Energía
Fusión Nuclear – La solución de energía limpia definitiva en el horizonte
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El poder de las estrellas
La energía nuclear genera opiniones diversas. Accidentes como Chernóbil y Fukushima han influido en su percepción pública.
La fisión proporciona electricidad con bajas emisiones de carbono durante la operación y puede ofrecer producción continua. Sus costes, residuos y riesgos requieren evaluación.
La energía nuclear puede formar parte de nuestra futura combinación energética, incluyendo diseños de cuarta generación de reactores. Las mejoras de seguridad, eficiencia y residuos dependen de cada tecnología y no están garantizadas por su etiqueta.
Estos reactores utilizan fisión: dividen núcleos pesados. El torio se emplea mediante ciclos que producen un isótopo fisible, no del mismo modo directo que el uranio-235.
Otra forma de energía nuclear es la fusión, que combina núcleos ligeros para formar otros más pesados.
La fusión alimenta las estrellas. Cada segundo, el Sol convierte unos 600 millones de toneladas de hidrógeno. A esa tasa, procesar una masa equivalente a la Tierra tomaría unos 315.000 años, no 70.000.
La radiación solar también impulsa indirectamente el viento, la fotosíntesis y buena parte del origen de los combustibles fósiles.
La fusión terrestre podría acceder a combustibles abundantes, pero no todos los isótopos son igual de disponibles. El deuterio abunda en el agua; el tritio es escaso y radiactivo.
Fisión y fusión
La combustión libera energía al reorganizar enlaces químicos. Las reacciones nucleares cambian los núcleos y pueden liberar mucha más energía por unidad de masa.
Como comparación aproximada, la fisión completa de un kilogramo de uranio-235 libera tanta energía como millones de kilogramos de carbón. El rendimiento de un combustible real depende del proceso y del aprovechamiento.
Fisión y fusión pueden liberar energía porque cambian la energía de enlace nuclear.
Los núcleos de masa intermedia tienen, en general, mayor energía de enlace por nucleón que los muy pesados. Dividir ciertos núcleos pesados puede liberar energía.
Al combinar ciertos núcleos ligeros también se forman productos más ligados y se libera energía. No toda combinación de elementos es energéticamente favorable.
Fuente: Nature
La comparación de energía por masa entre fusión y fisión depende de las reacciones elegidas. No debe expresarse como un multiplicador universal.
La disponibilidad de combustible puede ser muy amplia, pero una fuente real está limitada por extracción, producción de isótopos, materiales y costes.
Los gigantes gaseosos contienen enormes cantidades de hidrógeno. Su abundancia no implica que extraerlo y transportarlo resulte práctico.
El deuterio terrestre podría sostener una demanda muy elevada durante mucho tiempo, aunque no equivale a un suministro literalmente infinito.
El helio es un producto estable de algunas reacciones, pero esto no vuelve a la fusión libre de residuos: los neutrones pueden activar los materiales y muchos diseños usan tritio.
La fusión es difícil
¿Por qué todavía no abastecemos nuestras redes eléctricas con fusión comercial?
Los núcleos tienen carga positiva y se repelen. Se necesitan condiciones que permitan superar esa barrera mediante colisiones y efectos cuánticos.
En las estrellas, gravedad, temperatura y tiempo de confinamiento permiten la fusión. Júpiter no tiene masa suficiente para mantener la fusión estelar del hidrógeno.
En la Tierra se requieren otros métodos para lograr temperaturas, densidades y tiempos de confinamiento adecuados.
Los experimentos de mediados del siglo XX demostraron reacciones de fusión, pero no una central que produjera electricidad neta.
(La primera explosión termonuclear a gran escala se produjo en 1952. Una explosión no constituye un método de suministro eléctrico controlado.)
Muchos diseños trabajan con plasmas de unos 100 millones de grados o más. Aunque su cantidad de materia sea pequeña, deben controlarse las pérdidas de energía y protegerse los materiales.
La dificultad ha dado lugar a la broma de que «la fusión siempre está a 30 años». Los avances no eliminan los obstáculos técnicos y económicos.
Reemplazando la gravedad
El objetivo de una central es entregar más electricidad de la que consume el sistema completo. Esto difiere de medir solo la energía de fusión frente a la energía que llega al combustible.
Se investigan diversos métodos de confinamiento y calentamiento.
Que un dispositivo produzca algunas reacciones no demuestra que pueda generar electricidad neta o funcionar de forma económica.
Tokamaks
Un tokamak utiliza campos magnéticos para confinar plasma en una cámara de forma toroidal.
Los tokamaks constituyen una de las principales líneas de investigación. ITER es un gran experimento internacional, con participación de China, la Unión Europea, India, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos. No está diseñado para suministrar electricidad a la red.
