Energía
Primer proyecto comercial de fusión nuclear anunciado
Fusión, la fuente de energía definitiva
A medida que el suministro de energía estable, fiable, barato y neutro en carbono se vuelve cada vez más urgente, todas las miradas se han puesto en las soluciones nucleares.
Esto incluye la fisión nuclear, o la división de átomos pesados como el uranio, el torio o el plutonio. Esta tecnología está experimentando un regreso dramático en el contexto de la eliminación de las centrales de carbón y gas, a pesar de la necesidad de generación de energía base, así como de las tendencias de electrificación del transporte, la calefacción y la producción industrial.
Sin embargo, no está exenta de problemas, incluso para la generación de plantas nucleares de cuarta generación más avanzadas. Lo más notable es que aún implica el manejo de materiales altamente radiactivos, algo que el público sigue temiendo y que nunca será completamente neutral desde el punto de vista medioambiental.
Por eso los científicos han estado investigando las promesas de la fusión nuclear, que fusiona átomos como el hidrógeno, el mismo fenómeno que alimenta al Sol.
Fuente: Nature
Esto usaría un combustible que es el elemento más abundante del Universo y produciría solo helio o litio inofensivos. También sería lo suficientemente potente como para disponer de energía esencialmente infinita, sin riesgo de explosión ni de una reacción en cadena descontrolada.
El problema es que producir las condiciones requeridas es tan difícil de lograr que ningún reactor de fusión se ha acercado jamás a la comercialización.
Esto podría cambiar en menos de una década, al menos según Commonwealth Fusion Systems (CFS). La compañía acaba de anunciar que está avanzando hacia la construcción del primer reactor de fusión comercial en Virginia.
Proyecto del reactor CFS
Commonwealth Fusion Systems tiene como objetivo que su reactor ARC genere 400 MW para la red eléctrica de Virginia, lo suficiente para abastecer a 150.000 hogares.
Este es un avance radical para el campo de la fusión nuclear, ya que siempre se había pensado que el primer reactor a gran escala estaría a 20‑30 años de distancia. Incluso el enorme esfuerzo internacional que es ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional) no se espera que termine antes de 2039.
En comparación, el reactor CFS está planeado para construirse en un sitio propiedad de la compañía energética Dominion (D ). Lo consideran factible ya a principios de la década de 2030.
“Los crecientes requerimientos de nuestros clientes de energía libre de carbono se benefician de un menú lo más diverso posible de opciones de generación, y en ese espíritu, nos complace ayudar a CFS en sus esfuerzos.”
Edward H Baine – presidente de Dominion
Commonwealth Fusion Systems
Tecnología CFS
Para entender cuán realista es este proyecto, debemos observar la historia de CFS. La compañía se escindió del MIT en 2018 y ha recaudado $2 mil millones desde entonces, notablemente del gigante petrolero italiano Eni. CFS está desarrollando un reactor de fusión basado en el diseño “clásico” de tokamak, que forma un plasma en un toro (forma de dona).
Fuente: DOE
(Puedes aprender más sobre fusión nuclear y diferentes diseños de reactores en “Fusión nuclear – La solución de energía limpia definitiva en el horizonte” y sobre superconductividad en “Progreso en superconductividad allanando el camino para una nueva revolución tecnológica”)
CFS utiliza imanes superconductores de alta temperatura (HTS) desarrollados en colaboración con el MIT. Controlarán y comprimirán el plasma de deuterio‑tritio para crear fusión nuclear.
Una “cobertura” líquida captura esa energía como calor, luego la transfiere a agua que hace girar una turbina de vapor para generar electricidad. El deuterio está disponible casi en todas partes y puede filtrarse del agua de mar, mientras que las coberturas ARC producirán naturalmente tritio.
En 2021, desarrolló un imán HTS de 20 teslas, una mejora de 100‑1 000 × respecto al rendimiento de imanes anteriores y el más grande jamás construido.
Estos imanes ahora se ensamblan en un nuevo diseño récord llamado Bobina Modelo del Solenoide Central (CSMC). En 2024, la compañía también publicó su tecnología para un cable superconductivo de alta densidad de corriente y alta temperatura que alimenta a estos imanes.
El uso de combustible será muy compacto, como ocurre con todas las tecnologías de fusión nuclear:
“Debido a que solo se necesitan pequeñas cantidades, el combustible de ARC para 30 años puede ser entregado por un solo camión cuando se inaugure una nueva planta, sin riesgos de cambios de precio a futuro y sin depender de cadenas de suministro globalmente problemáticas.”
