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Energía nuclear de (con)fusión

¿Está la energía de fusión a la vuelta de la esquina? Va a ser que no.

1. Introducción


El 13 de diciembre de 2022, en un acontecimiento emitido en directo por el Departamento de Energía de los EEUU, se anunciaba al mundo entero que por primera vez los científicos de la National Ignition Facility que pertenece al Lawrence Livermore National Laboratory de California habían conseguido una ganancia neta de energía de fusión.

Para quien no sepa mucho del tema, El Mundo tiene un informe gráfico bastante claro: "El hito de la fusión nuclear, explicado para quien no sabe nada de física".

El método utilizado por este laboratorio es el de fusión por confinamiento inercial (ICF) mediante láseres (figura 1). En en este último experimento los potentes láseres suministraron 2,05 megajulios de energía a un muy pequeño contenedor con 10 miligramos de tritio y deuterio (isótopos de hidrógeno). El estallido del contenedor al vaporizarse comprime y calienta el contenido hasta que una parte del hidrógeno se fusiona formando hélio, liberando en este caso 3,15 megajulios de energía. El coeficiente energético en el plasma Q(p) es de 1,54 siendo la primera vez que se supera la unidad, es decir más energía producida que suministrada.

Figura 1. Esquema de las fases del confinamiento inercial utilizando láseres. Las flechas azules representan la radiación; las naranjas el estallido; las amarillas son la energía térmica transportada hacia el interior. Los rayos láser o los rayos X producidos por láser calientan rápidamente la superficie del blanco de fusión, formando una envoltura de plasma circundante. El combustible se comprime por el estallido del material caliente de la superficie. Durante la parte final de la implosión de la cápsula, el núcleo de combustible alcanza 20 veces la densidad del plomo y se inflama a 100.000.000 ˚C. La combustión termonuclear se propaga rápidamente a través del combustible comprimido, produciendo muchas veces la energía de entrada. Fuente: Wikipedia.
Figura 1. Esquema de las fases del confinamiento inercial utilizando láseres. Las flechas azules representan la radiación; las naranjas el estallido; las amarillas son la energía térmica transportada hacia el interior. Los rayos láser o los rayos X producidos por láser calientan rápidamente la superficie del blanco de fusión, formando una envoltura de plasma circundante. El combustible se comprime por el estallido del material caliente de la superficie. Durante la parte final de la implosión de la cápsula, el núcleo de combustible alcanza 20 veces la densidad del plomo y se inflama a 100.000.000 ˚C. La combustión termonuclear se propaga rápidamente a través del combustible comprimido, produciendo muchas veces la energía de entrada. Fuente: Wikipedia.

No hay que minimizar lo que sin lugar a dudas es un gran logro. Los primeros experimentos en fusión nuclear tuvieron lugar en 1958 con el Stellarator norteamericano y el Tokamak soviético. Sólo les ha llevado 64 años llegar a producir más energía de la que consume. La energía neta obtenida en el experimento es la misma que produce el quemar 38 gramos de carbón con un coste aproximado de un céntimo de euro.

2. ¿Cuánto ha costado llegar hasta aquí?


La financiación pública de EEUU en energía de fusión ha sido hasta la fecha de 36.600 millones de dólares (figura 2). Si asumimos que EEUU invierte el 60 % del total mundial podemos estimar la financiación pública global en 61.000 millones de dólares. El reactor experimental termonuclear internacional (ITER) gasta 2.000 millones de dólares cada año, ya ha multiplicado por cuatro su presupuesto y ha retrasado 15 años su primer encendido de plasma, de 2020 a 2035. La financiación privada es mucho menor, pero va creciendo. Bloomberg informa de 4.000 millones de dólares invertidos en 35 proyectos. Es razonable suponer que el total mundial supere ya los 70.000 millones de dólares.

