La historia de la transición energética se ha convertido en contraproducente

 

Necesitamos otro tipo de transformación más que nunca...

 A place and time for magical thinking. Photo by Dollar Gill on Unsplash

 

A continuación la traducción del texto original de The Honest Sorcerer, conocido por el alias B, espero que lo disfruten tanto como yo ...

 

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Todavía existe la creencia generalizada de que es posible alejarse de los combustibles fósiles, un mito que se contradice con un cuerpo de evidencia cada vez mayor. No es que el modelo anterior, basado en el carbón, el petróleo y el gas, fuera incluso un poco más sostenible: estamos hablando de recursos finitos después de todo. Sin embargo, la transición energética fue algo mucho más fácil de vender, que admitir que hemos llegado al final del crecimiento, y que un largo camino sinuoso de vuelta a una vida mucho más simple es lo que espera. Mientras tanto, la verdadera crisis (cambio climático), ha demostrado ser un tema mucho más complejo de "manejar" que tan sólo apagando algunas centrales eléctricas de carbón, y deseando que el unicornio mágico de la economía del Hidrógeno se materialice... ¿Cómo se torció todo? ¿Qué tipo de transición es posible entonces?

 

Comencemos primero haciendo una declaración simple: nunca ha habido una transición energética en la historia de la humanidad. Ni en el siglo XIX, cuando el carbón entró en escena, ni en el XX con la llegada de la energía nuclear, ni en el XXI, con la adopción generalizada de la energía eólica y solar. Como el término implica, habría requerido que abandonáramos una fuente de energía viable en favor de otra, reduciendo la antigua en beneficio de la nueva. Eso habría significado dejar vastas reservas de la antigua fuente de energía, sin explotar. Eso nunca ha sucedido, y nunca sucederá, por una sencilla razón: el Principio de Máxima Potencia (PMP).

El PMP postula que los sistemas complejos (como la economía humana) tienden a evolucionar de manera que maximicen su consumo o rendimiento de energía. Lo que significa que mientras exista una fuente de energía viable, no dejaremos de usarla: primero tiene que agotarse o, de lo contrario, dejar de estar disponible para nosotros. (Y como muestra la historia de las conferencias sobre el clima, ese parece ser el caso de los combustibles fósiles). En pocas palabras: no, no existe algo llamado “transición energética”, sino sólo una adición a la combinación existente.

 

 

Global primary energy consumption by source from Our World in Data. As you can see coal has not displaced traditional biomass (like wood), just like nuclear, natural gas, or “renewables” has not replaced coal.

 

La segunda cosa que es necesario señalar aquí es que la eficiencia energética no es una solución por dos razones. En primer lugar, también viola el principio de máxima potencia y, por lo tanto, coloca a la entidad que reduce su consumo total de energía en una desventaja importante; permitiendo efectivamente que otras entidades la superen. Dado que vivimos en un entorno competitivo, donde los débiles son devorados/ocupados/robados/colonizados/etc., no se puede permitir que esto suceda. Como resultado, la energía ahorrada mediante medidas de eficiencia siempre se utilizará de otras maneras (normalmente aumentando la producción económica). Y si bien podríamos debatir cómo esto es malo desde un punto de vista moral, así es el mundo en el que vivimos. Solo eche un vistazo al cuadro a continuación:

 

Energy use per person. There are no low energy — high income countries. You either produce your own energy or scoop up others’. Countries with a high energy consumption tend to dominate the less fortunate, showing how the Maximum Power Principle works in geopolitics.

 

La otra razón por la que la eficiencia energética no puede salvar la situación (ni siquiera en un entorno cooperativo benigno) es la paradoja de Jevons, propuesta por el economista inglés William Stanley Jevons en 1865. El fenómeno que lleva su nombre se produce cuando el progreso tecnológico aumenta la eficiencia con la que se utiliza un recurso (como el carbón), pero la caída del costo de uso induce aumentos en la demanda. Del mismo modo, si se abandonara el uso del carbón en favor de las “renovables”, lo único que se lograría sería abaratar mucho el carbón en otros lugares y, por tanto, aumentar su uso. Lo mismo ocurre con la gasolina (frente a los coches eléctricos) o cualquier otra forma de ahorro energético. A menos que una fuente de energía se prohíba físicamente en todo el mundo, o se vuelva menos disponible debido al agotamiento, no se puede esperar que su consumo disminuya, sin importar cuán perjudicial resulte ser su uso a largo plazo.

Ahora, con estos dos factores en mente, eche un vistazo al primer gráfico de arriba. ¿Ha notado el estancamiento (o la disminución) de los combustibles fósiles: primero el carbón, luego el petróleo y, últimamente, el gas natural? ¿Hubo alguna prohibición sobre su uso a nivel mundial? ¿No? ¿Entonces por qué dejaron de crecer? ¿Debido a la transición energética, que nunca fue, o quizás debido a medidas de eficiencia energética [sic]? ¿O tal vez porque hemos llegado a límites estrictos para su extracción? Tómate un minuto para reflexionar sobre eso.

Aun así, ¿es técnicamente posible prescindir de los combustibles fósiles, sin importar por qué se están quedando atrás? “De todos modos, estas son formas de energía altamente contaminantes, ¡así que adiós! Basta con echar un vistazo a este titular reciente, que afirma que los combustibles fósiles cayeron al mínimo histórico del 2,4% de la generación de electricidad británica. ¡Esa es la respuesta!" - No tan rapido. Primero, eche un vistazo a este cuadro del artículo anterior:

 

 

 

Share of GB electricity from fossil fuels in each half-hour period, %, 2009–2024 to date. Source: National Grid Electricity System Operator. Chart by Carbon Brief.

 

 

Lo que ves arriba no es el patrón de ondas cerebrales de un ingeniero de redes eléctricas que experimenta una pesadilla, sino algo bastante parecido. Lo que el gráfico ilustra más que mil palabras es lo volátil que es la energía “renovable”. (Nota: el gráfico muestra períodos de media hora: con una participación del 2,4 % de los combustibles fósiles en la generación de electricidad, digamos a las 12:30, y luego del 75 % a la 13:00). Esto es tremendo: esos altibajos significan encender y apagar la producción de electricidad de todo un país a un ritmo increiblemente impredecible. Por lo tanto, los apagones aleatorios generalizados e imprevisibles sólo pueden evitarse extendiendo esta volatilidad por todo el continente europeo Y añadiendo un respaldo capaz de producir hasta el 90% de la demanda en un instante.

 

Esta es la razón por la que la creciente adopción de la energía solar está creando desafíos para la red energética de Estados Unidos, una afirmación que a menudo se rechaza al pronunciar la frase mágica: “redes inteligentes”. Si bien ningún periodista se esfuerza mucho en explicar lo que esto significa realmente, como alguien que trabaja en el campo de la electrificación sólo puedo decir una cosa: las redes inteligentes implican un mayor uso de cobre y aluminio de lo que puedas imaginar. La construcción de transformadores de alto voltaje, aparamenta, inversores, convertidores, líneas eléctricas y la lista continúa -sin mencionar el agregado de una cantidad considerable de almacenamiento en baterías-, resulta en un aumento masivo en el uso de materias primas.

 

Ahora, el suministro de cobre -un metal esencial para la "transición"- ya enfrenta serios desafíos, a medida que las minas más antiguas se agotan y no hay nuevos proyectos mineros en carpeta. Sin embargo, a medida que los ricos yacimientos se agotan, las empresas mineras se ven obligadas a avanzar con minerales de ley cada vez más baja (que contienen cada vez menos cobre por tonelada). Como resultado, es necesario palear y transportar cada vez más rocas para obtener la misma cantidad de metal, lo que conduce no sólo a un aumento significativo de los costos, sino también a un mayor consumo de combustible.

 

Por otro lado, la demanda de cobre, desde la inteligencia artificial hasta los vehículos eléctricos, las actualizaciones de la red, las baterías y las “renovables”, sigue aumentando y se prevé que crezca aún más. Y si bien el reciclaje podría aliviar un poco el dolor, estamos hablando de construir un montón de nueva infraestructura que requiere todos los materiales nuevos, mucho más de lo que el reciclaje de cosas viejas podría brindarnos. (E incluso si eventualmente reciclamos, significa que aún perderíamos el 10% del material en cada ronda, lo que llevaría a un rápido agotamiento de los materiales que se reciclarán solo después de unos pocos ciclos). 

 

Quizás no hace falta decir que cuantas más “renovables” conectemos a la red, más baterías, equipos inteligentes, cables de alto voltaje y el resto se necesitarán para acomodarlos. Por eso, como escribí hace más de un año, las “renovables” también son propensas a tener rendimientos decrecientes. Más allá de cierto nivel de penetración (y muy por debajo del 100%), agregar más “renovables” se vuelve prohibitivamente costoso y eventualmente se detiene. Simplemente eche un vistazo nuevamente al cuadro de pesadillas de los ingenieros de redes eléctricas que aparece arriba.

