La fusión fría reaviva los sueños de energía limpia sin plasma caliente

¿Significa la fusión nuclear solo fusión caliente?

La fusión nuclear es uno de los grandes objetivos de la investigación energética. Podría proporcionar abundante energía con bajas emisiones de carbono y combustibles relativamente disponibles. Sin embargo, no está exenta de residuos radiactivos: los neutrones pueden activar materiales del reactor, y algunas tecnologías utilizan tritio radiactivo.

También es increíblemente difícil de lograr, simplemente porque la única forma que conocemos para que ocurra la fusión nuclear es replicar las condiciones dentro de las estrellas, con presiones y temperaturas inimaginables de decenas o cientos de millones de grados.

Esto puede lograrse usando campos magnéticos poderosos para contener y comprimir el plasma ultra‑caliente. O con cientos de láseres potentes sincronizados para apuntar al mismo punto. Sin embargo, todos estos métodos luchan por mantener la reacción de fusión el tiempo suficiente para “recuperar” la energía gastada en iniciar la fusión nuclear.

Fuente: IEEE

La complejidad de la tecnología de fusión nuclear y su potencial para resolver nuestro problema energético se discutió con mayor detalle en nuestro artículo “Fusión nuclear: la solución definitiva de energía limpia en el horizonte”.

Pero, ¿y si la fusión nuclear pudiera ocurrir en circunstancias diferentes, usando ciencia de materiales, metales raros y química en lugar de la física de plasma de alta potencia?

La llamada «fusión fría» propone explorar reacciones nucleares en condiciones diferentes. Sus resultados han sido muy controvertidos y no constituyen una tecnología energética demostrada. En 2024 se publicó en Scientific Reports, una revista de Nature Portfolio, el estudio titulado «Observación de emisión de neutrones durante la cavitación acústica de polvo de titanio deuterado”.

Historia de la fusión fría

En 1989, los investigadores Stanley Pons y Martin Fleischmann afirmaron haber logrado fusión fría. Desafortunadamente, años de intentos de replicar los hallazgos por parte de la comunidad científica han sido, hasta ahora, infructuosos, lo que ha llevado a acusaciones de ciencia de baja calidad o incluso fraude descarado.

La controversia que siguió dañó permanentemente la imagen de este concepto. También provocó su gran popularidad entre aficionados, estafadores e “inventores” poco serios que no estaban dispuestos a someter su “descubrimiento” a revisión por pares y escrutinio científico.

Aun así, sigue siendo investigado por un pequeño número de científicos, generalmente bajo nombres menos controvertidos como Reacciones Nucleares de Baja Energía (LENR), Ciencia Nuclear de Materia Condensada (CMNS) o Reacciones Nucleares Asistidas Químicamente (CANR).

Un renovado interés en el campo ha surgido en la década de 2020, a medida que la gente busca superar el estigma de la investigación amateur. Notablemente, la agencia gubernamental de EE. UU. ARPA‑E anunció en 2023 una serie de subvenciones para financiar grupos de investigación que estudian reacciones nucleares de baja energía (LENR), tras resultados intrigantes obtenidos por investigadores de la NASA en 2020.

El equipo de la NASA llamó a su método “fusión por confinamiento de red”. Insistieron en que lo que hicieron no era fusión fría sino una forma especial de fusión caliente.

Aún así, lograr fusión sin plasma dejó claro que la fusión nuclear puede alcanzarse de más maneras de las que se pensaba, y la verdadera fusión fría podría seguir siendo una posibilidad.

Los dos conceptos principales de la fusión fría

Fusión impulsada por metales

Un método propuesto para la fusión fría, inicialmente sugerido por Pons y Fleischmann en 1989, involucraba usar materiales que cambian de forma de modo que los átomos de hidrógeno queden atrapados y forzados a fusionarse. Para ello, se propusieron metales impregnados de hidrógeno como paladio, erbio y titanio.

El concepto general es que, al absorber átomos de hidrógeno y acercarlos entre sí, la red metálica cambiaría de forma. Y que eso podría de alguna manera facilitar la fusión de átomos de hidrógeno en helio.