Figura 2. Inversión de EEUU en energía de fusión desde 1954 en millones de dólares al año, ajustados por la inflación. La curva azul es el total, la roja la contribución al ITER, y la verde la inversión total menos la contribución al ITER. Fuente: Datos públicos elaborados en un trabajo de la Universidad de Stanford.
Figura 2. Inversión de EEUU en energía de fusión desde 1954 en millones de dólares al año, ajustados por la inflación. La curva azul es el total, la roja la contribución al ITER, y la verde la inversión total menos la contribución al ITER. Fuente: Datos públicos elaborados en un trabajo de la Universidad de Stanford.

Por lo tanto llegar a producir la energía de 38 gramos de carbón mediante fusión nuclear ha costado 64 años y unos 70.000 millones de dólares.

3. Un error interesado


Sabine Hossenfelder es una física alemana del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt especializada en gravedad cuántica. Ya tuve ocasión de hablar de ella en el artículo de los "Rendimientos decrecientes y costes crecientes en una ciencia menguante".

En un video en Youtube, Hossenfelder explica como los científicos que trabajan en energía de fusión mantienen una confusión interesada con respecto a la energía que se produce en un reactor de fusión, denominada Q, el cociente entre la energía que sale y la que entra y que cuando es mayor que 1 implica una ganancia de energía. El ITER pretendía producir 500 MW en 2025 (ahora 2035), a partir de 50 MW suministrados, o una Q de 10.

Esto hace que la gente crea que estamos cerca de producir electricidad de fusión, algo completamente falso. Por ejemplo, El Confidencial dice:
"El hecho de que se hayan producido 0,4 megajulios es un logro radical en esta carrera por obtener la energía infinita que hará que el mundo deje de depender de la especulación de la OPEP y las eléctricas, abaratando la energía para toda la humanidad y liberándonos de las emisiones de CO2 que afectan gravemente a todo el planeta".

Es difícil decir tantas tonterías en tan pocas palabras.

Hossenfelder explica que la fusión se consigue aumentando la temperatura y presión de un gas hasta que se convierte en un plasma contenido magnéticamente o inercialmente mediante láseres. La confusión que encontramos en la mayoría de los artículos sobre fusión es que la energía a que se refiere es al cociente de la que entra en el plasma y la que sale del plasma Q(p), pero si queremos construir un reactor, la que importa es la energía total que consume el reactor frente a la que produce, o sea el cociente total Q(t). El problema es que los reactores consumen muchísima energía que no va a parar al plasma, por lo que Q(p) es mucho mayor que Q(t). Tanto los láseres como la contención magnética y el mantenimiento del vacío necesario consumen muchísima energía. La otra cosa que casi nunca nos cuentan es que para producir energía utilizable el calor producido por la fusión hay que convertirlo en electricidad. Hossenfelder es optimista al citar un 50 % de factor de conversión. Un 40 % es más realista.

Tanto equívoco con algo tan sencillo e importante solo puede ser intencionado. Ya en 1988 un informe del Comité de Asesoramiento de las Opciones Científicas y Tecnológicas del Parlamento Europeo advertía que el uso del término equilibrio energético solo en el plasma estaba abierto a confusión y que debería usarse para el sistema completo porque es lo que permitiría usar la fusión como fuente de energía. El peligro de no hacerlo así podría llevar a perseguir objetivos erróneos y en el peor de los casos a un enorme desperdicio de recursos en un programa que no sea científicamente factible.

El resultado ha sido gastar decenas de miles de millones de dólares en aumentar el parámetro erróneo Q(p) en vez de Q(t). Los científicos de fusión nuclear engañaron a la Unión Europea diciéndole al comisionado de energía en 2002 que pretendían construir un reactor de fusión capaz de producir energía a escala industrial de 1.500 MW a partir de una potencia suministrada de 500 MW. No le explicaron que los 1.500 MW de potencia térmica se traducirían en 600 MW de electricidad, es decir el reactor solo produciría 100 MW netos. Y tampoco le dijeron que ya en 2001 el proyecto se había reducido en potencia de salida a un tercio, 500 MW, por lo que el reactor una vez en funcionamiento y si todo va bien, en vez de producir energía consumirá 300 MW netos. Una forma extremadamente cara de gastar energía.

