Algunos lo llaman el «Sol artificial» y para otros es plantar en la tierra el mismo método de producción de energía del Sol y las estrellas que vemos brillar en el firmamento. Y este es el proyecto que el Consejo de Ministros del 20 de mayo ha aprobado financiar con 174 millones de euros: el diseño y construcción de un reactor nuclear de fusión que se construirá en Escúzar, Granada.
En concreto, se trata de un método de energía nuclear distinto al del común de reactores nucleares. La energía nuclear que se libera desde el núcleo o parte central de los átomos puede producirse de dos maneras: una es mediante fisión que se usa en los reactores que ya conocemos —cuando los núcleos de los átomos se dividen en varias partes—. Otra manera es mediante fusión —cuando los núcleos de los átomos se fusionan—.
España y la Unión Europea están avanzando en la investigación y desarrollo de la energía nuclear de fusión. En este sentido, el Gobierno «autorizó la celebración del Acuerdo Marco de servicios de diseño y obra de la Infraestructura Científico-Tecnológica IFMIF-DONES», dijo el Consejo de Ministros en un comunicado del 19 de mayo.
El acelerador de partículas IFMIF–DONES (Fusion Materials Irradiation Facility – Demo Oriented Neutron Source) será implementado en España a través de un consorcio creado en 2021 entre la Junta de Andalucía y el Gobierno central, que forma parte de la hoja de ruta europea para desarrollar la Energía de Fusión aprobada por la Comisión Europea y con participación internacional.
Este uno de los tres proyectos, junto a ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), que ya se está ejecutando en Cadarache, Francia, y el futuro proyecto DEMO, propuesto en Europa como «nuevo modelo de energía limpia e ilimitada, la energía de fusión, como la que se produce en el centro del Sol y las estrellas», aclaró el Consejo de Ministros.
«Se trata de una instalación imprescindible para el futuro de la energía de fusión», destacó.
Los tres proyectos trabajan coordinados entre sí, explicó el Consejo. Con los resultados que arroje el reactor experimental ITER de Francia, IFMIF-DONES se encargará en España de validar los materiales «que se necesiten para la futura construcción de DEMO». Por lo tanto, DEMO será «el prototipo de reactor de fusión» en el futuro, que permitirá probar, validar y calificar los materiales que se utilizarán en futuras plantas de energía de fusión.
A nivel mundial, la tecnología de generar electricidad por medio de la energía nuclear de fusión, está aún en fase de investigación y desarrollo, según la Organización Internacional de Energía Nuclear (OEIA).
¿De qué se trata la fusión nuclear?
La fusión nuclear se describe como el proceso mediante el cual partículas muy muy diminutas, en este caso dos núcleos atómicos ligeros, se combinan para formar uno solo más pesado, liberando cantidades masivas de energía.
Estas reacciones son las reacciones de fusión, que tienen lugar en un estado de la materia llamado plasma, como el plasma solar: «un gas caliente y cargado compuesto de iones positivos y electrones que se mueven libremente y que tienen propiedades únicas que las distinguen de los sólidos, líquidos o gases».
Es como sucede en el Sol. En todas las estrellas ocurre esta reacción. Esto ocurre a temperaturas altísimas, de más de 10 millones de grados Celsius, lo cual les permite vencer su repulsión eléctrica mutua. Al vencer esa repulsión y encontrándose a muy escasa distancia unos de otros, la fuerza nuclear atractiva entre ellos será mayor que la repulsión eléctrica y podrán fusionarse.
Para tener más probabilidades de que ocurran estas colisiones, según la OIEA los núcleos deben estar confinados en un espacio pequeño. Los científicos creen que en el caso del Sol sucede porque hay «una presión extrema producida por su inmensa gravedad» y esto «crea las condiciones para la fusión».
«Si se consiguiera replicar en la Tierra, la fusión nuclear podría proporcionar una cantidad prácticamente ilimitada de energía limpia, segura y asequible para satisfacer la demanda energética mundial», señala la organización.