Aunque no es completamente imposible, los físicos han sido escépticos desde el principio, ya que los niveles de energía requeridos para superar la tendencia de los núcleos de hidrógeno a repelerse son gigantescos.

Fusión de burbujas

Otra idea es que la fusión nuclear podría ocurrir en burbujas cuando colapsan; por ejemplo, las burbujas pueden formarse en agua bajo ultrasonidos, una idea también conocida a veces como sonofusión.

En teoría, las ondas de choque creadas por el colapso de una burbuja en un líquido podrían ser lo suficientemente poderosas como para provocar fusión, no muy diferente a la forma en que lo hacen las ondas de choque inducidas por láser.

También se sabe que la cavitación puede ser una fuerza muy poderosa, por ejemplo, erosionar el metal de las hélices de barcos solo con la fuerza del colapso de burbujas.

Fuente: Britannica

Un tema contemporáneo de investigación implica la emisión de luz cuando la cavidad producida por una onda ultrasónica de alta intensidad colapsa. Este efecto, llamado sonoluminiscencia, puede crear temperaturas instantáneas más calientes que la superficie del Sol.

Si la sonoluminiscencia puede nacer de “temperaturas más calientes que la superficie del Sol”, en teoría, también podría hacerlo la fusión nuclear.

La idea es tan controvertida como la fusión fría “clásica” de red, con su principal promotor ampliamente criticado. Pero en 2013, el debate se reavivó:

Según un nuevo informe de investigación sobre los registros del Laboratorio Nacional Oak Ridge, un hallazgo muy publicitado de 2002 que puso en duda el controvertido experimento de fusión nuclear de mesa ha sido a su vez puesto en duda.

De hecho, el reportero que examinó el volcado de documentos de Oak Ridge también encontró posibles evidencias que podrían vindicar a algunos de los investigadores implicados —incluido el autor principal Rusi Taleyarkhan, ahora en la Universidad de Purdue.

Spectrum IEEE

Aun así, el renovado interés en 2013 no produjo muchos resultados nuevos, y la idea volvió a la pila “sería bueno pero no funciona” de la historia de la ciencia.

El descubrimiento de 2024

Esto continuó hasta que un único investigador, Max Fomitchev‑Zamilov, presidente de Maximus Energy Corporation, en EE. UU., publicó el estudio mencionado en Scientific Reports.

La empresa se especializa en vender herramientas para experimentos de física nuclear, como detectores de neutrones, detectores de rayos gamma, espectrómetros de rayos X, procesadores de pulsos digitales, analizadores multicanal y software de espectroscopía.

En mayo de 2024, el Dr. Fomitchev‑Zamilov afirmó haber detectado posibles eventos de fusión con burbujas de agua pesada (fabricada con deuterio en lugar de hidrógeno normal) mezcladas con partículas de titanio.

En teoría, esto combinaría ambos enfoques teorizados para la fusión fría, con una red metálica de titanio y sonofusión.

Pudimos mantener la producción de neutrones durante varias horas y repetimos el experimento múltiples veces bajo diversas condiciones.

Hipotetizamos que los neutrones observados provienen de la fusión nuclear de iones de deuterio disueltos en la red de titanio debido a la acción mecánica de los chorros de cavitación que impactan.

Observación de la posible sonofusión en una red metálica

Los resultados del experimento son muy interesantes. No solo el recuento pico de neutrones “10 000x por encima del fondo, sino que también solo ocurrió cuando ondas acústicas secundarias interferían constructivamente resultando en picos de presión masivos y agudos del orden de varios miles de psi“.

La producción de neutrones también pudo mantenerse durante varias horas.

Vale la pena notar que el montaje experimental es notablemente compacto y utiliza componentes “ordinarios” de detectores y herramientas de física nuclear, lo que lo hace relativamente fácil de replicar y probar por otros investigadores.

Fuente: Nature

En ese sentido, la disposición del Dr. Fomitchev‑Zamilov de compartir sus datos brutos y su configuración experimental es un movimiento refrescante en un campo a menudo dominado por “recetas secretas”.