El ITER consumirá energía incluso cuando no la esté produciendo, pero imaginando que está siempre funcionando y gasta 500 MW para producir 200 MW, su Q(t) = 0,4. Es 25 veces menos que el factor de 10 que normalmente se cita.

Con respecto al hito histórico de la National Ignition Facility en la que la Q(p) es de 1,54, los láseres consumen 100 veces más energía de la que transmiten al plasma (300 MJ), y convertir los 3,15 MJ de salida en electricidad los reduciría a 1.26. Su Q(t) es de tan solo 0,004, muy lejos del 1 necesario para que no sea un sumidero de energía en vez de una fuente.

Hossenfelder pone varios ejemplos sangrantes de cómo los científicos que trabajan en esto, y lo saben perfectamente, mienten al público y a los políticos encargados de aprobar los presupuestos sobre la capacidad de crear energía en estos experimentos. Hacen creer a la gente que hablan de Q(t) cuando en realidad hablan de Q(p), creando falsas expectativas sobre la capacidad de la energía de fusión para resolver los problemas energéticos del mundo. Hossenfelder concluye con un llamamiento a que termine la desinformación intencionada sobre la energía de fusión.

4. No habrá NUNCA una producción comercial de electricidad procedente de fusión nuclear


Hace más de 60 años que se dice que la energía de fusión está a tan solo 30 años de ser una realidad y está claro que, pese al anuncio del 12 de diciembre de 2022, dentro de 30 años seguirá sin ser una realidad.

Lo que se ha conseguido en 60 años es la parte fácil del problema, comprimir y calentar el gas hasta iniciar la fusión. Con la parte difícil ni siquiera se ha empezado. El premio Nobel Pierre-Gilles de Gennes dijo de la fusión nuclear: "Decimos que vamos a poner el sol dentro de una caja. La idea es bonita. El problema es que no sabemos como hacer la caja".

Para empezar no existe el combustible que necesita un reactor de fusión. No hay tritio ni para una planta piloto. Una central nuclear de fisión puede fabricar dos a tres kilogramos de tritio al año a un coste de unos 30 millones de dólares el kilo, y una central nuclear de fusión consumiría un kilo cada semana. La central de fusión tiene que generar su propio tritio y para ello debe aprovechar cada neutrón que se genera en una cascada de reacciones que comienza con el litio, un elemento no muy abundante y necesario para las baterías, que debería estar en la camisa del reactor. El tritio debe ser recolectado y realimentado al plasma con una eficiencia cercana al 100 % para evitar que la reacción tenga un déficit y el reactor se pare.

Además la camisa debe soportar unas temperaturas altísimas y mantener el vacío al tiempo que es bombardeada por neutrones de alta energía que cuando impactan con el núcleo de un átomo lo desplazan. Bajo esas condiciones los materiales se vuelven radiactivos y los metales se vuelven quebradizos, apareciendo grietas que hacen el mantenimiento del vacío una quimera. No existen materiales capaces de soportar esas condiciones.

Incluso aunque se solucionaran todos los problemas, una central de fusión tendría un coste altísimo, varias veces el coste de una central de fisión, y tendría también unos gastos de operación muy altos, incluyendo mantenimiento remoto para asegurar la integridad del vacío. Necesitaría estar en funcionamiento el 90 % del tiempo, lo cual es un tremendo problema a dos niveles, dado el nivel de mantenimiento tan alto que requeriría, y dado que las reacciones de fusión que se han conseguido han sido durante una fracción de segundo y el objetivo del ITER es llegar a decenas de segundos.

