El problema de la obtención energética
Uno de los grandes problemas de la sociedad, es la obtención de energía. Esto puede sonar absurdo para muchos, ya que estamos más que acostumbrados a tener energía en nuestras casas en todo momento, a menos que como mucho, haya una tormenta o tengamos alguna avería en nuestro edificio.
Pero la realidad está lejos de ser tan bonita y fácil. La civilización occidental cada vez necesita más energía, tanto en los medios de transporte como en las infraestructuras:
El gasto más grande de energía lo supone, de lejos, el transporte. Podemos ver como el petróleo constituye la primera fuente de energía debido a que es el método de obtención energética más utilizado en coches (gasoil, gasolina), barcos, y aviones (queroseno). No obstante, cada vez se está abogando más por utilizar motores eléctricos, especialmente en los coches, que son de lejos el tipo de transporte más contaminante y que más petróleo gasta.
Con esta cuestión ante nosotros, podemos esperar que, o se mejora la obtención energética brutalmente, o en unas décadas, con este crecimiento acelerado por la adaptación del transporte particular a los motores eléctricos, tengamos serios problemas energéticos. Si ya ahora estamos aumentando nuestras necesidades energéticas cada año, podríamos esperarnos un aumento todavía mayor de dichas necesidades.
Energía, contaminación y demás peligros
Así como consumimos energía de fuentes no renovables, aparece otro nuevo problema: la contaminación. Nuestro método principal de obtención de energía a nivel mundial, no son las renovables, ni la energía nuclear de fisión, ni nada de eso. Es el carbón:
Esto es un dato preocupante, porque el carbón es altamente contaminante. Aún por encima, la segunda fuente más importante es el gas natural, que aunque podamos argumentar que es más limpio, también se trata de un combustible contaminante y, desde luego, una forma de energía no renovable. Algún día se acabará, al igual que el petróleo. Por tanto tenemos una situación bastante mierdosa: no sólo se terminarán nuestras fuentes principales de energía, sino que también suponen un importante problema para el planeta, los animales, y nosotros mismos:
Vamos, que estamos jodidos. Dada esta situación, surje la necesidad de adoptar algún tipo de obtención energética que pueda utilizarse durante muchos años sin que se acabe el recurso natural a utilizar, y que no contribuya a la contaminación. Aparte, necesitamos que ese nuevo método de obtención genere una gran cantidad de energía, ya que en un cierto plazo, nuestros principales medios de obtención de energía, quedarán obsoletos por falta de materia prima. Es entonces donde nace la energía nuclear de fisión.
En la fisión nuclear, básicamente, generamos una reacción nuclear controlada, en la que rompemos átomos para extraer una gran cantidad de energía. Este tipo de reacciones deben estar correctamente monitorizadas para que no se descontrole la reacción y se funda el núcleo, algo que ha pasado ya en Chernobyl y Fukushima y nos ha traído muchos, muchos problemas.
La energía nuclear de fisión tiene muchos puntos buenos: la materia prima es durable y hasta se puede reutilizar (como hacen en Francia), y llevada de la forma correcta, es limpia. Pero tiene dos inconvenientes: los residuos nucleares, tan difíciles de almacenar de forma segura durante miles de años, y el enorme peligro que conlleva una de estas centrales. Imaginaos ahora que cogen y hacen un atentado en una central nuclear francesa; los daños pueden ser catastróficos, y no se puede evitar apagando el reactor antes, pues se puede tardar meses, sino años, en apagar completamente un reactor nuclear y cesar la reacción controlada.
Es por esto, que la energía de fisión está bien para mientras no surja algo mejor, pero sin duda, no podemos tratar de depender de ella indefinidamente. Sería un error de libro que puede mandar a toda la especie al garete, sin ningún tipo de exageración de por medio.
Energías renovables
Aquí entra en juego la apuesta de estas décadas: las energías renovables. Torres eólicas, parques solares, pequeñas placas fotovoltaicas, centrales de energía mareomotriz, centrales hidroeléctricas, etc... Constituyen una importante parte de nuestra obtención de energía, y en algunos países ya está siendo un importante punto de obtención de energía. En España en 2013, la energía eólica fue la primera fuente de energía, y en algunos países como Costa Rica sólo se utilizan energías renovables.
Está claro que éstas son la mejor opción para instalar sistemas energéticos para particulares, o para ir sustituyendo poco a poco las energías convencionales por las renovables. Pero son caras, poco eficientes en cuanto a precio-energía producida, y generalmente son situacionales (la mareomotriz depende del oleaje, la eólica de la velocidad del viento, la hidroeléctrica del caudal del un río, la solar de si hay nubes...).
Es por eso, que quizá pequemos de ilusos si pensamos que este tipo de energía será capaz de suplir toda la demanda energética no sólo actual, sino la que nos quede una vez prescindamos completamente del petróleo y el carbón. Esto es completamente impensable.
Entonces, recapitulemos en qué necesita un sistema de obtención de energía para solucionar los problemas a los que nos enfrentamos:
- Tiene que ser limpio.