Fuente: DOE
En 2024, ITER presentó una revisión de calendario con operaciones de deuterio-tritio previstas para 2039. Se trata de planificación experimental, no de producción eléctrica comercial en esa fecha.
Otros reactores de fusión con imanes
Otros sistemas magnéticos incluyen estelaradores, esferomaks y distintas configuraciones de toroides compactos.
Los estelaradores emplean geometrías magnéticas tridimensionales complejas. Pueden favorecer operaciones prolongadas, pero su diseño y fabricación requieren cálculos y componentes exigentes.
Los esferomaks son configuraciones de plasma en las que una parte importante del campo es generada por corrientes del propio plasma.
Los toroides compactos incluyen configuraciones sin una bobina central que atraviese el plasma. Esto no elimina todos los requisitos magnéticos o de estabilidad.
Láseres
La fusión por confinamiento inercial utiliza pulsos intensos para comprimir y calentar una pequeña cápsula de combustible antes de que se disperse.
La Instalación Nacional de Ignición estadounidense (NIF) concentra 192 haces láser sobre un blanco. Su gran potencia de pico se aplica durante un pulso muy breve, no como producción eléctrica continua.
Fuente: Britannica
El confinamiento inercial es otra línea importante. Convertir un experimento en una central requiere avances en láseres, blancos, repetición y recuperación de energía.
El confinamiento magnético exige controlar el plasma y desarrollar materiales adecuados. El inercial debe comprimir el combustible de forma suficientemente uniforme y eficiente.
Impulso eléctrico
Una corriente eléctrica puede generar campos que comprimen el plasma. La fusión de blanco magnetizado es una familia relacionada, pero no todos estos métodos son equivalentes.
El pinzamiento Z utiliza corriente a través del plasma. Otros diseños emplean compresión mecánica de plasma magnetizado; no deben confundirse con un simple acelerador de partículas.
Fuente: IEEE
Algunos diseños buscan sistemas compactos. Un tamaño menor no garantiza menor coste ni ganancia energética.
Entre los desarrolladores se encuentran General Fusion (GFUZ ) y Helion, con métodos distintos. General Fusion era privada en 2024; la cotización dinámica actual corresponde a un periodo posterior.
Pasos hacia la fusión comercial
Rendimientos
La fusión comercial seguía siendo experimental en el contexto de 2024. Ninguna de estas vías había demostrado una central de suministro eléctrico rentable.
Se han mejorado distintas medidas de rendimiento. Es necesario especificar qué energía entra en el denominador y qué parte del sistema se mide.
En diciembre de 2022, NIF anunció ganancia de energía respecto al láser que llegó al blanco. No fue ganancia eléctrica neta de toda la instalación.
El experimento entregó unos 2,05 megajulios al blanco y obtuvo aproximadamente 3,15 megajulios de energía de fusión.
Sin embargo, los láseres consumieron cientos de megajulios de electricidad. La instalación no produjo electricidad neta; además, transformar calor en electricidad implicaría pérdidas adicionales.
Fue un hito científico importante, aun sin demostrar una central energética.
Estabilidad del plasma y duración de la reacción
Un plasma duradero no equivale necesariamente a una reacción autosostenida o a ganancia neta. Temperatura, densidad, confinamiento y balance energético deben evaluarse conjuntamente.
Por ejemplo, WEST mantuvo un plasma durante 364 segundos en 2024. Fue un récord de duración de plasma para ese dispositivo, no seis minutos de producción neta de energía de fusión.
El tungsteno puede ayudar a proteger superficies expuestas a grandes cargas térmicas. Más información en «Tungsteno: un metal clave para la alta tecnología».
Superconductores baratos
Los superconductores son importantes para determinados imanes. No todos los métodos de fusión necesitan el mismo tipo de sistema superconductivo.
Hay avances en superconductores de alta temperatura, que aún requieren refrigeración. No se había validado en 2024 un superconductor práctico a temperatura y presión ambiente para centrales. Véase «Progreso en superconductividad y nuevas posibilidades tecnológicas».
IA
El plasma es materia ionizada. En los dispositivos de fusión puede presentar inestabilidades complejas.
Estas inestabilidades pueden degradar el confinamiento o provocar interrupciones de la descarga.
Los sistemas de control ajustan campos y otros parámetros. Los cálculos y las mediciones en tiempo real son exigentes.
La IA puede contribuir a predecir determinadas inestabilidades. Un estudio obtuvo advertencias de hasta unos 300 milisegundos en condiciones específicas; no resolvió todos los problemas de control.
Los investigadores explicaron que anticipar una inestabilidad permite actuar antes de que se desarrolle, en lugar de depender únicamente de una respuesta posterior.
