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Un sueño de energía limpia a un precio muy alto

Se está construyendo ITER, abreviatura de International Thermonuclear Experimental Reactor (y pronunciado EAT-er) para probar un sueño de larga data: que la fusión nuclear, la reacción atómica que tiene lugar en el sol y en las bombas de hidrógeno, pueda ser controlada para generar energía.

En un polvoriento emplazamiento de la obra en medio de las crestas calizas de la Provenza, los trabajadores se desplazan alrededor de inmensas planchas de hormigón dispuestas en un anillo como un Stonehenge de hoy en día.

Parece el comienzo de una gran planta de energía comercial, pero no lo es. El proyecto, llamado ITER, es un gigante, y enormemente complejo y costoso, experimento de física. Pero si logra, podría ser determinante para las plantas de energía del futuro y hacer una contribución invaluable a la reducción de las emisiones de calentamiento del planeta.

Se está construyendo ITER, abreviatura de International Thermonuclear Experimental Reactor (y pronunciado EAT-er) para probar un sueño de larga data: que la fusión nuclear, la reacción atómica que tiene lugar en el sol y en las bombas de hidrógeno, puede ser controlada para generar energía.

Debatido por primera vez en 1985 en una cumbre entre Estados Unidos y la Unión Soviética, el esfuerzo multinacional, en el que la Unión Europea tiene una participación del 45 por ciento, y los Estados Unidos, Rusia, China y otros tres socios, 9 por ciento cada uno, Paso hacia un futuro de energía eléctrica casi ilimitada

CRYOSTAT: El reactor de fusión en forma de rosca, o tokamak, y otros componentes se mantienen frescos dentro de una de las cámaras de vacío más grandes del mundo.

ITER producirá calor, no electricidad. Pero si funciona -si produce más energía de la que consume, lo que los experimentos de fusión más pequeños hasta ahora no han podido hacer- podría conducir a plantas que generan electricidad sin las emisiones de carbono que afectan al clima de las centrales de combustibles fósiles o la mayor parte Los peligros de los reactores nucleares existentes que dividen los átomos en lugar de unirlos.

El éxito, sin embargo, siempre ha parecido a unas pocas décadas de distancia para el ITER. El proyecto ha avanzado en años y años, plagado de problemas de diseño y gestión que han provocado largos retrasos y costos de globalización.

El ITER está avanzando ahora, con un director general, Bernard Bigot, que tomó más de dos años después de un análisis independiente que fue muy crítico del proyecto. El Dr. Bigot, que anteriormente dirigió la agencia de energía atómica de Francia, ha obtenido altas calificaciones por resolver problemas de gestión y desarrollar un calendario realista basado más en la física y la ingeniería y menos en la política.

El sitio aquí está ahora lleno de torres grúas como equipos de trabajo en las estructuras de hormigón que soportarán y rodean el corazón del experimento, una cámara en forma de donut llamada un tokamak. Aquí es donde las reacciones de fusión se llevarán a cabo, dentro de un plasma, una nube de átomos ionizados tan caliente que sólo puede estar contenida por campos magnéticos extremadamente fuertes.

Piezas del tokamak y otros componentes, los electroimanes superconductores y una estructura que a aproximadamente 100 pies de diámetro y 100 pies de altura será el recipiente vacío de acero inoxidable más grande jamás fabricado, se están fabricando en los países participantes.

La Asamblea está programada para comenzar el próximo año en una sala gigante erigida al lado del sitio tokamak.

Hay grandes obstáculos técnicos en un proyecto en el que la fabricación y la construcción están a la escala de la construcción naval, pero las partes deben encajar con la precisión de un reloj fino.

"Es un reto", dijo el Dr Bigot, que dedica gran parte de su tiempo a temas relacionados con la integración de piezas de diversos países. "Tenemos que ser muy sensibles sobre la calidad."

Incluso si el proyecto avanza sin problemas, el objetivo de "primer plasma", con hidrógeno puro que no experimenta fusión, no sería alcanzado por otros ocho años. Un plasma denominado quema, que contiene una fracción de una onza de combustible fusible en forma de dos isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, y puede ser sostenido durante quizás seis o siete minutos y liberar grandes cantidades de energía, no sería alcanzado Hasta 2035.

Eso es un medio siglo después de que el tema de la cooperación en un proyecto de fusión surgió en una reunión en Ginebra entre el presidente Ronald Reagan y el líder soviético Mijail S. Gorbachov. Una central eléctrica de fusión comercial funcional sería aún más lejos en el camino.

"La fusión es muy dura", dijo Riccardo Betti, un investigador de la Universidad de Rochester que ha seguido el proyecto ITER durante años. "El plasma no es tu amigo. Intenta hacer todo lo posible para realmente desagradarte. "

La fusión también es muy cara. ITER estima que el coste de diseño y construcción es de unos EUR 20.000 M (actualmente unos USD 22.000 M). Pero el costo real de los componentes puede ser mayor en algunos de los países participantes, como Estados Unidos, debido a los altos costos laborales. La contribución total de los Estados Unidos, que incluye un enorme electroimán central capaz de levantar un portaaviones, se calcula en unos USD 4.000 M.

A pesar de los recientes avances, todavía hay muchas dudas sobre el ITER, especialmente en Estados Unidos, que dejó el proyecto durante cinco años a principios de siglo y donde la financiación a través del Departamento de Energía ha sido durante mucho tiempo un fútbol político.