- Tiene que ser renovable; que su materia prima no se agote en, por lo menos, decenas de miles de años.
- Debe producir una gran cantidad de energía para suplir la demanda energética.
- Ha de ser seguro en caso de accidente.
Y qué mejor para esto, que la fusión nuclear.
La energía de las estrellas
La energía de fusión sienta sus bases en el funcionamiento de las estrellas. Éstas bolas de gas (principalmente hidrógeno) de un tamaño descomunal (del orden de varios cientos de miles de tierras para las más pequeñas, y miles de millones de tierras para las más grandes), cuya masaes tan sumamente brutal, que colapsan en su centro. Toda la materia de la estrella es atraída al centro del mismo modo que lo es toda la materia de la Tierra sobre su centro, sólo que la presión en el núcleo, lógicamente es de varios órdenes de magnitud más alta. Si ya en la Tierra a cierta profundidad la roca se funde en magma, ¿cómo os imagináis que será la presión en el centro de una estrella?
He ahí la gracia. En el núcleo de las estrellas, hay tanta presión (y por tanto calor), que los átomos se fusionan entre sí, en un proceso que extrae una parte importante de la energía de ambos átomos, y lo expusla en forma de fotones altamente energéticos:
Esos fotones contienen una cantidad enorme de energía. Mucha mayor que la que podemos obtener de la fisión, sin generar residuos radiactivos, sin peligrar toda nuestra especie si un reactor se va a tomar por culo, sin dificultades para parar la reacción, con una gran facilidad para conseguir el combustible (hidrógeno, fácil de obtener a partir de hidrólisis del agua), y sin contaminación alguna. Mucha, muchísima energía a cambio de 0 problemas.
Bueno, cero problemas una vez tengamos totalmente desarrollada la tecnología. Porque ahora mismo, constituye uno de los mayores dolores de cabeza de la comunidad científica e ingenieril.
El problema de la eficiencia
Como podéis imaginaros, dentro de una estrella hace mucho, mucho calor. Por lo que si nos da por recrear dichas condiciones para hacer que dos núcleos atómicos se fusionen, hará también mucho, mucho calor. Y esto es un problema: ¿cómo hacemos que ese material a alta tempratura (plasma) no derrita la estructura de contención?
Primero debemos comprender que el calor no es más que "vibración de las partículas" (nótese la simplicidad de la definición). Entonces, si no entramos en contacto con esas partículas, no nos transmitirán calor, ¿cierto? (más bien nos transmitirán pero poco, mediante radiación infrarroja). Hasta aquí todo correcto. Entonces, una posible solución es, simplemente, mantener el plasma en vacío y hacer que no toque las paredes de lo que lo contiene. Pero eso está lejos de ser una tarea simple.
Los electroimanes mantienen el plasma en suspensión, y requieren de una enorme cantidad de energía para mantener el plasma a raya. Esto tiene como consecuencia que el output final de energía sea menor, ya que una parte de la energía la perdemos simplemente manteniendo el plasma en suspensión.
A esto se le suma otro problema: generar dichas condiciones de temperatura para que los núcleos atómicos se fusionen, no es algo precisamente barato. En el ITER y los reactores de tipo Tokamak, a través de los electroimanes y láseres de alta potencia, consiguen calentar por inducción el plasma hasta una temperatura de 150 millones de Cº. Esto supone otro gran gasto de energía, como es lógico.
Para abaratar el input energético, se utiliza tritio y deuterio (dos isótopos de hidrógeno) ya que son los dos isótopos que requieren de menos temperatura para entrar en fusión. Esto, unido a varias técnicas que buscan optimizar al máximo la entrada en fusión, busca que, con la menor energía posible, consigamos generar toda la que podamos. Y después de varias décadas buscando maneras de volver este sistema más eficiente, se llegó al punto actual, donde ya disponemos de reactores experimentales capaces de generar más energía de la que consumen. Ese es el caso del Wendelstein 7-X Stellarator:
El futuro de la energía de fusión
El Wendelstein 7-X Stellarator es sólo el comienzo. Con lo que aprendamos de él, se construirá el ITER, uno de los mayores proyectos científicos y energéticos de la historia (sino el que más), y éste sí comenzará a proveer una buena dosis de energía al cableado público en Francia. No obstante, el ITER también será un reactor experimental, aunque desde luego uno más práctico y funcional, y que sí constituirá nuestro primer paso de gigante en este tema de la energía nuclear.
Este gran proyecto es de interés internacional, ya que conseguir controlar en su completitud la fusión, probablemente la energía pasaría a ser prácticamente gratuita, siendo el mayor coste a sufragar, la construcción de estos reactores (lo cual ahora mismo es una tarea súper compleja). Abaratar la energía, solucionar el problema del cambio climático, preparar el terreno para deshacernos del petróleo y el carbón, y dejar de preocuparnos por las centrales nucleares de fisión. ¿Cómo no le va a interesar a todo el planeta?
Las contribuciones al proyecto ITER vienen de numerosos países:
Esperemos que este campo siga avanzando y en unas pocas décadas, gocemos de energía limpia y abundante.