Seguridad
La fusión no mantiene una reacción en cadena de fisión. Si se pierden las condiciones necesarias, disminuye la reacción, pero siguen existiendo riesgos industriales y radiológicos.
Entre los aspectos que deben resolverse figuran:
- El manejo de tritio radiactivo en muchos diseños y el control de posibles fugas. Su impacto depende del inventario y de las barreras de seguridad.
- La protección frente a altas energías, campos magnéticos, tensiones eléctricas, criogenia e interrupciones del plasma.
- La activación de materiales por neutrones, que requiere selección de componentes y gestión adecuada al final de su vida útil. No puede suponerse que todo residuo sea mínimo o inocuo.
Áreas relacionadas
Propulsión de fusión espacial
Además de la generación eléctrica, se investigan conceptos de propulsión espacial basados en fusión.
Su elevada energía por masa de combustible podría ofrecer ventajas. Un reactor ligero, fiable y con gestión térmica adecuada sigue siendo un gran desafío.
El tiempo de viaje y el combustible dependerían del diseño, del empuje y de la misión. No está demostrada una mejora universal de seguridad para las tripulaciones.
Incluso un reactor terrestre viable necesitaría importantes adaptaciones para operar en una nave.
Una propulsión de fusión práctica podría ampliar las posibilidades de una economía espacial, pero no convertiría instantáneamente a la humanidad en una civilización interplanetaria.
Fusión fría
La llamada fusión fría propone reacciones nucleares a temperaturas bajas. No existe una demostración reproducible de una fuente comercial de energía basada en ella.
Algunas hipótesis estudian hidrógeno o deuterio en redes metálicas como paladio, erbio y titanio. La presencia del gas en un metal no demuestra fusión.
Pons y Fleischmann anunciaron resultados en 1989, pero no se reprodujeron de forma fiable. El episodio ilustra problemas de validación científica. Esto no autoriza a calificar automáticamente de fraude toda investigación posterior.
Algunos investigadores siguen estudiando reacciones nucleares de baja energía, conocidas como LENR, y otros fenómenos en materia condensada.
En 2023, ARPA-E anunció financiación para ocho proyectos de investigación LENR. Por separado, NASA investigó fusión por confinamiento en redes metálicas con energía externa en 2020. Estos trabajos no demostraron una central de fusión fría sin aporte energético.
La financiación permite comprobar hipótesis; no valida por sí misma los resultados ni su viabilidad comercial.
Fusión por burbujas
Otra propuesta estudia si el colapso de burbujas durante cavitación acústica podría producir condiciones favorables a reacciones nucleares.
La cavitación puede generar condiciones extremas y sonoluminiscencia, emisión de luz asociada al colapso de burbujas. La luz no es prueba de fusión nuclear.
Las afirmaciones de fusión por burbujas han generado controversia y problemas de reproducción.
Los nuevos experimentos deben evaluarse por sus controles, mediciones y replicación independiente.
En mayo de 2024 se publicó «Observación de emisión de neutrones durante cavitación acústica de polvo de titanio deuterado» en Scientific Reports, no en la revista principal Nature. El sistema incluía polvo de deuteruro de titanio, aceite mineral y gotas de agua pesada.
Los autores informaron de neutrones y propusieron que podían proceder de fusión entre deuterones asociada a la acción mecánica de los chorros de cavitación. Es una interpretación del estudio, no una demostración de energía neta. Una corrección de julio de 2024 añadió un reconocimiento de financiación.
El informe requiere reproducción independiente y análisis de fuentes alternativas de señal. La revisión por pares no establece por sí sola una tecnología energética funcional.
Participación del sector privado
La investigación de plasma y fusión tuvo históricamente un fuerte respaldo público.
NIF también cumple una función de investigación para la seguridad del arsenal nuclear estadounidense sin ensayos explosivos.
Los largos plazos y el elevado riesgo favorecieron durante décadas la financiación pública y académica.
El interés privado ha aumentado por varios motivos:
- La experiencia acumulada, los conocimientos publicados y el personal especializado.
- Los avances técnicos y la disposición de algunos inversores a financiar proyectos de alto riesgo. No garantizan una solución comercial ni recursos ilimitados.
- La demanda de energía fiable con bajas emisiones de carbono, junto con factores geopolíticos y económicos.
Las empresas privadas exploran nuevos diseños y modelos de desarrollo. Algunas comparan su ambición con SpaceX (SPCX ), que era privada en 2024. La reutilización de cohetes tenía antecedentes; su comparación con fusión no garantiza resultados similares.
Empresas de fusión
En el contexto de 2024, desarrolladores especializados como Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems, TAE Technologies, Zap Energy y NEO Fusion eran privados. Las cotizaciones actuales y las estructuras empresariales pueden ser posteriores. Dealroom mantiene una lista de empresas del sector.