 

Y dado que los paneles solares y las turbinas eólicas también utilizan cobre, aluminio y una variedad de otros metales, toda la “transición” se volverá no financiable a medida que la demanda de estos materiales eventualmente supere la oferta y los precios se disparen. En este punto, asumir más deuda o imprimir más dinero simplemente deja de ser efectivo: lo único que logrará es un repunte masivo de los precios de las materias primas que terminará en una quiebra para la “industria verde”. ¿Es de extrañar entonces que las inversiones en la red estén retrasadas respecto de las adiciones de energías renovables y que la falta de capacidad de transmisión pueda frenar la “transición energética” incluso en Europa…?

 

La “transición energética” a escala global es un espejismo, un lago en el desierto del que nunca podrás beber.

 

Sólo para mostrar que no estoy hablando de hipótesis, aquí hay algunas citas y titulares recientes de los medios. (Y nuevamente, si algo de esto es cierto, entonces realmente no importa cuánta más capacidad “renovable” se agregó el año pasado; ya que las adiciones adicionales serán cada vez más limitadas a medida que la demanda supere a la oferta y las redes eléctricas se vuelvan cada vez más incapaces de acomodar fuentes más dependientes del clima.)

"El auge de la IA podría provocar una escasez de cobre" 

 

"Si nos fijamos en la demanda que proviene de los centros de datos y en relación con la de la IA, ese crecimiento se ha disparado repentinamente", dijo Rahim. ''Ese millón de toneladas se suma a lo que tenemos como déficit de 4 a 5 millones de toneladas para 2030. Eso no es algo que nadie haya tenido en cuenta en muchos de estos equilibrios de oferta y demanda”. 

 

“El cobre ya es escaso. Nadie está construyendo minas nuevas... También es menos costoso adquirir minas de cobre activas que desarrollar una nueva”. 

 

“Panamá ha anunciado el cierre de una controvertida mina de cobre después de que la Corte Suprema dictaminara que una concesión de 20 años otorgada a una empresa canadiense para operarla era inconstitucional”. 

 

"Las fundiciones chinas han estado luchando por asegurar el suministro de materias primas como resultado de las interrupciones en las minas, que han paralizado su suministro interno". 

 

“Desde una perspectiva a largo plazo, las preocupaciones sobre la oferta siguen siendo válidas. Las interrupciones y cierres de minas, combinados con leyes de mineral cada vez más bajas de las minas en operación, ya se han traducido en una caída en picado de los costos de tratamiento y refinación. Si bien es probable que los precios más altos del cobre desencadenen el desarrollo de nuevas minas, se necesitan un promedio de 16 a 17 años desde el descubrimiento hasta la producción”. 

 

“Mantenerse en una vía neta cero para 2030 requerirá 12,8 millones de toneladas de suministros adicionales de cobre durante los próximos cinco años y medio, según cálculos recientes de BloombergNEF. En comparación, el año pasado sólo se produjeron unos 27 millones de toneladas. Lograr emisiones netas de carbono cero para 2050 requerirá un enorme aumento del 460% en la producción de cobre, lo que requerirá que se pongan en funcionamiento 194 nuevas minas a gran escala durante los próximos 32 años. Según el informe del Foro Internacional de Energía, en un escenario sin cambios, para entonces solo se habrán añadido 35. Por lo tanto, alcanzar los objetivos de cero emisiones netas requerirá un salto desde la línea de base nunca antes visto en la historia de la humanidad”.

 

Ahora agreguemos el hecho de que todavía estamos extrayendo mineral de cobre con camiones y excavadoras que funcionan con diésel, y fundimos el metal usando gas natural o carbón... Con una demanda de cobre que ya está aumentando, ¿cuál es la posibilidad de electrificar la minería? Una medida así canibalizaría la producción misma que generan, dejando aún menos para la tan cacareada “transición”. Como explica Irina Slav: 

 

“En teoría, la electrificación de todo tipo de medios de transporte y maquinaria parece muy factible, incluso a veces fácil. Todo lo que necesita es una gran cantidad de paquetes de baterías que pueda reemplazar en la maquinaria cuando se agoten, pero aún necesita usar la maquinaria. 

 

La práctica, sin embargo, es bastante diferente. Por su propia definición, la maquinaria pesada pesa bastante y el peso agota cualquier batería, razón por la cual la fabricación de vehículos eléctricos de pasajeros pasa por un estudio en materiales livianos. Un mayor peso significa tiempos de descarga más rápidos, lo que a su vez significa cambios de batería más frecuentes, lo que a su vez significa mayores costos generales. Y se suponía que la transición sería más barata que la alternativa”.

 

Odio ser portador de malas noticias, pero la “transición energética” –que nunca lo fue– depende enteramente de la disponibilidad de combustibles fósiles. Y a falta de un milagro energético, seguirá haciéndolo. Construir y mantener (equilibrar la carga) una “red inteligente” requiere no sólo cobre sino también carbón, petróleo y gas natural, incluso cuando estos recursos alcanzan su punto máximo. Dado lo cerca que estamos de la energía neta máxima que podemos obtener de estos combustibles en un agregado global, las posibilidades de abandonar los combustibles fósiles son cada día más escasas.

 

Y ni siquiera hemos mencionado los altos costos de descarbonizar la producción de acero o producir fertilizantes sin combustibles fósiles. Las “renovables” sólo abordan la generación de electricidad, al menos en el papel. El principal problema es que la proporción de electricidad en nuestro consumo de energía final es de alrededor del 20%, y el 80% restante de nuestro uso de energía todavía proviene de combustibles fósiles. (Y como hemos visto, tampoco toda la electricidad puede generarse mediante energías renovables, por lo que se pueden agregar algunos puntos porcentuales más a eso).  

 

Las personas que no trabajan en la industria tienden a subestimar la cantidad de calor (más de 1000 °C o 1832 °F) que se requiere para la fundición de metales, la fabricación de cemento y otros procesos de fabricación (como fundir y dar forma al vidrio). Sin mencionar el hecho de que muchos de estos procesos utilizan activamente los átomos de carbono que se encuentran en los combustibles fósiles (para fabricar acero o refinar cobre, por ejemplo). Entonces, incluso si pudiéramos utilizar toda la electricidad generada en este planeta para producir hidrógeno (utilizando un método sin pérdidas aún por inventar con una relación de conversión de energía de 1:1), solo podríamos cubrir una cuarta parte de la demanda de energía de las industrias pesadas, minería, transporte de larga distancia, etc., necesarios para fabricar y enviar todos esos paneles brillantes, autos eléctricos, dispositivos y el resto... Y luego estaríamos sentados en la oscuridad, sin poder cargar nuestros teléfonos. 

 

El verdadero cuello de botella para la economía mundial, y paradójicamente para la propia “transición energética”, es la disponibilidad de combustibles fósiles de bajo costo. A medida que su extracción continúa requiriendo cada vez más energía (perforar pozos cada vez más profundos, cada vez con mayor frecuencia, extraer petróleo cada vez más pesado a un costo energético cada vez mayor), pronto llegaremos al punto en el que necesitaremos cualquier otra fuente de energía sólo para mantener la producción de petróleo, esencial para todo lo que hacemos como civilización. Visto desde esta perspectiva, una creciente inversión solar en Medio Oriente, provocada por una población en crecimiento y una creciente demanda de energía, es en realidad una señal de que ese mismo canibalismo energético nos afecta cada vez más fuerte.

 

Y por último unas palabras sobre el cambio climático. A medida que las naciones industrializadas de todo el mundo limpian la contaminación del aire causada por combustibles fósiles eliminando el azufre del humo y los combustibles, también disminuyen la cantidad de aerosoles que protegen de la luz solar. Sin embargo, con menos aerosoles, hay menos nubes bajas y menos reflejo de la radiación solar entrante; conduciendo directamente a un calentamiento aún mayor. Este efecto de enmascaramiento también es mucho más fuerte de lo que esperaba la ciencia convencional (IPCC), de lo que se infiere que hay incluso más calentamiento en camino de lo que se pensaba anteriormente... Entonces, ¿cómo nos ayuda esta “transición energética” a luchar contra el cambio climático?

 

 

Another vision of the future in line with geophysical realities. Photo by Anthony DELANOIX on Unsplash

 

 

La cantidad de arrogancia destilada en la botella etiquetada “transición energética” es más que suficiente para matar un planeta. Tal pensamiento supone un control humano ilimitado sobre este orbe azul pálido, junto con su clima, recursos y ecosistemas. Supone una cantidad infinita de minerales (cobre, litio, cobalto, silicio, aluminio, etc.) disponibles para el uso humano, mientras ignora por completo la cantidad exponencialmente creciente de energía necesaria para acceder a reservas cada vez más pobres de estos recursos que se agotan rápidamente... Todo esto lleva a un costo ambiental igualmente creciente (destrucción).

 

Después de todo esto, resulta curioso que las mismas fuentes de energía necesarias para construir, reciclar y luego equilibrar la carga de “renovables” sean las que intentan reemplazar. A pesar de todos los gestos, todavía no hay fuentes de energía viables, escalables y verdaderamente renovables esperando entre bastidores. Todo lo que hacemos, desde la minería hasta la agricultura, desde la hidroeléctrica hasta la nuclear –y “soluciones” como la gestión de la radiación solar– sigue dependiendo totalmente de la disponibilidad de combustibles fósiles densos, asequibles y abundantes.