El departamento confirmó su apoyo a ITER en un informe el año pasado y el Congreso aprobó USD 115 M para ello. No está claro, sin embargo, cómo funcionará el proyecto en la administración Trump, que ha propuesto un recorte de aproximadamente un 20 por ciento a la Oficina de Ciencia del departamento, que financia la investigación básica, incluyendo el ITER. (El departamento también financia otro proyecto de fusión de larga duración, que utiliza láseres, en el Lawrence Livermore National Laboratory en California).

Bigot se reunió con el nuevo secretario de energía, Rick Perry, la semana pasada en Washington, y dijo que encontró al Sr. Perry "muy abierto a escuchar" sobre ITER y sus objetivos a largo plazo.

Los auxiliares de prensa del Departamento de Energía no respondieron a las solicitudes de comentarios.

Algunos en el Congreso, entre ellos El Senador Lamar Alexander, republicano de Tennessee, al tiempo que elogia los esfuerzos del Dr. Bigot, argumenta que el proyecto ya consume demasiado del presupuesto de investigación básica del Departamento de Energía de alrededor de USD 5000 M.

Bernard Bigot, director general del ITER, dirigió anteriormente la agencia de energía atómica de Francia.

"Me sigue preocupando que seguir apoyando el proyecto ITER se produzca a expensas de otras prioridades de la Oficina de Ciencia que el Departamento de Energía ha dicho que son más importantes – y que considero más importantes", dijo Alexander.

Aunque no está claro qué pasaría con el proyecto si los Estados Unidos se retiraban,  Bigot argumenta que está en el interés de todos los países participantes verlo. "Tienes la oportunidad de saber si la fusión funciona o no", dijo. "Si pierdes esta oportunidad, tal vez nunca más volverá."

"Incluso los científicos que apoyan al ITER están preocupados por el impacto que tiene en otras investigaciones.

"La gente de todo el país que trabaja en proyectos que son la base científica de la fusión están preocupados de que estén en una situación desventajosa ", dijo William Dorland, físico de la Universidad de Maryland, quien es presidente del comité de ciencia de plasma de la Academia Nacional de Ciencias. "Si ITER avanza, podría comer todo el dinero. Si no se expande y los Estados Unidos se retiran, puede tirar a la basura un montón de buena ciencia".

¿Cómo funcionaría?

Pilares en el ITER Cryoplant en provenzal.

En el tokamak ITER, los núcleos de deuterio y tritio se fusionarán para formar helio, perdiendo una pequeña cantidad de masa que se convierte en una enorme cantidad de energía. La mayor parte de la energía será llevada por los neutrones, que escaparán del plasma y golpearán las paredes del tokamak, produciendo calor.

En una planta de energía de fusión, ese calor se utilizaría para producir vapor para convertir una turbina para generar electricidad, al igual que las centrales eléctricas existentes utilizan otras fuentes de calor, como quemar carbón. El calor del ITER se disipará a través de torres de enfriamiento.

No hay riesgo de una reacción y fusión desenfrenada como con la fisión nuclear y, mientras se producen desechos radiactivos, no es tan larga como las varillas de combustible gastado y los componentes irradiados de una fisión […]
Para fundirse, los núcleos atómicos deben moverse muy rápido – deben estar extremadamente calientes – para superar fuerzas repulsivas naturales y chocar.

En el sol, el campo gravitacional extremo hace mucho del trabajo. Los núcleos necesitan estar a una temperatura de unos 15 millones de grados centígrados. En un tokamak, sin una atracción gravitacional tan fuerte, los átomos necesitan ser aproximadamente 10 veces más calientes. Tan enormes cantidades de energía son necesarios para calentar el plasma, usando campos magnéticos pulsantes y otras fuentes como microondas. A sólo unos metros de distancia, por otro lado, los devanados de los electroimanes superconductores necesitan ser enfriados a unos pocos grados por encima del cero absoluto. Huelga decir que los retos materiales y técnicos son extremos.

Aunque todos los reactores de fusión hasta la fecha han producido menos energía de la que utilizan, los físicos esperan que el ITER se beneficie de su mayor tamaño, y producirá cerca de 10 veces más energía de la que consume. Pero enfrentarán muchos desafíos, entre ellos el desarrollo de la capacidad de prevenir inestabilidades en los bordes del plasma que pueden dañar el experimento.

Incluso en sus primeras etapas de construcción, el proyecto parece abrumadoramente complejo. Incrustadas en las superficies de hormigón están miles de placas de acero. Parecen estar esparcidas al azar en toda la estructura, pero en realidad se localizan con precisión. El ITER se está construyendo conforme a las normas francesas de las centrales nucleares, que prohíben perforar el hormigón. Así que las placas – eventualmente alrededor de 80.000 de ellas – están donde otros componentes de la estructura se adjuntan a medida que progresa la construcción.

Un error o dos ahora podrían causar estragos en el camino, pero Bigot dijo que en este y otros trabajos sobre el ITER, la clave para evitar errores era tomar tiempo.

"La gente considera que es largo", dijo, refiriéndose a los críticos del calendario del proyecto. "Pero si quieres un control total de la calidad, necesitas tiempo"

Fuentes: The New York Times