Un progreso lento

Quizá más valioso es la admisión múltiple en el artículo publicado de lo que no funcionó, algo que los entusiastas de la fusión fría rara vez están dispuestos a hacer.

La cavitación de burbujas de deuterio en aceite mineral no funcionó, sin importar los cambios en el tamaño de las burbujas, la amplitud de presión, la frecuencia o los surfactantes añadidos. Las gotas de agua pesada tampoco produjeron un exceso detectable de neutrones.

Estos resultados negativos sirven como controles y ayudan a evaluar posibles errores o artefactos, pero no los descartan por sí solos. El autor informó de un aumento del recuento de neutrones al añadir titanio deuterado y agua pesada al aceite mineral.

Más interesante aún, el pico de neutrones ocurrió de forma regular, sincronizado con las ondas acústicas.

Fuente: Nature

De manera similar, el pico de neutrones, distinto del ruido de fondo y de otras señales, es claramente visible al observar la muestra durante 5 horas y luego iniciar las ondas acústicas.

Fuente: Nature

El autor informó de resultados repetidos y de su estudio durante 6 meses. La repetición dentro del mismo laboratorio es relevante, pero no sustituye la reproducción independiente por otros equipos.

Aún no es una prueba definitiva

El artículo publicado reconoce que la fusión fría aún no es la única explicación para justificar el flujo de neutrones.

El estudio informó de emisión de neutrones al combinar titanio deuterado, agua pesada y cavitación acústica en aceite mineral. El mecanismo propuesto necesita más comprobaciones y no demuestra por sí solo una fuente práctica de energía de fusión.

Por ejemplo, las condiciones del experimento podrían crear un fenómeno llamado espallación. Esto ocurre cuando una entrada de alta energía (como la de partículas de alta energía) rompe un núcleo en sus componentes, lo que teóricamente podría causar la detección de neutrones.

Fuente: Springer

Por lo tanto, se requieren análisis adicionales de las reacciones, aparentemente necesitando estudios espectroscópicos complementarios.

Mejorando el diseño

Por supuesto, otro comentario que debemos hacer es que estos resultados ahora necesitan ser replicados por otros investigadores para ser plenamente confiables.

Se necesita recopilar más datos de experimentos para entender cómo optimizar la producción de neutrones y la posible reacción de fusión.

Materiales

Sabemos por esta publicación que el polvo de titanio/deuterio en aceite se mantuvo estable contra descomposición y separación durante al menos 6 meses.

Pero antes de cualquier discusión sobre el uso práctico de tal progreso potencial en fusión fría, necesitaremos saber qué se consume en el proceso.

Posibles mecanismos de sonofusión en una red metálica

La hipótesis de trabajo es que los chorros de cavitación son la causa de los picos de neutrones observados y de la supuesta fusión nuclear.

Estos chorros podrían “actuar como pistones que compactan iones de deuterio almacenados en la red de titanio. En ese caso, el material de los chorros no es tan importante y las gotas de H₂O deberían ser tan efectivas como las gotas de D₂O”.

O tal vez “los chorros deben contener iones de deuterio y el mecanismo de acción es el de un haz de iones que impacta un objetivo deuterado”.

Aclarar entre las 2 hipótesis probablemente será el próximo paso para el Dr. Fomitchev‑Zamilov.

¿Ecos de los trabajos de la NASA?

Debemos notar que el método “no‑frío no‑plasma” descubierto por científicos de la NASA en 2020 utilizó electrones potentes para desencadenar una secuencia de colisiones de partículas, acelerándolas lo suficiente como para que un átomo de deuterio desencadene fusión.

Superar esa barrera requiere una secuencia de colisiones de partículas. Primero, un acelerador de electrones acelera y golpea electrones contra un objetivo cercano de tungsteno. La colisión entre el haz y el objetivo crea fotones de alta energía, al igual que en una máquina de rayos X convencional.

Los fotones se enfocan y dirigen a la muestra de erbio o titanio cargada de deuterio. Cuando un fotón impacta un deuterón dentro del metal, lo divide en un protón y un neutrón energéticos. Luego el neutrón colisiona con otro deuterón, acelerándolo.