 

Es hora de que crezcamos y dejemos de lado nuestros sueños infantiles de que la tecnología y el progreso salven a nuestras lamentables sociedades. Necesitamos una transición psicológica a la edad adulta, no una transición material al olvido.

 

 

A medida que el enorme excedente de energía proporcionado por el carbono antiguo se desvanece lentamente en la memoria, tendremos que arreglárnoslas cada vez más sin tanta tecnología. Al mismo tiempo, también debemos afrontar las consecuencias de liberar tanto carbono y otros contaminantes a la atmósfera, y adaptarnos a nuestro entorno que cambia rápidamente, o abandonar lugares donde la vida humana ya no es posible. En lugar de invertir en intentos inútiles de reemplazar lo irreemplazable, o intentar volver a meter al Genio en la botella, deberíamos construir una sociedad alternativa, resiliente, local, de baja tecnología y baja energía; restaurar ecosistemas y encontrar un nuevo acuerdo de vida con el mundo natural a medida que avanzamos.

 

Ahora que nuestra población también está alcanzando su punto máximo y disminuyendo debido a la caída de las tasas de natalidad, ¿utilizaremos este ligero respiro para hacer realidad una forma de vida tan “ecotécnica”, verdaderamente renovable y regenerativa? ¿O redoblaremos nuestra apuesta por una tecnoutopía verde que viola todas las leyes de la termodinámica y todo lo que sabemos sobre cómo funcionan los sistemas complejos...? Seamos realistas: esta civilización insostenible no tiene reparación. Necesita cuidados paliativos antes de que descanse, no otro día con soporte vital impulsado por magia verde y cuentos de hadas sobre una “transición energética”, que nunca sucedió.

 

Hasta la proxima vez,

 

B

 

ITER ES UN ESCAPARATE ... DE LOS INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA DE FUSIÓN

 

"El gigante Anteo ─nos recuerda Dubos─ veía reducida su fortaleza conforme aumentaba la distancia que separaba sus pies de la tierra, siendo ésta la causa de su muerte a manos del héroe civilizador Héracles, quien logró asfixiarlo sin demasiado esfuerzo sosteniéndolo en vilo. El erudito doctor Fausto vendió su bien más preciado a cambio de un conocimiento ilimitado y el acceso a los placeres mundanos, lo que, a pesar de todo, no le evitó el fatal e irrevocable destino al que él mismo, con sus propias decisiones, se vio abocado. Por último, ni las más benevolentes intenciones para con los seres humanos prepararon a Prometeo para las consecuencias que acarrearon a los hombres el que éste les entregara el fuego robado a Zeus abriéndoles con ello el ambiguo y peligroso camino del sometimiento y la transformación técnica de la naturaleza."
[https://lotofagos-island.blogspot.com/2019/11/rene-dubos-pensar-globalmente-actuar.html]

 

Daniel Jassby fue físico investigador principal en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton hasta 1999. Durante 25 años trabajó en áreas de física del plasma y producción de neutrones relacionadas con la investigación y el desarrollo de la energía de fusión. Es doctor en ciencias astrofísicas por la Universidad de Princeton.

A continuación os dejo la traducción de este artículo suyo.

Traducción realizada con la versión gratuita del traductor www.DeepL.com/Translator.

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Nuclear fission power plants in Cattenom, France. Image courtesy Electricite de France/Anthony Fausser

Hace un año escribí una crítica a la fusión como fuente de energía, titulada "Reactores de fusión: No son lo que se dice". Ese artículo suscitó mucho interés, a juzgar por los más de 100 comentarios de los lectores que generó. En consecuencia, se me pidió que escribiera una continuación y que continuara la conversación con los lectores del Boletín.

Pero primero, algunos antecedentes, en beneficio de los que acaban de llegar a la sala.

Soy un físico investigador que trabajó en experimentos de fusión nuclear durante 25 años en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, en Nueva Jersey. Mis intereses de investigación se centraban en los ámbitos de la física del plasma y la producción de neutrones relacionados con la investigación y el desarrollo de la energía de fusión. Ahora que me he jubilado, he empezado a observar toda la empresa de la fusión de forma más desapasionada, y creo que un reactor de fusión comercial que funcione a diario causaría más problemas de los que resolvería.

Así que me siento obligado a disipar parte de la hipérbole que ha surgido en torno a la energía de fusión, que ha sido anunciada sistemáticamente como la fuente de energía "perfecta" y promocionada con demasiada frecuencia como la solución mágica a los problemas energéticos del mundo. En el ensayo del año pasado se argumentaba que las características de la perfección energética que se proclaman sin cesar (normalmente "inagotable, barata, limpia, segura y libre de radiaciones") quedan desmentidas por la dura realidad, y que un reactor de fusión sería en realidad casi lo contrario de una fuente de energía ideal. Pero ese debate se refería en gran medida a los inconvenientes característicos de los reactores de fusión conceptuales, que los defensores de la fusión siguen insistiendo en que algún día se superarán.

Ahora, sin embargo, estamos en un punto en el que, por primera vez, podemos investigar una instalación prototipo de reactor de fusión en el mundo real: el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que se está construyendo en Cadarache, Francia. Aunque todavía faltan años para que entre en funcionamiento, el proyecto ITER está lo suficientemente avanzado como para que podamos examinarlo como caso de prueba del diseño en forma de donut conocido como tokamak, el enfoque más prometedor para conseguir energía de fusión terrestre basada en el confinamiento magnético. En diciembre de 2017, la dirección del proyecto ITER anunció que se había completado el 50 por ciento de las tareas de construcción. Este importante hito ofrece una considerable confianza en la eventual finalización de lo que será la única instalación en la Tierra que se asemeja remotamente a lo que se supone que es un reactor de fusión práctico. Como escribió el New York Times, esta instalación "se está construyendo para poner a prueba un sueño largamente acariciado: 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".

Los físicos del plasma consideran que el ITER es el primer dispositivo de confinamiento magnético que puede demostrar un "plasma ardiente", en el que el calentamiento por partículas alfa generadas en las reacciones de fusión es el medio dominante para mantener la temperatura del plasma. Esta condición requiere que la potencia de fusión sea al menos cinco veces superior a la potencia de calentamiento externa aplicada al plasma. Aunque ninguna de estas potencias de fusión se convertirá realmente en electricidad, el proyecto ITER se anuncia principalmente como un paso crítico en el camino hacia una central eléctrica de fusión práctica, y esa afirmación es la que nos interesa aquí.

Veamos qué se puede deducir sobre algunos inconvenientes posiblemente irremediables de las instalaciones de fusión observando el esfuerzo del ITER, concentrándonos en cuatro áreas: el consumo de electricidad, las pérdidas de combustible de tritio, la activación de neutrones y la demanda de agua de refrigeración. El esquema físico de este proyecto de entre 20.000 y 30.000 millones de dólares se muestra en la siguiente fotografía.

Image courtesy of ITER

Un lema equivocado

En la página web del ITER aparece la proclama "Energía ilimitada", que es también el grito de guerra de los entusiastas de la fusión de todo el mundo. La ironía de este eslogan parece haberse perdido para el personal del proyecto y el público no lo sospecha. Pero cualquiera que haya seguido la construcción en las instalaciones del ITER en los últimos cinco años -y se puede seguir fácilmente con fotografías y descripciones detalladas en el sitio web del proyecto- se habrá sorprendido de la tremenda cantidad de energía invertida.

La página web presume implícitamente de esta enorme inversión energética, describiendo cada uno de los subsistemas del ITER como el más estupendo de su clase. Por ejemplo, el criostato, o refrigerador de helio líquido, es el recipiente de vacío de acero inoxidable más grande del mundo, mientras que el propio tokamak pesará tanto como tres torres Eiffel. El peso total de la instalación central del ITER es de unas 400.000 toneladas, de las cuales los componentes más pesados son 340.000 toneladas para los cimientos y edificios del complejo del tokamak, y 23.000 toneladas para el propio tokamak.

Pero los promotores deberían estar más angustiados que extasiados, porque lo más grande significa un gran desembolso de capital y una gran inversión en energía, que debe aparecer en el lado negativo del libro de contabilidad energética. Y esta energía ha sido proporcionada en gran medida por los combustibles fósiles, dejando una insondable "huella de carbono" para la preparación del sitio y la construcción de todas las instalaciones de apoyo, así como el propio reactor.

En el emplazamiento del reactor, las máquinas impulsadas por combustibles fósiles excavan enormes volúmenes de tierra hasta una profundidad de 20 metros y fabrican e instalan innumerables toneladas de hormigón. Algunos de los camiones más grandes del mundo (impulsados por combustibles fósiles) transportan los gigantescos componentes del reactor al lugar de montaje. Los combustibles fósiles se queman en la extracción, el transporte y el refinado de las materias primas necesarias para fabricar los componentes del reactor de fusión y, posiblemente, en el propio proceso de fabricación.

Uno puede preguntarse cómo podría devolverse esa energía gastada, y por supuesto no lo hará. Pero la plasmación muy visible de la tremenda inversión en energía representa sólo el primer componente de la irónica "Energía ilimitada".