Por todo ello y muchos más problemas que aparecerán en el camino, como lo han hecho en los últimos 60 años, la fusión nuclear nunca llegará a desarrollarse como una fuente de energía viable. Por si fuera poco, el pico de petróleo que ha tenido lugar en 2018 hará imposible en pocas décadas reunir los recursos y la inversión necesarios para continuar el esfuerzo de investigación al nivel requerido para proseguir la investigación a la velocidad de caracol a la que avanza.

53
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  • peak oil
  1. en respuesta a aguadulce666
    -
    Top 100
    #54
    03/01/23 09:52
    Forma parte de la mitología de las mal llamadas renovables, que producen energía de forma intermitente, por lo que jamás se podrá ser autosuficiente con ellas. La solar durante la noche o cuando está muy nublado produce cero, y la eólica tampoco produce cuando no sopla el viento. Puesto que la electricidad no se puede almacenar de forma significativa, tienes que seguir teniendo la capacidad de producir el 100 % sin las renovables. Cuanta más renovable tienes más caro te sale el resto de la energía porque pagas la capacidad para no usarla la mayor parte del tiempo. Por eso cuanta más renovable tiene un país más cara es su electricidad. Además cuanta más renovable añades a una red, más inestable se vuelve ésta al incrementarse el impacto de la intermitencia impredecible.

    Por ello las renovables no son la solución, son sólo un complemento. Pasado un cierto punto variable por localización, pero en torno al 30%, añadir más renovables dispara los problemas y costes y no está justificado por un análisis de coste-beneficio que casi nunca se hace de forma apropiada. Actualmente nos guían los sentimientos, la ideología y el pensamiento fantástico, camino seguro al fracaso. Nadie se atreve a decir que nos hemos embarcado en un viaje a ninguna parte, y menos los políticos.
  2. #53
    02/01/23 18:13
    Como ves lo que ha dicho el presidente de Andalucía que para 2030 esta comunidad será autosuficiente con energías renovables? Lo ves posible? Y si Andalucía con paneles solares y eólicas consigue producir toda su energía, puede sobrevivir en un mundo de energía decreciente o tendrá que suministrar al resto del país? Como será el tema en las regiones más favorecidas por el sol o el viento?
  3. en respuesta a ErickSpace369
    -
    #52
    27/12/22 16:52
    Por dios bendito, la luna es un disco de plasma al igual que el sol, se diferencia por la capa de gases donde orbitan, esto se sabe desde hace décadas.
  4. en respuesta a Knownuthing
    -
    #51
    25/12/22 21:16
    A mi me gusto mucho energia y civilizacion de vaclav smil, te explica muy bien lo que ha supuesto la energia a lo largo de la historia
  5. en respuesta a Calda
    -
    Top 100
    #50
    25/12/22 09:30
    Mi mejor consejo es que seas escéptico de TODA la información que recibas. Hablamos de asuntos polémicos como el cambio climático, la transición energética, o el pico de petróleo donde hay todo tipo de opiniones y grandes intereses detrás. Hay mucha gente que no es fiable y otra que solo lo es en ciertos temas. El libro de Michael Schellenberger "No hay apocalipsis" es muy bueno. Ese David Dilley no parece fiable. Le he echado un vistazo a su eBook y no tiene ni pies ni cabeza, pura numerología con un ciclo de 116.000 años que no sé de dónde se lo saca. En su página web dice:
    2019 Will be Year #1 for Dramatic Global Cooling
    Pues va a ser que no. Todos los que han predicho un fuerte enfriamiento global hasta la fecha se han equivocado.

    En temas de energía te recomiendo a Vaclav Smil. Tiene un montón de libros. El último "Cómo funciona el mundo" no sale en español hasta febrero. Lo sabe todo de la transición energética y de cómo el mundo funciona con energía. No parece saber o querer hablar del pico de petróleo.

    En temas de evolución social e histórica, el libro "Secular cycles" de Peter Turchin y Sergei Nefedov. No está traducido.

    Sobre el clima, el libro "The great global warming blunder" de Roy W. Spencer. Tampoco está traducido. Spencer es un científico responsable de una de las mediciones de temperatura por satélite. Nunca le he leído decir tonterías.