Una ventaja es que las reacciones de fusión producen una cantidad de energía muy elevada —cuatro veces superior a la de las reacciones de fisión nuclear «y casi cuatro millones de veces más energía que la quema de petróleo o carbón»—.
«Está previsto que los de primera generación empleen una mezcla de deuterio y tritio, que son tipos pesados de hidrógeno. En teoría, con apenas unos pocos gramos de estos reaccionantes reactivos se puede producir una gran cantidad de energía, que más o menos equivale a las necesidades energéticas de una persona en un país desarrollado a lo largo de sesenta años», según la OEIA.
Residuos nucleares menos durables
Una ventaja es que la fusión no produce desechos nucleares de período largo altamente radiactivos. «La fusión produce únicamente desechos radioactivos de actividad baja y no plantea ningún peligro grave», declaró la Sra. González de Vicente, física especializada en fusión nuclear, según la OEIA.
Los artículos contaminados, como la vestimenta de protección, los productos de limpieza e incluso los tubos o hisopos médicos, son residuos radiactivos de actividad baja y período corto que pueden manipularse en forma segura tomando precauciones básicas, indicó la organización.
Si se considera que se utilizará como combustible una combinación de deuterio y tritio, este último es un isótopo radiactivo del hidrógeno que tiene un período de semidesintegración de 12,3 años.
«Como consecuencia de la reacción de fusión se liberan neutrones que colisionan contra la pared que recubre el núcleo del reactor y son absorbidos por ella», indica la Sra. González de Vicente, lo que convierte dicha pared en radiactiva.
Pero los neutrones reaccionarán con el litio, material con que se fabricará la pared, «lo que genera tritio que puede volver a inyectarse en el dispositivo».
Las semejanzas entre las instalaciones de fusión y las de fisión, están en la manera en que se manipula el material radiactivo y el uso que se hace de los sistemas de refrigeración.
«Los órganos reguladores tienen una vasta experiencia en el ámbito de la seguridad tecnológica y la seguridad física aplicadas a la fisión. Estamos trabajando con ellos para que todos los conocimientos aplicables se transfieran a la fusión», agregó la Sra. González de Vicente.
Retos: alcanzar una temperatura más de 10 veces la del Sol
La enorme fuerza gravitatoria del Sol induce de manera natural la fusión, pero en la Tierra es distinto.
Para lograrla, en ausencia de dicha fuerza, la OEIA sugiere más temperatura. «En la Tierra, necesitamos temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una intensa presión para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen».
En su propuesta IFMIF-DONES dice que planea lograr la fusión en un laboratorio bajo tres condiciones: «temperatura muy alta [del orden de 150 000 000° Celsius]; suficiente densidad de partículas de plasma [para aumentar la probabilidad de que se produzcan colisiones]; y suficiente tiempo de confinamiento [para mantener el plasma, que tiene una propensión a expandirse, dentro de un volumen definido]».
Es decir, se debe lograr una temperatura tal que sea más de 10 veces la del Sol.
«A temperaturas extremas, los electrones se separan de los núcleos y un gas se transforma en plasma, a menudo denominado el cuarto estado de la materia. Los plasmas de fusión proporcionan el entorno en el que los elementos ligeros pueden fusionarse y generar energía».
El consorcio español utilizará un dispositivo Tokamak, donde se utilizan potentes campos magnéticos para confinar y controlar el plasma.
También identificó como la reacción de fusión más eficiente en el laboratorio a la reacción entre dos isótopos de hidrógeno: deuterio (D) y tritio (T).
«La reacción de fusión DT produce la mayor ganancia de energía a las temperaturas más bajas», señala el consorcio en su página Internet.
Otro requisito es el confinamiento. Este deberá ser «suficiente para retener el plasma y mantener una reacción de fusión durante un lapso lo suficientemente prolongado como para obtener una ganancia de potencia neta, que se refiere a la relación entre la energía de fusión producida y la energía utilizada para calentar el plasma».