Junto a estos edificios hay un patio de maniobras de tres hectáreas con enormes subestaciones que manejan hasta 600 megavatios de electricidad, o MW(e), de la red eléctrica regional, lo que es suficiente para abastecer a una ciudad de tamaño medio. Esta energía se necesitará como entrada para abastecer las necesidades de funcionamiento del ITER; nunca saldrá energía al exterior, porque la construcción interna del ITER hace imposible convertir el calor de la fusión en electricidad. Hay que recordar que el ITER es una instalación de prueba diseñada únicamente para demostrar el concepto de cómo los ingenieros pueden imitar el funcionamiento interno del sol para unir átomos en el mundo real de forma controlada; el ITER no está pensado para generar electricidad.

La subestación eléctrica indica la gran cantidad de energía que se gastará en el funcionamiento del proyecto ITER, y de todas las grandes instalaciones de fusión. Como señalé en mi anterior artículo del Boletín, los reactores de fusión y las instalaciones experimentales deben albergar dos clases de drenaje de energía eléctrica: En primer lugar, una serie de sistemas auxiliares esenciales, como los criostatos, las bombas de vacío y la calefacción, ventilación y refrigeración de los edificios, deben mantenerse continuamente, incluso cuando el plasma de fusión está inactivo. En el caso del ITER, ese drenaje de energía no interrumpible varía entre 75 y 110 MW(e), escribieron J.C. Gascon y sus coautores en su artículo de enero de 2012 para Fusion Science & Technology, "Design and Key Features for the ITER Electrical Power Distribution".

La segunda categoría de drenaje de energía gira directamente en torno al propio plasma, cuyo funcionamiento es en pulsos. En el caso del ITER, se necesitarán al menos 300 MW(e) durante decenas de segundos para calentar el plasma reactivo y establecer las corrientes de plasma necesarias. Durante la fase de funcionamiento de 400 segundos, se necesitarán unos 200 MW(e) para mantener la combustión de la fusión y controlar la estabilidad del plasma.

Incluso durante los próximos ocho años de construcción y puesta a punto de la central, el consumo de energía in situ tendrá una media de al menos 30 MW(e), lo que se sumará a la energía invertida y servirá de precursor del drenaje de energía ininterrumpida del emplazamiento.

Pero gran parte de la información sobre los drenajes de energía -y la distinción entre la generación prevista de calor en lugar de electricidad en el ITER- se ha perdido al describir el proyecto al público.

Iluminación energética

Recientemente, el sitio web New Energy Times presentó un relato bien documentado, "El mito de la amplificación de la energía del ITER", sobre cómo el departamento de comunicaciones de la instalación difundió información mal redactada sobre el balance energético del ITER y engañó a los medios de comunicación. Una afirmación típica que se ha difundido es que "ITER producirá 500 megavatios de potencia de salida con una potencia de entrada de 50 megavatios", dando a entender que ambas cifras se refieren a la energía eléctrica.

El New Energy Times aclara que los 500 megavatios de salida previstos se refieren a la potencia de fusión (plasmada en neutrones y alfas), que no tiene nada que ver con la energía eléctrica. La entrada de 50 MW a la que se hace referencia es la potencia de calentamiento inyectada en el plasma para ayudar a mantener su temperatura y corriente, y es sólo una pequeña fracción de la potencia eléctrica total de entrada al reactor. Esta última varía entre 300 y 400 MW(e), como se ha explicado anteriormente.

La crítica técnica del New Energy Times es esencialmente válida y llama la atención sobre la colosal potencia eléctrica que exige cualquier instalación de fusión. De hecho, siempre se ha reconocido que se necesita una enorme cantidad de energía para poner en marcha cualquier sistema de fusión. Pero los sistemas de fusión tokamak también requieren cientos de megavatios de energía eléctrica incesantes sólo para mantenerlos en funcionamiento. En una aparente respuesta a las críticas del New Energy Times, la página web del ITER y otros medios como Eurofusion han corregido algunas afirmaciones erróneas en relación con el flujo de energía.

Sin embargo, hay problemas mucho más graves con el funcionamiento anunciado del ITER que el etiquetado engañoso de las potencias de entrada y salida proyectadas. Mientras que la potencia eléctrica de entrada de 300 MW(e) y más es indiscutible, una cuestión fundamental es si el ITER producirá 500 MW de algo, una pregunta que gira en torno al vital combustible de tritio: su suministro, la voluntad de utilizarlo y la campaña necesaria para optimizar su rendimiento. Otros conceptos erróneos tienen que ver con la naturaleza real del producto de la fusión.

Tribulaciones de tritio

El combustible de fusión más reactivo es una mezcla 50/50 de los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio; este combustible (a menudo escrito como "D-T") tiene una producción de neutrones de fusión 100 veces superior a la del deuterio solo, y un aumento espectacular de las consecuencias de la radiación.

El deuterio es abundante en el agua ordinaria, pero no hay suministro natural de tritio, un nucleido radiactivo con una vida media de sólo 12,3 años. La página web del ITER afirma que el combustible de tritio se "tomará del inventario mundial de tritio". Ese inventario consiste en tritio extraído del agua pesada de los reactores nucleares CANDU, situados principalmente en Ontario (Canadá) y, en segundo lugar, en Corea del Sur, con una posible fuente futura en Rumanía. El "inventario global" actual es de aproximadamente 25 kilogramos, y aumenta sólo medio kilogramo al año, señalan Muyi Ni y sus coautores en su artículo de 2013, "Tritium Supply Assessment for ITER", en Fusion Engineering and Design. Se espera que el inventario alcance su punto máximo antes de 2030.

Aunque los partidarios de la fusión hablan alegremente de fusionar deuterio y tritio, en realidad temen intensamente el uso del tritio por dos razones: En primer lugar, es algo radiactivo, por lo que hay problemas de seguridad relacionados con su posible liberación al medio ambiente. En segundo lugar, hay una producción inevitable de materiales radiactivos cuando los neutrones de fusión D-T bombardean la vasija del reactor, lo que requiere un blindaje mejorado que impide en gran medida el acceso para el mantenimiento e introduce problemas de eliminación de residuos radiactivos.

En 65 años de investigación en la que han participado cientos de instalaciones, sólo dos sistemas de confinamiento magnético han utilizado tritio: el reactor de prueba de fusión Tokamak en mi antiguo terreno del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, y el Tokamak Europeo Conjunto (JET) en Culham, Reino Unido, en la década de 1990.

Los planes actuales del ITER prevén la adquisición y el consumo de al menos 1 kilogramo de tritio al año. Suponiendo que el proyecto ITER sea capaz de adquirir un suministro adecuado de tritio y sea lo suficientemente valiente como para utilizarlo, ¿se conseguirán realmente 500 MW de potencia de fusión? Nadie lo sabe.

Se supone que el "primer plasma" del ITER se producirá en 2025. A esto le seguirán 10 años relativamente suaves de montaje continuado de la máquina y operaciones periódicas de plasma con hidrógeno y helio. Estos gases no producen neutrones de fusión y, por lo tanto, permiten resolver los problemas de la fase de prueba y optimizar el rendimiento del plasma con un riesgo mínimo de radiación. Las inestabilidades del plasma deben mantenerse a raya para garantizar un confinamiento energético adecuado, de modo que el plasma reactivo pueda calentarse y mantenerse a alta temperatura. Hay que reducir los flujos de átomos no hidrogénicos.

El programa del ITER prevé el uso de deuterio y tritio a partir de finales de la década de 2030. Pero no hay garantía de alcanzar el objetivo de 500 MW; la generación de energía de fusión en grandes cantidades depende, entre otras cosas, del desarrollo de la receta óptima de inyección de deuterio y tritio mediante pastillas congeladas, haces de partículas, soplado de gas y reciclaje. Durante la inevitable etapa inicial hasta principios de la década de 2040, es probable que la potencia de fusión del ITER sea sólo una fracción de los 500 MW, y que se pierda más tritio inyectado por no recuperación que quemado (es decir, fusionado con deuterio).

Los análisis del funcionamiento de la D-T en el ITER indican que sólo el 2% del tritio inyectado se quemará, por lo que el 98% del tritio inyectado saldrá indemne del plasma de reacción. Mientras que una alta proporción simplemente fluye hacia fuera con el escape del plasma, gran parte del tritio debe ser continuamente barrido de las superficies de la vasija de reacción, los inyectores de haz, los conductos de bombeo y otros apéndices para su procesamiento y reutilización. Durante sus varias docenas de recorridos por el Sendero de Lágrimas del Tritio alrededor de los sistemas de plasma, vacío, reprocesamiento y alimentación, algunos átomos de tritio quedarán atrapados permanentemente en la pared de la vasija y en los componentes de la misma, así como en los sistemas de diagnóstico y calentamiento del plasma.

La permeabilidad del tritio a alta temperatura en muchos materiales no se entiende hasta hoy, como explicaron R. A. Causey y sus coautores en "Tritium barriers and tritium diffusion in fusion reactors". La migración más profunda de alguna pequeña fracción del tritio atrapado hacia las paredes y luego hacia los canales de refrigerante líquido y gaseoso no se podrá evitar. La mayor parte del tritio implantado acabará desintegrándose, pero habrá inevitables liberaciones al medio ambiente a través del agua de refrigeración circulante.