1. General Fusion
General Fusion desarrolla tecnología de fusión con financiación privada y apoyo de distintos inversores.
La compañía, fundada en 2002, desarrolla fusión de blanco magnetizado.
La empresa busca un sistema compacto y competitivo. Construyó un inyector de plasma de escala relevante en 2010 y anunció otros hitos de desarrollo. Estos avances no equivalen a electricidad neta comercial.
Fuente: General Fusion
En 2024, la compañía planteaba alcanzar 100 millones de grados en 2025 y avanzar hacia condiciones equivalentes al equilibrio científico en 2026. Eran objetivos, no resultados logrados ni equilibrio eléctrico de toda una central. En 2023 probó un modelo a escala reducida.
General Fusion ha ensayado componentes de su diseño durante años. La validación de componentes no sustituye una demostración integrada y económicamente viable.
Una empresa privada puede adoptar decisiones de diseño con mayor autonomía, pero también debe gestionar financiación, contratos y requisitos regulatorios.
Fuente: General Fusion
La competencia entre enfoques públicos y privados puede acelerar la investigación. No es posible asegurar cuál alcanzará una central viable.
2. Lockheed Martin Corporation
LMT Gráfico de precios
Una compañía cotizada con antecedentes de investigación es Lockheed Martin Corporation (LMT ), un gran contratista aeroespacial y de defensa.
Lockheed investigó fusión compacta desde la década de 2010, pero se informó de que aquel programa terminó en 2021. Sus calendarios iniciales no se cumplieron.
La información pública sobre el cierre es limitada. No debe atribuirse una causa técnica concreta sin evidencia.
Por otra parte, su división de inversión invirtió en Helicity Space en 2024, una empresa que investiga propulsión de fusión.
Helicity estudia compresión y fusión de plasmas para propulsión. Su enfoque no es idéntico al sistema mecánico de General Fusion.
La falta de detalles públicos impide deducir los resultados internos de Lockheed.
Los requisitos de propulsión por pulsos difieren de los de una central terrestre. Ambas aplicaciones necesitan demostraciones específicas.
3. TAE Technologies
TAE Technologies, antes Tri Alpha Energy, desarrolla confinamiento de plasma. En el contexto de 2024 trabajaba en Copernicus, después de Norman.
Fuente: TAE
TAE utiliza haces de partículas neutras para aportar energía y ayudar a mantener su configuración de plasma. No actúan como un espesante material.
La empresa también utiliza fabricación aditiva para ciertos componentes y prototipos. Las reducciones de peso dependen de la pieza, no de todos los elementos del reactor.
Fuente: TAE
La empresa comunicó aspiraciones de una central piloto en la década de 2030. Eran previsiones de desarrollo y financiación, no fechas garantizadas.
TAE ha descrito un modelo de financiación ligado a hitos técnicos. Esto no elimina el riesgo ni significa que cada objetivo ya se haya cumplido.
Google y Chevron (CVX ) participaron en una ronda de 250 millones de dólares anunciada en 2022. Google también colaboró en herramientas computacionales.
TAE desarrolla además tecnologías de ciencias de la vida, como terapia por captura neutrónica de boro, y soluciones de energía y movilidad eléctrica.
4. Helion
Helion busca utilizar deuterio y helio-3, en lugar de basar su reacción principal en deuterio-tritio.
El helio-3 es escaso. Helion propone producirlo mediante reacciones de deuterio; esto no requiere asumir que la minería lunar sea la única alternativa.
Helion utiliza configuraciones de plasma que se aceleran y comprimen. Las empresas de fusión privadas no comparten todas el mismo método.
Su diseño pretende recuperar energía eléctrica directamente mediante inducción electromagnética, reduciendo la dependencia de un ciclo de vapor.
La conversión directa podría ofrecer ventajas, pero su eficiencia neta y costes deben demostrarse en un sistema completo. No hay un multiplicador universal de rendimiento.
Helion prevé bajos costes de combustible y equipos sin grandes turbinas de vapor. Son expectativas de la compañía, sujetas a validación técnica y económica.
La empresa informó de que Trenta, su sexta generación de dispositivos, había realizado más de 10.000 pulsos y alcanzado unos 100 millones de grados. No equivalía a producción eléctrica comercial.
Fuente: Helion
En 2024 desarrollaba Polaris, con la intención de demostrar generación eléctrica y mayor repetición de pulsos. Un objetivo de diseño no demuestra por sí solo ganancia neta.
El tamaño anunciado de unos 19 metros para Polaris era una característica del dispositivo, no la dimensión de una central completa.