¿Podría la cavitación, ya conocida por crear temperaturas instantáneas más calientes que la superficie del Sol a nivel atómico, replicar el mismo proceso pero sin un acelerador de partículas?

¿Energía limpia resuelta?

Si este descubrimiento se confirma y perfecciona, ¿significa que hemos resuelto la fusión nuclear? ¿Y que la energía limpia y abundante es solo cuestión de tiempo? Tal vez, pero aún falta un dato crucial: aunque sabemos que se emiten neutrones, no sabemos cuánta energía está emitiendo el sistema.

Así, el problema que ha obstaculizado la fusión caliente hasta ahora —producir más energía de la que consume— podría ser también un problema para la fusión fría.

Un punto alentador es que el Dr. Fomitchev‑Zamilov está trabajando en un banco de laboratorio, lejos de instalaciones como el Instalación Nacional de Ignición de EE. UU. (NIF), que entrega 500 billones de vatios de potencia pico en un solo punto mediante 192 láseres potentes.

Así que, aunque la salida de energía pueda ser modesta, podemos inferir que la entrada también lo fue.

Invertir en fusión nuclear

Como idea científica que surge de una mala reputación que prácticamente mató la carrera de cualquier físico que se atreviera a trabajar en ella, la fusión fría hoy en día no es accesible para los inversores.

El agua pesada es un mercado muy pequeño, con solo 161 millones de dólares negociados a nivel global (y un poco más producido localmente), y Canadá es el mayor exportador. Un proveedor privado es el gigante de equipos de laboratorio y consumibles Sigma‑Aldrich, parte de Merck KGaA (MRK.DE ) (MRK.DE).

Actualmente, ninguna de las compañías dedicadas a hacer comercialmente viable la fusión nuclear caliente está cotizada públicamente. Esto incluye Helion, General Fusion , Commonwealth Fusion, TAE Technologies, ZAP Energy y NEO Fusion.

Puedes encontrar una lista extensa de startups en el espacio de fusión nuclear en la página dedicada de Dealroom.

Una excepción notable a la dominancia de startups privadas es la empresa cotizada Lockheed Martin Corporation (LMT ), un gigante de la industria de defensa.

1. Lockheed Martin Corporation

Desde principios de la década de 2010, Lockheed trabajó en Compact Fusion, un reactor de fusión nuclear que esperaba ver listo para la década de 2020. Sin embargo, se anunció que el trabajo en el proyecto se detuvo en 2021.

La compañía ha sido muy discreta sobre este proyecto después de un anuncio inicial muy entusiasta. Hasta la fecha, no está claro qué pudo haber impulsado a la empresa a abandonar la idea.

Al mismo tiempo, parece que no abandonó completamente el concepto, notablemente con inversiones en 2024 en Helicity, una startup que desarrolla un motor de fusión.

La idea sería propulsar naves espaciales con ráfagas cortas de fusión. Helicity planea usar un cañón de plasma, el mismo enfoque que utiliza General Fusion.

Potencialmente, los propios resultados internos de Lockheed han mostrado que su diseño no pudo sostener fusión de manera compatible con la producción de energía.

Pero quizá, al mismo tiempo, las ráfagas cortas sean suficientes para la necesidad de propulsión en el espacio y estén mucho más cerca de convertirse en un producto real. También encajarían mejor con el perfil general de la empresa, centrado en aeroespacial y defensa.

2. General Fusion

General Fusion es una de las empresas emergentes que intentan desarrollar la fusión como una actividad del sector privado, además de los proyectos de física financiados con fondos públicos.

La empresa se fundó en 2002 para desarrollar la tecnología de fusión por objetivo magnetizado (MTF).

La empresa considera que la MTF podría ofrecer una vía más corta y menos costosa hacia la fusión con balance energético positivo. General Fusion puso en funcionamiento en 2010 un inyector de plasma de toroide compacto a escala de central eléctrica y desde entonces ha alcanzado otros hitos.

Fuente: General Fusion

Según sus planes publicados en 2024, la empresa pretendía alcanzar condiciones de fusión de 100 millones de grados Celsius en 2025 y avanzar hacia el equivalente del equilibrio científico en 2026. Esto no equivale a producir electricidad neta para la red. En 2023 construyó un modelo a escala 1/5, cuyo rendimiento coincidió con las previsiones de los modelos informáticos.