Los diseñadores de los futuros reactores tokamak suelen suponer que todo el tritio quemado será sustituido por la absorción de los neutrones de fusión en el litio que rodea completamente el plasma reactivo. Pero incluso esa fantasía ignora totalmente el tritio que se pierde permanentemente en su trotamundos por los subsistemas del reactor. Como demostrará el ITER, el conjunto de tritio no recuperado puede rivalizar con la cantidad quemada y sólo puede ser sustituido por la costosa compra de tritio producido en los reactores de fisión.

Radiación y residuos radiactivos de la fusión

Como se ha señalado anteriormente, los 500 MW de potencia de fusión térmica previstos por el ITER son energía no eléctrica. Pero lo que los partidarios de la fusión se resisten a decir es que esta potencia de fusión no es una radiación benigna similar a la solar, sino que consiste principalmente (80%) en corrientes de neutrones energéticos cuya única función aparente en el ITER es producir enormes volúmenes de residuos radiactivos al bombardear las paredes de la vasija del reactor y sus componentes asociados.

Sólo el 2% de los neutrones serán interceptados por los módulos de prueba para investigar la producción de tritio en el litio, pero el 98% de las corrientes de neutrones simplemente se estrellarán contra las paredes del reactor o contra los dispositivos de las aberturas de los puertos.

En los reactores de fisión, como máximo el 3% de la energía de fisión aparece en forma de neutrones. Pero el ITER es como un aparato eléctrico que convierte cientos de megavatios de energía eléctrica en flujos de neutrones. Una característica peculiar de los reactores de fusión D-T es que la abrumadora preponderancia de la energía térmica no se produce en el plasma que reacciona, sino en el interior de la gruesa vasija de acero del reactor, cuando las corrientes de neutrones chocan contra ella y disipan gradualmente su energía. En principio, esta energía neutrónica termalizada podría convertirse de algún modo en electricidad con una eficiencia muy baja, pero el proyecto ITER ha optado por evitar abordar este reto. Se trata de una tarea aplazada para los llamados reactores de demostración que los partidarios de la fusión esperan desplegar en la segunda mitad del siglo.

Uno de los inconvenientes de la energía de fusión, reconocido desde hace tiempo, es el daño causado por la radiación de neutrones a los materiales expuestos, que provoca hinchazón, fragilidad y fatiga. El tiempo total de funcionamiento con altas tasas de producción de neutrones en el ITER será demasiado pequeño para causar incluso daños menores a la integridad estructural, pero las interacciones de los neutrones seguirán creando una radiactividad peligrosa en todos los componentes expuestos del reactor, produciendo finalmente la asombrosa cantidad de 30.000 toneladas de residuos radiactivos.

Alrededor del tokamak del ITER, un monstruoso cilindro de hormigón de 3,5 metros de grosor, 30 metros de diámetro y 30 metros de altura, llamado bioshield, impedirá que los rayos X, los rayos gamma y los neutrones parásitos lleguen al exterior. La vasija del reactor y los componentes no estructurales, tanto dentro de la vasija como más allá del bioescudo, se volverán altamente radiactivos por la activación de los flujos de neutrones. Los tiempos de inactividad para el mantenimiento y la reparación se prolongarán porque todo el mantenimiento debe realizarse con equipos de manipulación remota.

Para el proyecto experimental Joint European Torus, en el Reino Unido, mucho más pequeño, el volumen de residuos radiactivos se estima en 3.000 metros cúbicos, y el coste de desmantelamiento superará los 300 millones de dólares, según el Financial Times. Estas cifras se verán empequeñecidas por las 30.000 toneladas de residuos radiactivos del ITER. Afortunadamente, la mayor parte de esta radiactividad inducida se desintegrará en décadas, pero después de 100 años unas 6.000 toneladas seguirán siendo peligrosamente radiactivas y requerirán su eliminación en un depósito, dice la sección "Residuos y desmantelamiento" del Informe Final de Diseño de ITER.

El transporte periódico y la eliminación fuera del emplazamiento de los componentes radiactivos, así como el eventual desmantelamiento de toda la instalación del reactor, son tareas que consumen mucha energía y que amplían aún más el lado negativo de la contabilidad energética.

El mundo del agua

Se necesitarán flujos torrenciales de agua para eliminar el calor de la vasija del reactor del ITER, los sistemas de calentamiento del plasma, los sistemas eléctricos del tokamak, los refrigeradores criogénicos y las fuentes de alimentación de los imanes. Incluyendo la generación de fusión, la carga total de calor podría alcanzar los 1.000 MW, pero incluso con una potencia de fusión nula la instalación del reactor consume hasta 500 MW(e) que finalmente se convierten en calor a eliminar. El ITER demostrará que los reactores de fusión serían mucho más consumidores de agua que cualquier otro tipo de generador de energía, debido a los enormes consumos parasitarios de energía que se convierten en calor adicional que hay que disipar in situ. (Por "parasitario" se entiende el consumo de una parte de la propia energía que produce el reactor).

El agua de refrigeración se tomará del Canal de Provenza formado por la canalización del río Durance, y la mayor parte del calor se descargará a la atmósfera mediante torres de refrigeración. Durante las operaciones de fusión, el caudal combinado de toda el agua de refrigeración alcanzará los 12 metros cúbicos por segundo (180.000 galones por minuto), es decir, más de un tercio del caudal del Canal. Ese nivel de flujo de agua puede sostener una ciudad de 1 millón de habitantes. (Pero la demanda real de agua del Canal será sólo una fracción muy pequeña de ese valor porque el pulso de energía del ITER será de sólo 400 segundos, con un máximo de 20 pulsos diarios, y el agua de refrigeración del ITER se recircula).

Incluso cuando el ITER no produzca más que neutrones, su caudal máximo de refrigerante seguirá siendo casi la mitad del de una central nuclear o de carbón en pleno funcionamiento que genere 1.000 MW(e) de energía eléctrica. En el ITER, las bombas que hacen circular el agua por unos 36 kilómetros de tuberías de grado nuclear consumirán hasta 56 MW(e) de energía eléctrica.

El funcionamiento de una gran instalación de fusión como el ITER sólo es posible en un lugar como la región francesa de Cadarache, donde hay acceso a muchas redes eléctricas de alta potencia, así como a un sistema de agua fría de alto rendimiento. En las décadas pasadas, la gran abundancia de flujos de agua dulce y el agua fría ilimitada de los océanos hicieron posible la implantación de un gran número de centrales termoeléctricas de un nivel de gigavatios. En vista de la disminución de la disponibilidad de agua dulce e incluso de agua fría del océano en todo el mundo, la dificultad de suministrar agua de refrigeración haría por sí sola inviable el futuro despliegue generalizado de los reactores de fusión.

El impacto de ITER

Independientemente de que el ITER funcione mal o bien, su legado más favorable es que, al igual que la Estación Espacial Internacional, habrá dado un ejemplo impresionante de cooperación internacional durante décadas entre naciones tanto amigas como semihostiles. Los críticos denuncian que la colaboración internacional ha ampliado enormemente el coste y los plazos, pero el coste de 20.000 a 30.000 millones de dólares del ITER no es ajeno a los costes de otras grandes empresas nucleares, como las centrales cuya construcción se ha aprobado en los últimos años en Estados Unidos (Summer y Vogtle) y Europa Occidental (Hinkley y Flamonville), y el proyecto estadounidense de combustible nuclear MOX en Savannah River. Todos estos proyectos han experimentado una triplicación de los costes y unos plazos de construcción que han pasado de años a décadas. El problema subyacente es que todas las instalaciones de energía nuclear -ya sean de fisión o de fusión- son extraordinariamente complejas y exorbitantemente caras.

Un segundo papel inestimable del ITER será su influencia definitiva en la planificación del suministro de energía. Si tiene éxito, el ITER permitirá a los físicos estudiar plasmas de fusión de larga duración y alta temperatura. Pero visto como un prototipo de productor de energía, el ITER será, manifiestamente, una fuente de neutrones que causará estragos, alimentada por tritio producido en reactores de fisión, alimentada por cientos de megavatios de electricidad de la red eléctrica regional, y que exigirá recursos de agua de refrigeración sin precedentes. El daño de los neutrones se intensificará mientras que las otras características perdurarán en cualquier reactor de fusión posterior que intente generar suficiente electricidad para superar todos los sumideros de energía identificados aquí.

Al enfrentarse a esta realidad, incluso los planificadores energéticos más ilusionados pueden abandonar la fusión. En lugar de anunciar el amanecer de una nueva era energética, es probable que el ITER desempeñe un papel análogo al del reactor reproductor rápido de fisión, cuyos flagrantes inconvenientes hirieron de muerte a otra supuesta fuente de "energía ilimitada" y permitieron el continuo dominio de los reactores de agua ligera en el ámbito nuclear.