Según la OEIA, en «más de 50 países se está investigando acerca de la fusión nuclear y la física del plasma, y en muchos experimentos se han logrado con éxito reacciones de fusión, aunque sin demostrar una ganancia de potencia de fusión neta».
ITER y la participación china con el «Sol artificial»
Como se mencionó previamente, con los resultados que arroje el reactor experimental ITER que opera en Francia, IFMIF-DONES se encargará en España de hacer sus pruebas para la futura construcción de DEMO. Por lo tanto, DEMO será «el prototipo de reactor de fusión» en el futuro.
En el sur de Francia, hay 35 naciones que están colaborando para construir el Tokamak más grande del mundo, donde se generará la fusión nuclear, según explica IFMIF-DONES en su página del proyecto.
No solo será el primer dispositivo de fusión del proyecto en producir energía neta, sino que será el primer dispositivo en mantener la fusión durante largos periodos, además de hacer las primeras pruebas de materiales y los regímenes físicos integrados necesarios para la producción comercial de electricidad basada en la fusión.
Han trabajado miles de ingenieros y científicos en el diseño del ITER «desde que se lanzó por primera vez la idea de un experimento conjunto internacional sobre fusión en 1985».
Los miembros del ITER son China, la Unión Europea, India, Japón, Corea, Rusia y los Estados Unidos y participan en una colaboración de 35 años. Su objetivo, dice el consorcio español, es «construir y operar el dispositivo experimental del ITER y, juntos, llevar la fusión al punto en que se pueda diseñar un reactor de fusión de demostración».
China ya cuenta con el llamado «Sol artificial», que se conoce como HL-2M.
El 2020, China anunció en X que el dispositivo Tokamak del tipo HL-2M, modelo usado por ITER, al que llamó Sol artificial, «entró en funcionamiento y logró su primera descarga de plasma. El aparato, ubicado en Chengdu, provincia de Sichuan, ayudará a explorar métodos para generar energía limpia mediante la fusión nuclear controlada».
«El reactor genera energía aplicando potentes campos magnéticos al hidrógeno hasta comprimirlo lo suficiente para formar plasma, que puede alcanzar temperaturas de más de 150 millones de grados Celsius, 10 veces más que el núcleo del Sol, y generar enormes cantidades de energía al fusionarse los átomos. El plasma se contiene mediante imanes y tecnología de súper enfriamiento», destacó el Foro Nuclar, añadiendo que en China, el proyecto HL-2M fue aprobado por la autoridad nuclear de energía atómica del país, China National Nuclear Corporation (CNNC) y construído por Southwestern Institute of Physics (SWIP) que forma parte de CNNC.
700 millones de euros en la construcción de IFMIF-DONES
En la historia de España «IFMIF-DONES es la mayor inversión internacional en I+D+i (Investigación + Desarrollo+ Innovación)», dijo el Consejo de Ministros al firmar el acuerdo, ya que «movilizará 700 millones de euros en su construcción, 50 para su puesta en marcha y otros 60 millones anuales para su funcionamiento».
España se ha comprometido a financiar el 50% del coste de construcción y el 10% del coste de operación».
El consorcio IFMIF-DONES España se constituyó el 9 de junio de 2021 con la firma de un convenio entre la Administración General del Estado (Ministerio de Ciencia e Innovación) y la Comunidad Autónoma de Andalucía (Consejería de Economía, Conocimiento, Empresa y Universidades). Se planteó como objetivo «contribuir al Programa Europeo de Fusión, entre otras cosas, mediante el diseño, la construcción, el equipamiento y la operación de la instalación IFMIF-DONES». El consorcio dice que gestionará y promoverá la colaboración científica, económica, técnica y administrativa de las entidades miembros y será propietaria de la infraestructura científico-técnica construida.