Próxima serie de reactores
Los imanes HTS se usarán para construir SPARC, con el objetivo de ser el primer reactor de fusión con energía neta, lo que significa que producirá más energía de fusión de la que consume al encender el plasma de hidrógeno.
SPARC ya está en construcción en el campus de CFS en Massachusetts, pero aún no ha producido su primer plasma.
Fuente: CFS
Si todo va bien con el demostrador SPARC, ARC, que se construirá en Virginia, es el siguiente paso.
Fuente: CFS
Mientras SPARC sirve para probar la tecnología, ARC servirá para probar la economía del diseño. Cada ARC tendrá aproximadamente el tamaño de una tienda de gran superficie con necesidades de sitio similares.
Fuente: CFS
El siguiente paso es producir en masa ARC, con el objetivo de reducir los costos de fabricación y distribuir los costos de I+D.
Respaldos serios
CFS no solo está respaldado por Dominion y Eni, sino también por la Agencia de Energía Atómica del Reino Unido, con la que firmó un acuerdo de colaboración de cinco años en 2022.
Los esfuerzos de investigación de CFS fueron financiados por premios de dos iniciativas del Departamento de Energía de EE. UU., la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada–Energía (ARPA‑E) y la Ciencia de la Energía de Fusión (FES).
Los expertos del MIT también están estrechamente involucrados con CFS:
“Donde la misión del TFMC era demostrar una resistencia constante, el CSMC necesitaba demostrar velocidad.
Centenas de manos han tocado esta bobina, desde su concepción en el tablero de dibujo hasta su largo y complicado programa de pruebas. La ingeniosidad, la perseverancia y el corazón mostrados por este equipo unido fueron tan impresionantes como la bobina que surgió de sus labores.”
Ted Golfinopoulos, uno de los investigadores principales del MIT en reactores de fusión.
Evaluación de CFS
Los logros de Commonwealth Fusion Systems en tecnología de imanes son de clase mundial. El confinamiento magnético estable, el concepto central de un reactor tokamak, podría demostrar la pieza clave que falta para resolver el rompecabezas de la fusión nuclear.
En cualquier caso, será una tecnología muy valiosa, no solo para aplicaciones de fusión.
Sin embargo, es un poco pronto para decir cuán optimistas son los objetivos y el cronograma de CFS. La fusión nuclear es un campo plagado de prototipos prometedores que han resultado ser menos estables o productivos de lo esperado.
Por lo tanto, no está claro si la potencia adicional de los imanes de CFS será suficiente para producir plasma de fusión fiable y rentable.
Como ejemplo de posibles problemas no resueltos, la cubierta que produce tritio dentro del reactor podría no ser tan productiva o duradera como se esperaba, incluso si la generación de plasma transcurre sin problemas. Recoger la energía y convertirla en electricidad sin dañar el reactor durante décadas de operación también podría resultar complicado.
La confianza mostrada por CFS y Dominion Energy, sin embargo, indica que la fusión nuclear está avanzando rápidamente. Junto con IA capaz de desarrollar nuevos materiales o estabilizar el plasma en tiempo real, podríamos estar a solo 1‑2 décadas de energía ilimitada y barata que permitiría desplegar masivamente la desalinización, la exploración espacial, la agricultura interior, etc.
Empresas de fusión
Actualmente, ninguna de las empresas dedicadas exclusivamente a hacer viable comercialmente la fusión nuclear está cotizada en bolsa. Esto incluye Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA 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.
Sin embargo, una empresa cotizada en bolsa ha estado activa en el campo de la fusión, con una reorientación de su concepto de producción de energía a propulsión espacial: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Una excepción notable a la dominancia de startups privadas en el sector es la empresa cotizada Lockheed Martin Corporation, un gigante de la industria de defensa.
Lockheed trabajó desde principios de la década de 2010 en Compact Fusion, un reactor de fusión nuclear que esperaba que estuviera listo para la década de 2020. Sin embargo, se ha anunciado que el trabajo del proyecto se detuvo en 2021.
La compañía ha sido muy discreta con este proyecto desde el anuncio público inicial. Hasta la fecha, no está claro qué podría 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 es propulsar naves espaciales con ráfagas cortas de fusión. Helicity planea usar una pistola de plasma, el mismo enfoque que General Fusion. Potencialmente, los resultados internos de Lockheed podrían haber demostrado que su diseño no pudo sostener la fusión de manera compatible con la producción de energía.
Pero quizá, al mismo tiempo, ¿son suficientes las ráfagas cortas para la necesidad de propulsión en el espacio y mucho más cerca de convertirse en un producto real? También sería un mejor ajuste con el perfil general de la empresa, centrado en aeroespacial y defensa.