REACTORES DE FUSIÓN: NO SON LO QUE SE DICE

 

"- Yo diseñé el caparazón externo.
- ¿Qué?
- El caparazón. El sarcófago.
- ¿Tú construiste esta cosa?
- No esta parte. La parte exterior... pero no sé nada de los números o el resto. Me contrataron para diseñar un caparazón vacío ... un cubo.
- ¿Un cubo? ¿Y porqué no nos dijiste? Por Dios, tú lo sabías.
- No.
- Estás mintiendo.
- No al principio.
- ¿Quién está detrás de esto?
- No lo sé.
- ¿Quién te contrató?
- No pregunté. Ni siquiera salí de mi oficina. Todo lo hablé por teléfono. Cada uno trabajaba en su parte y a nadie le interesaba de lo que se trataba. [...] Es difícil de entender pero ... no es una conspiración. Nadie está encargado. Es una patochada sin sentido bajo la ilusión de un plan maestro. [...] Una obra que descansa en los anales del olvido, como si fuera un accidente. ¿Tú crees que alguien quiere hacer preguntas? Todos quieren tener la conciencia tranquila ... y un buen cheque."
[Cube. 1997. Vincenzo Natali]

 

Daniel Jassby fue físico investigador principal en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton hasta 1999. Durante 25 años trabajó en áreas de física del plasma y producción de neutrones relacionadas con la investigación y el desarrollo de la energía de fusión. Es doctor en ciencias astrofísicas por la Universidad de Princeton.

A continuación os dejo la traducción de este artículo suyo.

Traducción realizada con la versión gratuita del traductor www.DeepL.com/Translator.

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Artist's conception of "first plasma" in a tokamak. Image courtesy of ITER

 

Los reactores de fusión han sido promocionados durante mucho tiempo como la fuente de energía "perfecta". Sus defensores afirman que, cuando se desarrollen reactores de fusión comerciales útiles, producirían enormes cantidades de energía con pocos residuos radiactivos, formando poco o ningún subproducto de plutonio que pudiera utilizarse para armas nucleares. Estos defensores de la fusión también dicen que los reactores de fusión serían incapaces de generar las peligrosas reacciones en cadena que conducen a un colapso, todos los inconvenientes de los actuales esquemas de fisión en las centrales nucleares.

Y, al igual que la fisión, un reactor nuclear de fusión tendría la enorme ventaja de producir energía sin emitir ningún tipo de carbono que calentara la atmósfera de nuestro planeta.

Pero hay un problema: Mientras que, en términos relativos, es bastante sencillo dividir un átomo para producir energía (que es lo que ocurre en la fisión), es un "gran desafío científico" fusionar dos núcleos de hidrógeno para crear isótopos de helio (como ocurre en la fusión). Nuestro sol realiza constantemente reacciones de fusión, quemando hidrógeno ordinario a enormes densidades y temperaturas. Pero para reproducir ese proceso de fusión aquí en la Tierra -donde no tenemos la intensa presión creada por la gravedad del núcleo solar- necesitaríamos una temperatura de al menos 100 millones de grados Celsius, o sea, unas seis veces más caliente que el sol. En los experimentos realizados hasta la fecha, el aporte de energía necesario para producir las temperaturas y presiones que permiten reacciones de fusión significativas en los isótopos de hidrógeno ha superado con creces la energía de fusión generada.

Pero gracias al uso de prometedoras tecnologías de fusión, como el confinamiento magnético y el confinamiento inercial basado en el láser, la humanidad se está acercando mucho más a superar este problema y alcanzar ese momento decisivo en el que la cantidad de energía que sale de un reactor de fusión superará de forma sostenible la que entra, produciendo energía neta. Entre los proyectos multinacionales de física en colaboración en este ámbito se encuentra el experimento de fusión conjunto del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) en Francia, que puso la primera piedra de sus estructuras de soporte en 2010, y se espera que los primeros experimentos en su máquina de fusión, o tokamak, comiencen en 2025.

Sin embargo, a medida que nos acercamos a nuestro objetivo, es hora de preguntarnos: ¿es la fusión realmente una fuente de energía "perfecta"? Después de haber trabajado en experimentos de fusión nuclear durante 25 años en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, empecé a analizar la empresa de la fusión de forma más desapasionada en mi jubilación. Llegué a la conclusión de que un reactor de fusión estaría lejos de ser perfecto y, en algunos aspectos, cerca de lo contrario.

Reducción de la escala del sol

Como se ha señalado anteriormente, las reacciones de fusión en el sol queman hidrógeno ordinario a una densidad y temperatura enormes, sostenidas por un tiempo de confinamiento efectivamente infinito, y los productos de la reacción son isótopos de helio benignos. Los esquemas de fusión artificiales (terrestres), en cambio, se limitan a densidades de partículas mucho más bajas y a un confinamiento energético mucho más fugaz, por lo que se ven obligados a utilizar los isótopos más pesados del hidrógeno, ricos en neutrones, conocidos como deuterio y tritio, que son 24 órdenes de magnitud más reactivos que el hidrógeno ordinario. (Piense en el número uno con 24 ceros después). Esta ventaja gigantesca en la reactividad de la fusión permite que los conjuntos de fusión fabricados por el hombre sean viables con una densidad de partículas mil millones de veces menor y un trillón de veces peor confinamiento energético que los niveles de los que goza el sol. En consecuencia, los defensores de los reactores de fusión afirman que, cuando se desarrollen, los reactores de fusión constituirán una fuente de energía "perfecta" que no compartirá ninguno de los importantes inconvenientes de los tan denostados reactores de fisión.

Pero a diferencia de lo que ocurre en la fusión solar -que utiliza hidrógeno ordinario-, los reactores de fusión terrestres que queman isótopos ricos en neutrones tienen subproductos que son cualquier cosa menos inofensivos: Los flujos de neutrones energéticos constituyen el 80% de la producción de energía de fusión de las reacciones de deuterio-tritio y el 35% de las reacciones de deuterio-deuterio.

Ahora bien, una fuente de energía compuesta en un 80% por corrientes de neutrones energéticos puede ser la fuente de neutrones perfecta, pero es realmente extraño que se la aclame como la fuente de energía eléctrica ideal. De hecho, estas corrientes de neutrones conducen directamente a cuatro problemas lamentables con la energía nuclear: daños por radiación a las estructuras; residuos radiactivos; la necesidad de blindaje biológico; y el potencial para la producción de plutonio 239 de grado armamentístico, aumentando así la amenaza de la proliferación de armas nucleares, no disminuyéndola, como querrían los defensores de la fusión.

Además, si los reactores de fusión son realmente viables -como se supone aquí- compartirían algunos de los otros graves problemas que afectan a los reactores de fisión, como la liberación de tritio, la enorme demanda de refrigerante y los elevados costes de funcionamiento. También habrá inconvenientes adicionales que son exclusivos de los dispositivos de fusión: el uso de un combustible (tritio) que no se encuentra en la naturaleza y debe ser repuesto por el propio reactor; y los inevitables drenajes de energía in situ que reducen drásticamente la energía eléctrica disponible para la venta.

Todos estos problemas son endémicos de cualquier tipo de reactor de fusión por confinamiento magnético o por confinamiento inercial que se alimente con deuterio-tritio o sólo con deuterio. (Como su nombre indica, en la fusión por confinamiento magnético se utilizan campos magnéticos y eléctricos para controlar el combustible de fusión caliente, un material que adopta una forma poco manejable y difícil de manipular, conocida como plasma. En el confinamiento inercial, se utilizan rayos láser o haces de iones para comprimir y calentar el plasma). El ejemplo más conocido de la fusión por confinamiento magnético es el tokamak con forma de donut que se está construyendo en el ITER; la fusión por confinamiento inercial se ejemplifica con las microexplosiones inducidas por láser que tienen lugar en la National Ignition Facility de Estados Unidos.

El combustible de tritio no puede reponerse totalmente

Los desarrolladores de la fusión prefieren la reacción de deuterio-tritio porque su reactividad es 20 veces superior a la de una reacción alimentada por deuterio-deuterio, y la primera reacción es más fuerte a un tercio de la temperatura requerida para la fusión de deuterio solamente. De hecho, una mezcla aproximadamente igual de deuterio y tritio puede ser el único combustible de fusión viable en un futuro previsible. Mientras que el deuterio se encuentra fácilmente en el agua ordinaria, el tritio apenas existe en la naturaleza, ya que este isótopo es radiactivo con una vida media de sólo 12,3 años. La principal fuente de tritio son los reactores nucleares de fisión.

Si se adopta, la fusión basada en el deuterio-tritio sería la única fuente de energía eléctrica que no explota un combustible natural ni convierte una fuente de energía natural como la radiación solar, el viento, la caída de agua o la geotermia. El componente de tritio del combustible de fusión debe generarse en el propio reactor de fusión.

En teoría, el tritio consumido en la fusión puede regenerarse por completo para mantener las reacciones nucleares. Para lograr este objetivo, hay que colocar una "manta" que contenga litio alrededor del medio de reacción, un gas extremadamente caliente y totalmente ionizado llamado plasma. Los neutrones producidos por la reacción de fusión irradiarán el litio, "criando" tritio.

