad térmica, una elevada resistencia a la erosión por bombardeo de partículas procedentes del plasma de fusión y es capaz de aguantar fortísimas cargas térmicas. La investigación liderada por científicos del Departamento de Materiales del CEIT forma parte del proyecto europeo EXTREMAT que integra a 37 centros de investigación de 13 países europeos y cuenta con una inversión de 17 millones de euros.

Las eventuales ventajas que ofrecerán las centrales de fusión son su mayor seguridad (ya que no serán posibles catástrofes como la de Chernóbil en 1986), no produce residuos de alta radiactividad, no emite gases de efecto invernadero y el combustible es prácticamente inagotable.