General Fusion ha dedicado dos décadas a desarrollar y probar por separado las tecnologías fundamentales de su diseño. Estos avances no equivalen todavía a la demostración de una central comercial.

Fuente: General Fusion

Como empresa privada, dispone de mayor autonomía para modificar su diseño que proyectos internacionales como ITER. También puede seleccionar tecnologías y proveedores sin el mismo sistema de reparto de contratos entre países participantes.

Por ello, algunos observadores esperan que General Fusion y varios competidores avancen con mayor rapidez que los grandes proyectos públicos. El resultado sigue siendo incierto.

3. TAE Technologies

La empresa californiana, antes llamada Tri Alpha Energy, desarrolla tecnología de energía de fusión. En el momento descrito por el artículo, preparaba el paso de su plataforma Norman a una máquina de sexta generación llamada Copernicus.

Fuente: TAE

La tecnología de TAE utiliza aceleradores de partículas para aportar energía al plasma y contribuir a su estabilidad y control.

La empresa también utiliza ampliamente la impresión 3D en Copernicus, lo que facilita probar versiones de piezas y resolver problemas con rapidez. Por ejemplo, logró fabricar algunos componentes con la mitad del peso que habrían tenido mediante métodos convencionales.

Fuente: TAE

Si el desarrollo avanzaba según lo previsto, la empresa esperaba construir un primer prototipo de central conectado a la red a comienzos de la década de 2030, y ampliar después su capacidad comercial durante esa década.

Según su director ejecutivo, Michel Binderbauer, la fusión podría conducir a un «paradigma de abundancia».

Durante los 25 años descritos en el artículo, la empresa siguió un modelo de financiación por hitos: cada ronda de inversión dependía del cumplimiento de objetivos acordados.

En 2022, Google y Chevron (CVX )invirtieron en TAE Technologies como parte de una ronda de financiación de 250 millones de dólares. Google llevaba aproximadamente una década colaborando con TAE y proporcionándole inteligencia artificial y capacidad de cálculo.

La empresa también ofrece servicios de ciencias de la vida —terapia por captura de neutrones en boro (BNCT)— y soluciones energéticas, como baterías y movilidad eléctrica.

4. Helion

Helion busca lograr la fusión de deuterio y helio-3, en lugar del enfoque más común basado en deuterio y tritio.

El helio-3 es escaso, pero Helion propone producirlo a partir de deuterio en sus propios reactores. Otras propuestas de suministro, como extraerlo en la Luna, no están demostradas a escala comercial.

Como otras empresas privadas de fusión, Helion utiliza tecnología de inyección de plasma.

Otra característica de Helion es su objetivo de recuperar electricidad directamente del plasma mediante inducción electromagnética, aplicando la ley de Faraday. Así busca evitar el ciclo de vapor utilizado en las centrales nucleares convencionales.

El enfoque podría mejorar la eficiencia y reducir la necesidad de grandes equipos de conversión térmica. El artículo plantea una posible mejora de dos a tres veces, aunque ese rendimiento debe demostrarse en una central operativa.

Helion prevé una central con costes de combustible muy bajos, costes operativos reducidos, alta disponibilidad y costes de capital competitivos. Según la empresa, la recuperación directa de energía permitiría prescindir de grandes turbinas de vapor, torres de refrigeración y otros equipos costosos de los enfoques tradicionales.

En el periodo descrito, Helion operaba Trenta, su reactor de 6^.ª generación, que había realizado más de 10.000 pulsos y alcanzado temperaturas de 100 millones de grados Celsius.

Fuente: Helion

También estaba desarrollando Polaris, su siguiente modelo, diseñado para generar pulsos magnéticos 100 veces más rápidos que Trenta. La empresa aspiraba a demostrar una ganancia neta de electricidad; el artículo no acredita que ese objetivo ya se hubiera alcanzado.

Polaris tendría 19 metros de longitud, un tamaño relativamente compacto frente a otros diseños de reactores de fusión.