Pero hay una gran dificultad: La manta de litio sólo puede rodear parcialmente el reactor, debido a los espacios necesarios para el bombeo de vacío, la inyección de haces y de combustible en los reactores de fusión de confinamiento magnético, y para los haces conductores y la eliminación de los restos objetivo en los reactores de confinamiento inercial. No obstante, los análisis más exhaustivos indican que puede haber hasta un 15% de excedente en la regeneración del tritio. Pero en la práctica, cualquier excedente será necesario para acomodar la extracción y el procesamiento incompletos del tritio criado en la manta.

Sin embargo, la sustitución del tritio quemado en un reactor de fusión sólo aborda una parte menor de la importantísima cuestión de reponer el suministro de combustible de tritio. Menos del 10% del combustible inyectado se quemará realmente en un dispositivo de fusión de confinamiento magnético antes de salir de la región de reacción. Por lo tanto, la gran mayoría del tritio inyectado debe ser barrido de las superficies e interiores de los innumerables subsistemas del reactor y reinyectado entre 10 y 20 veces antes de que se queme por completo. Si sólo el uno por ciento del tritio no quemado no se recupera y reinyecta, ni siquiera el mayor excedente en el proceso de regeneración de la manta de litio puede compensar el tritio perdido. A modo de comparación, en las dos instalaciones de fusión por confinamiento magnético en las que se ha utilizado tritio (el reactor de prueba de fusión Tokamak de Princeton y el Joint European Torus), aproximadamente el 10% del tritio inyectado nunca se recuperó.

Para compensar las inevitables carencias en la recuperación del tritio no quemado para su uso como combustible en un reactor de fusión, hay que seguir utilizando reactores de fisión para producir suficientes suministros de tritio, lo que implica una dependencia perpetua de los reactores de fisión, con todos sus problemas de seguridad y proliferación nuclear. Dado que la producción externa de tritio es enormemente costosa, es probable, en cambio, que sólo los reactores de fusión alimentados únicamente con deuterio puedan llegar a ser prácticos desde el punto de vista del suministro de combustible. Esta circunstancia agrava el problema de la proliferación nuclear del que hablaremos más adelante.

Enorme consumo parasitario de energía

Además de los problemas de abastecimiento de combustible, los reactores de fusión se enfrentan a otro problema: consumen una buena parte de la propia energía que producen, o lo que los de la industria de generación eléctrica llaman "consumo parasitario de energía", a una escala desconocida para cualquier otra fuente de energía eléctrica. Los reactores de fusión tienen que dar cabida a dos clases de drenaje de energía parasitaria: En primer lugar, una serie de sistemas auxiliares esenciales externos al reactor deben mantenerse continuamente incluso cuando el plasma de fusión está inactivo (es decir, durante las interrupciones planificadas o no planificadas). Entre 75 y 100 MWe (megavatios eléctricos) son consumidos continuamente por los refrigeradores de helio líquido; el bombeo de agua; el bombeo de vacío; la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado de numerosos edificios; el procesamiento de tritio; y así sucesivamente, como ejemplifican las instalaciones del proyecto de fusión ITER en Francia. Cuando la producción de fusión se interrumpe por cualquier motivo, esta energía debe comprarse a la red regional a precios minoristas.

La segunda categoría de drenaje parasitario es la energía necesaria para controlar el plasma de fusión en los sistemas de fusión por confinamiento magnético (y para encender las cápsulas de combustible en los sistemas de fusión por confinamiento inercial pulsado). Los plasmas de fusión por confinamiento magnético requieren la inyección de una potencia significativa en haces atómicos o energía electromagnética para estabilizar la combustión de la fusión, mientras que las bobinas magnéticas consumen energía adicional para ayudar a controlar la ubicación y la estabilidad del plasma reactivo. El consumo total de energía eléctrica para este fin supone al menos el seis por ciento de la potencia de fusión generada, y la energía eléctrica necesaria para bombear el refrigerante de la manta suele ser el dos por ciento de la potencia de fusión. La potencia eléctrica bruta puede ser el 40% de la potencia de fusión, por lo que la potencia circulante supone aproximadamente el 20% de la potencia eléctrica.

En los reactores de fusión por confinamiento inercial y en los híbridos de confinamiento inercial/magnético, después de cada impulso de fusión, la corriente eléctrica debe cargar los sistemas de almacenamiento de energía, como las baterías de condensadores que alimentan el láser o los haces de iones o los revestimientos implosivos. Las demandas de energía circulante son al menos comparables a las de la fusión por confinamiento magnético.

Los consumos de energía descritos anteriormente se derivan de la potencia eléctrica del reactor y determinan los límites inferiores del tamaño del reactor. Si la potencia de fusión es de 300 megavatios, la totalidad de la producción eléctrica de 120 MWe apenas cubre las necesidades in situ. A medida que aumenta la potencia de fusión, el consumo in situ es cada vez menor en relación con la producción eléctrica, hasta llegar a la mitad cuando la potencia de fusión es de 830 megavatios. Para tener alguna posibilidad de funcionamiento económico que deba amortizar los costes de capital y funcionamiento, la potencia de fusión debe elevarse a miles de megavatios para que el consumo total de energía parasitaria sea relativamente pequeño.

En pocas palabras, por debajo de un determinado tamaño (unos 1.000 MWe) el drenaje de energía parasitaria hace que no sea rentable el funcionamiento de una central de fusión.

Los problemas del drenaje de energía parásita y de la reposición de combustible son importantes por sí mismos. Pero los reactores de fusión tienen otros problemas graves que también aquejan a los reactores de fisión actuales, como los daños por radiación neutrónica y los residuos radiactivos, la posible liberación de tritio, la carga de los recursos de refrigerante, los costes de explotación desmesurados y el aumento de los riesgos de proliferación de armas nucleares.

Daños por radiación y residuos radiactivos

Para producir calor utilizable, los flujos de neutrones que transportan el 80% de la energía de la fusión de deuterio-tritio deben ser desacelerados y enfriados por la estructura del reactor, su manta circundante que contiene litio y el refrigerante. Se espera que el daño por radiación neutrónica en la pared de la vasija sólida sea peor que en los reactores de fisión debido a las mayores energías neutrónicas. Los neutrones de fusión sacan a los átomos de sus posiciones habituales en el entramado, provocando el hinchamiento y la fractura de la estructura. Además, las reacciones inducidas por los neutrones generan grandes cantidades de helio e hidrógeno intersticial, formando bolsas de gas que provocan un hinchamiento adicional, fragilidad y fatiga. Estos fenómenos ponen en peligro la integridad de la vasija de reacción.

En los reactores con combustible sólo de deuterio (que es mucho más difícil de encender que una mezcla de deuterio-tritio), el producto de la reacción neutrónica tiene una energía cinco veces menor y las corrientes de neutrones son sustancialmente menos dañinas para las estructuras. Pero los efectos nocivos seguirán siendo ruinosos en una escala de tiempo más larga.

El problema de las estructuras degradadas por los neutrones puede aliviarse en los conceptos de reactores de fusión en los que la cápsula de combustible de fusión está encerrada en una esfera o cilindro de litio líquido de un metro de espesor. Pero los propios conjuntos de combustible se transformarán en toneladas de residuos radiactivos que habrá que retirar anualmente de cada reactor. El litio fundido también presenta un riesgo de incendio y explosión, introduciendo un inconveniente común a los reactores de fisión refrigerados por metal líquido.

El bombardeo de los neutrones de fusión desplaza a los átomos de su posición estructural, haciéndolos radiactivos y debilitando la estructura, que debe ser sustituida periódicamente. Esto da lugar a enormes masas de material altamente radiactivo que finalmente debe ser transportado fuera del emplazamiento para su enterramiento. Muchos componentes no estructurales dentro de la vasija de reacción y en la manta también se volverán altamente radiactivos por la activación de neutrones. Aunque el nivel de radiactividad por kilogramo de residuos sería mucho menor que el de los residuos de los reactores de fisión, el volumen y la masa de los residuos serían muchas veces mayores. Además, una parte de los daños por radiación y de la producción de residuos radiactivos no tiene fin, ya que una parte de la energía de fusión se genera únicamente para compensar los irreductibles consumos de energía in situ.

Los científicos especializados en materiales están intentando desarrollar aleaciones estructurales de baja activación que permitirían que los materiales desechados del reactor se calificaran como residuos radiactivos de bajo nivel que podrían eliminarse mediante el enterramiento en tierra a poca profundidad. Incluso si dichas aleaciones llegan a estar disponibles a escala comercial, es probable que muy pocos municipios o condados acepten los vertederos para los residuos radiactivos de baja actividad. Sólo hay uno o dos depósitos para este tipo de residuos en cada nación, lo que significa que los residuos radiactivos de los reactores de fusión tendrían que ser transportados por todo el país con un gran gasto y protegidos contra el desvío.

Para reducir la exposición a la radiación de los trabajadores de la central, es necesario un blindaje biológico incluso cuando el reactor no está en funcionamiento. En el entorno intensamente radiactivo, se necesitarían equipos de manipulación a distancia y robots para todos los trabajos de mantenimiento de los componentes del reactor, así como para su sustitución por daños causados por la radiación, la erosión de las partículas o la fusión. Estas limitaciones provocarán tiempos de inactividad prolongados incluso para reparaciones menores.