El socio fundamental es la Comisión Europea, que contribuirá con 202 millones de euros a su construcción y puesta en marcha, el equivalente a un 25 % de la financiación del proyecto en dichas fases. También cuenta con Croacia, que se ha comprometido a aportar el 5 % del coste de construcción y mantenimiento del proyecto, e Italia, país con el que España firmó en julio de 2024 un Memorando de Entendimiento, informó el 19 de mayo el Ministerio de Ciencia, liderado por la ministra Diana Morant, destacando que en estos momentos «se mantienen conversaciones con otros países interesados en formar parte del proyecto».
El 19 de mayo, se realizó en Granada el acto de colocación de la primera piedra de la construcción de los edificios que albergarán el proyecto, con la participación de ministra de Hacienda, María Jesús Montero. En el acto también participó Japón, que se incorporó antes del evento como socio al proyecto, y por el que se comprometió a aportar un 5 % de la inversión en la fase de construcción y un 8 %, en toda la vida del proyecto.
Avances previos de energía de fusión de la IFMIS–DONES y CIEMAC
En 2022, FMIF-DONES informó que el Gobierno español y la Junta de Andalucía ya habían destinado 32 millones de euros para impulsar la construcción de edificios y laboratorios de interés general que apoyarán la futura instalación. Parte de esta cantidad se financiaría con fondos estructurales europeos.
En la actualidad, IFMIF-DONES cuenta con un edificio científico-técnico de laboratorios de apoyo, de la Universidad de Granada, que ya acoge la instalación LITEC del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), un nuevo laboratorio de tecnologías de litio en el que se llevarán a cabo experimentos hasta ahora imposibles de realizar en España y que son imprescindibles para el funcionamiento del circuito de litio que usará el proyecto IFMIF-DONES.
También cuenta ya con un segundo edificio de oficinas y servicios generales construido por el Gobierno de España, a través del CIEMAT, dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, en el que se han invertido más de 16 millones de euros para su construcción, con cofinanciación del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
En este nuevo edificio, se dará asistencia científica y técnica fundamental para la edificación, el diseño e instalación de los laboratorios, las acometidas de servicios y la caracterización del emplazamiento del IFMIF-DONES, desde estudios topográficos, geotécnicos a meteorológicos o sísmicos. Además de su objetivo principal, probar materiales para construir plantas de energía de fusión, IFMIF-DONES ofrecerá resultados de los que podrán beneficiarse otros campos de la ciencia y la tecnología, en la medicina, la física nuclear o distintas aplicaciones industriales.
En 2022 CIEMAT participó en un experimento en el dispositivo europeo Joint European Torus (JET), en el que se alcanzó el récord de energía de fusión de 59 megajulios, mantenida durante 5 segundos, informó el Ministerio de Ciencia.
Fue en ese momento el resultado más claro «en 25 años del potencial de la energía de fusión para proporcionar una energía segura y con bajas emisiones de dióxido de carbono. El récord anterior de energía en un experimento de fusión, conseguido en el JET en 1997, era de 22 megajulios de energía de fusión».
Cierre de centrales de fisión nuclear y apuesta por la fusión
El calendario del Gobierno de Pedro Sánchez prevé que en el país se cierren todas las centrales nucleares de forma escalonada entre 2027 y 2035, una hoja de ruta que fue acordada entre el Gobierno, Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA) y las empresas propietarias de las plantas. El cierre ha generado protestas en España y reflexiones sobre los beneficios y riesgos de la energía nuclear.
La disputa se manifiesta en toda Europa mientras surgen propuestas de nuevos modelos de pequeños reactores modulares de fisión nuclear, de menor costo y más fácil instalación.
«Esto no es tan extraño como podría pensarse: la fusión y la fisión se basan en conceptos físicos diferentes. Desmantelar reactores de fisión es lo mismo que aquí en Alemania y suele basarse en el miedo y la ideología. La fusión, por otro lado, podría ser la fuente de energía del futuro, si tiene éxito. La investigación llevará décadas», dijo Tim Sumpf, experto en energía de The Epoch Times Alemania.
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