    Antonio Turiel sabe mucho del pico de petróleo y bastante de transición energética. Del clima, que debería ser lo suyo, no es nada fiable.

    Feliz Navidad a todos.
  6. #49
    24/12/22 12:53
    Buenos días y felices fiestas a todos, 

    Descubrí hace poco tu blog, y la verdad, he hallado una mina de oro. Soy un negado, por falta de interés hasta la fecha, en la mayoría de los temas que tratas en tu blog, aunque en los últimos tiempos he ido adquiriendo un apetito mayor por ellos fruto del hallazgo de artículos y blogs como el tuyo, y sobre todo, fruto de  las circunstancias que vivimos (me he empapado de información respecto al Covid, a nivel holístico, y aparte de la utilidad he extraído una enorme satisfacción). 

    Te escribo, a ti y a todos los que lean estos comentarios, para solicitar lecturas o blogs referentes, especialmente, a cuestiones climáticas, energéticas o estructurales del sistema en que vivimos. De momento he hallado el blog de Turiel y estoy pensando en leerme su libro, recién terminé el de "No hay apocalipsis", y descubrí a un climatólogo llamado David Dilley. Ahora estoy en busca de nuevas lecturas que ofrezcan una visión general para ir adquiriendo dominio y comprensión sobre estas cuestiones.

    Felicitarte por tu tiempo y esfuerzo, por el cultivo de la objetividad y la curiosidad, y como no, por tu generosidad al compartirlo.

    Un saludo, espero que este texto cumpla la función que persigue quien lo escribe y devenga refuerzo positivo. Aunque leyéndote, intuyo que serás consciente de la valía y la nobleza que tienen tus textos. Sin más, enhorabuena.




  7. #48
    24/12/22 11:20
    Tienes suerte, me educaron religiosos y se lo agradezco profundamente.
  8. en respuesta a Mmertxe
    -
    Top 100
    #47
    24/12/22 11:17
    Mmertxe ...el de aristoteles quise decir...curiosamente padre de la iglesia catolica es el de hipona y no tomas...los agustinos esperaron trescientos años a que su orden fuera aceptada...hasta hace 100 años....curiosidades...aunque...no puedo sentirme agustiniano a dia de hoy...fallo en una de sus reglas...un abrazo.
  9. en respuesta a Knownuthing
    -
    Top 100
    #46
    24/12/22 10:54
    Parece que han elegido a ee.uu. como compañero de suministro energetico por algun decenio mas....especule en su dia conque el dragon bajo el que duerme japon se desperezo en su costa oeste cuando decidieron reemplazar el suministrador de pilas ...por areva...algo a lo que segui dandole vueltas ciando la yacuza ordeno la caza de trescientas personas...despues de eso llego la calma...en fin....ya te digo solo especulaciones....pero los franceses no consiguieron su contrato....un abrazo.
  10. en respuesta a Mmertxe
    -
    Top 100
    #45
    24/12/22 10:38
    Si...nietzche tuvo su reencuentro...pablo cayo del caballo...aristoteles metio la mano en la llaga...y el que te habla se sometio...todo es posible.....y...si sabes escuchar lo que te dijo...a ti...nunca seras sometido por un igual...pues todos esramos a la derecha....ninguno abajo ni encima....ese el el mensaje...el que consiguio que hasta en japon se le siguiera...en china...en india...antes delas diatribas del difismo...cuando alguien es capaz de dar la vida por Dios lo elevan a santo...cuando alguien da la vida por que a sus hijas no las sometan y se lo comen los leones ...son hermanos martires...esa es la potencia de la verdad...desnuda. ..demasiado humano....la demo se invento en tiempos de solom...la soberania nacional...reside...en el pueblo...reside mmertxe.. Debemos aprender a aprehender....un abrazo.