Proliferación de armas nucleares

La producción abierta o clandestina de plutonio 239 es posible en un reactor de fusión simplemente colocando óxido de uranio natural o empobrecido en cualquier lugar donde vuelen neutrones de cualquier energía. El océano de neutrones ralentizados que resulta de la dispersión de los neutrones de fusión que fluyen en la vasija de reacción impregna todos los rincones del interior del reactor, incluidos los apéndices de la vasija de reacción. Los neutrones más lentos serán fácilmente absorbidos por el uranio 238, cuya sección transversal de absorción de neutrones aumenta con la disminución de la energía de los neutrones.

En vista de las dudosas perspectivas de reposición de tritio, los reactores de fusión pueden tener que ser alimentados por las dos reacciones de deuterio-deuterio que tienen sustancialmente la misma probabilidad, una de las cuales produce neutrones y helio 3, mientras que la otra produce protones y tritio. Como no se requiere la obtención de tritio, todos los neutrones de fusión están disponibles para cualquier uso, incluida la producción de plutonio 239 a partir de uranio 238.

Es muy difícil acercarse al punto de equilibrio energético con las reacciones de deuterio-deuterio porque su reactividad total es 20 veces menor que la del deuterio-tritio, incluso a temperaturas mucho más altas. Pero un "reactor de prueba" alimentado con deuterio, con 50 megavatios de potencia de calentamiento y que produzca sólo 5 megavatios de potencia de fusión deuterio-deuterio, podría producir unos 3 kilogramos de plutonio 239 en un año absorbiendo sólo el 10% de la producción de neutrones del uranio 238. La mayor parte del tritio de la segunda reacción de deuterio-deuterio podría recuperarse y quemarse y los neutrones de deuterio-tritio producirían aún más plutonio 239, para un total de quizás 5 kilogramos. En efecto, el reactor transforma la energía eléctrica de entrada en neutrones de "agente libre" y tritio, de modo que un reactor de fusión alimentado sólo con deuterio puede ser una herramienta singularmente peligrosa para la proliferación nuclear.

Un reactor alimentado con deuterio-tritio o sólo con deuterio tendrá un inventario de muchos kilogramos de tritio, lo que ofrece oportunidades de desvío para su uso en armas nucleares. Al igual que en el caso de los reactores de fisión, serían necesarias las salvaguardias del Organismo Internacional de la Energía Atómica para evitar la producción de plutonio o el desvío de tritio.

Desventajas adicionales compartidas con los reactores de fisión

El tritio se dispersará en las superficies de la vasija de reacción, los inyectores de partículas, los conductos de bombeo y otros apéndices. La corrosión en el sistema de intercambio de calor, o una brecha en los conductos de vacío del reactor podría dar lugar a la liberación de tritio radiactivo a la atmósfera o a los recursos hídricos locales. El tritio se intercambia con el hidrógeno para producir agua tritiada, que es biológicamente peligrosa. La mayoría de los reactores de fisión contienen cantidades triviales de tritio (menos de 1 gramo) en comparación con los kilogramos de los supuestos reactores de fusión. Sin embargo, la liberación de cantidades incluso mínimas de tritio radiactivo de los reactores de fisión en las aguas subterráneas provoca la consternación del público.

Impedir la permeabilidad del tritio a través de ciertas clases de sólidos sigue siendo un problema sin resolver. Durante algunos años, la Administración Nacional de Seguridad Nuclear -una rama del Departamento de Energía de EE.UU.- ha estado produciendo tritio en al menos un reactor de fisión propiedad de la Administración del Valle de Tennessee mediante la absorción de neutrones en barras de control sustitutivas que contienen litio. Se ha producido una fuga significativa y aparentemente irreductible de tritio de las barras al agua de refrigeración del reactor que se libera al medio ambiente, hasta el punto de que la producción anual de tritio se ha reducido drásticamente.

Además, existen los problemas de la demanda de refrigerante y la escasa eficiencia del agua. Un reactor de fusión es una planta de energía térmica que exigiría inmensas demandas de recursos hídricos para el bucle de refrigeración secundario que genera vapor, así como para eliminar el calor de otros subsistemas del reactor, como los refrigeradores criogénicos y las bombas. Y lo que es peor, los varios cientos de megavatios o más de energía térmica que deben generarse únicamente para satisfacer las dos clases de drenaje de energía eléctrica parásita suponen una demanda adicional de recursos hídricos para la refrigeración a la que no se enfrenta ningún otro tipo de central termoeléctrica. De hecho, un reactor de fusión tendría la menor eficiencia hídrica de cualquier tipo de central térmica, ya sea fósil o nuclear. Con la intensificación de las condiciones de sequía en diversas regiones del mundo, muchos países no podrían sostener físicamente grandes reactores de fusión.

Se han estudiado numerosos refrigerantes alternativos para el bucle primario de eliminación de calor, tanto para los reactores de fisión como de fusión, y las paredes de litio líquido de un metro de espesor pueden ser esenciales para que los sistemas de fusión por confinamiento inercial soporten la carga de impulso. Sin embargo, el agua se ha utilizado casi exclusivamente en los reactores de fisión comerciales durante los últimos 60 años, incluidos todos los que se están construyendo actualmente en el mundo. Esta circunstancia indica que la implementación de cualquier sustituto del refrigerante de agua, como el helio o el metal líquido, será poco práctica en los sistemas de fusión por confinamiento magnético.

Y todo lo anterior significa que cualquier reactor de fusión se enfrentará a unos costes de funcionamiento desmesurados.

El funcionamiento de un reactor de fusión requerirá personal cuya experiencia sólo se requería hasta ahora para trabajar en plantas de fisión, como expertos en seguridad para supervisar las cuestiones de salvaguardia y trabajadores especializados para eliminar los residuos radiactivos. Se necesitará más personal cualificado para manejar los subsistemas más complejos de un reactor de fusión, como la criogenia, el procesamiento del tritio, los equipos de calentamiento del plasma y los diagnósticos elaborados. Los reactores de fisión en Estados Unidos suelen requerir al menos 500 empleados permanentes en cuatro turnos semanales, y los reactores de fusión necesitarán cerca de 1.000. En cambio, sólo se necesita un puñado de personas para operar las centrales hidroeléctricas, las plantas de combustión de gas natural, las turbinas eólicas, las plantas de energía solar y otras fuentes de energía.

Otro gasto de funcionamiento difícil de superar son los entre 75 y 100 megavatios de energía eléctrica parásita que consumen continuamente las instalaciones de apoyo in situ y que deben comprarse a la red regional cuando la fuente de fusión no está en funcionamiento.

Entre los múltiples gastos recurrentes se encuentran la sustitución de los componentes dañados por la radiación y erosionados por el plasma en la fusión por confinamiento magnético, y la fabricación anual de millones de cápsulas de combustible para cada reactor de fusión por confinamiento inercial. Y cualquier tipo de central nuclear debe asignar fondos para el desmantelamiento al final de su vida útil, así como para la eliminación periódica de los residuos radiactivos.

Es inconcebible que los costes totales de funcionamiento de un reactor de fusión sean inferiores a los de un reactor de fisión, por lo que el coste de capital de un reactor de fusión viable debe ser casi nulo (o estar fuertemente subvencionado) en lugares donde los costes de funcionamiento de los reactores de fisión por sí solos no son competitivos con el coste de la electricidad producida por la energía no nuclear, y han provocado el cierre de las centrales nucleares.

En resumen, los reactores de fusión se enfrentan a algunos problemas singulares: la falta de un suministro natural de combustible (tritio), y grandes e irreductibles drenajes de energía eléctrica para compensar. Dado que el 80% de la energía de cualquier reactor alimentado con deuterio y tritio aparece en forma de flujos de neutrones, es ineludible que estos reactores comparten muchos de los inconvenientes de los reactores de fisión, como la producción de grandes masas de residuos radiactivos y los graves daños por radiación en los componentes del reactor. Estos problemas son endémicos de cualquier tipo de reactor de fusión alimentado con deuterio-tritio, por lo que abandonar los tokamaks por algún otro concepto de confinamiento no puede suponer ningún alivio.

Si se consigue que los reactores funcionen sólo con combustible de deuterio, desaparece el problema de la reposición de tritio y se alivian los daños por radiación neutrónica. Pero los demás inconvenientes siguen existiendo, y los reactores que sólo requieren combustible de deuterio tendrán un gran potencial de proliferación de armas nucleares.

Estos impedimentos -junto con el colosal desembolso de capital y varias desventajas adicionales compartidas con los reactores de fisión- harán que los reactores de fusión sean más difíciles de construir y operar, o de alcanzar la viabilidad económica, que cualquier otro tipo de generador de energía eléctrica.

Las duras realidades de la fusión desmienten las afirmaciones de sus defensores de "energía ilimitada, limpia, segura y barata". La energía de fusión terrestre no es la fuente de energía ideal que ensalzan sus impulsores, sino todo lo contrario: Es algo que hay que evitar.