    P.s...
    Con nuestro profesor de Lengua, Alfredo Tarazaga, repasamos que mientras 'aprender' es 'adquirir un conocimiento', 'aprehender' significa 'coger, asir' o 'captar por medio de los sentidos'. Por eso no se puede decir 'he aprehendido la lección'.
  11. en respuesta a 8........s
    -
    #44
    24/12/22 10:06
    Jeje, supongo que nos guiamos por un instinto de supervivencia donde los mas inteligentes son capaces de crear hasta una " democracia" con la que nos " ayudan a organizarnos". Ya me gustaria ser creyente.....
    Suerte.
  12. Top 100
    #43
    24/12/22 00:30
    Japón ha adoptado una nueva política que promueve un mayor uso de la energía nuclear para garantizar un suministro eléctrico estable en medio de la escasez mundial de combustible y reducir las emisiones de carbono, en un importante cambio de rumbo de su plan de retirada progresiva tras la crisis de Fukushima. Según la nueva política, Japón debe maximizar el uso de los reactores nucleares existentes reiniciando el mayor número posible de ellos y prolongando la vida operativa de los viejos reactores más allá de su límite de 60 años. Japón también impulsará el desarrollo y la construcción de "reactores innovadores de nueva generación" con características más seguras para sustituir a unos 20 reactores cuyo desmantelamiento está previsto en la actualidad.

    La energía nuclear representa menos del 7% del suministro energético de Japón, y para alcanzar el objetivo del gobierno de aumentar su cuota hasta el 20% o el 22% en el año fiscal 2030 se necesitarán unos 27 reactores, frente a los 10 actuales, un objetivo que algunos consideran inalcanzable.
    https://www.abc.net.au/news/2022-12-22/japan-nuclear-energy-phase-out-reversal/101803800

    Parece que la crisis energética está abriendo los ojos de algunos. Aquí seguimos con los ojos bien cerrados.
  13. en respuesta a Mmertxe
    -
    Top 100
    #42
    24/12/22 00:21
    mmertxe siendo joven en la biblioteca de un monasreeio franciscano tuve la dicha de encontrar viejos textos...tanto impacto recibi...que segui estudiando sobre ello...curiosamente en una pequeña biblioteca de una escuela universitaria de metodologia tecnica y de ancestros masones...cayo un libro donde democracia dse definia como lo que es...la autoridad reside en...el demiurgi y el geomori...que es ...ni mas ni menos que las palabras que representan un neologismo...de hace mas de dos mil años....demo...aun asi...que no es poco....la nacion...que no es el pais...se rige por leyes mas extensas que una constitucion...un abrazo.
  14. en respuesta a Joper35
    -
    Top 100
    #41
    24/12/22 00:15
    en reglas generales es como dices....la tecnologia no nos libera...nos esclaviza...el yugo no lo ponemos solo nosotros mismos....y elegimos a nuestros esclavistas....si usamos tik tok...al chino...si es telegran al ruso...si es facebook al americano......claro que heraclito le han echado toneladas encima...tantas que casi toda no solo la filosofia moderna se apropian de su legado...solo es eterno el tiempo...por encima de cronos esta el eon....antes necesitabas siete libros alrededor de un escrito para comprenderlo...ahora en un solo click tienes el 90 por ciento del saber humano a tu disposicion...con toda una compleja gama de controversias...a veces interesadas..otras las menos al servicio de la generosidad sin pleitesias...las menos ...y no por ello las mas acertadas....encima ...nuestro sesgo....del que es muy dificil escapar....mas alla del bien y del mal nos muestra como actuat como observadores universales...pobre nietzche....desde hitler hasta sartre lo utilizaron...llegar a lo que commentas es harto complicado.......menos mal que tenemos a los cinicos en el terreno metafisico....y al heredero del saber de ezequiel....jesus ...en el sentido ancestral de religion....de realigare...de juntar y unir en su mensaje universal....libertad ...un abrazo desde la ...anaideia ..la parresia y la adiaphoria...