Tengo la suerte de aprender de primera mano sobre algunas de las tecnologías más vanguardistas del mundo. He visto a la inteligencia artificial aprobar un examen de biología avanzado , mucho antes de que la IA se convirtiera en una herramienta cotidiana. He visto mosquitos genéticamente modificados detener la malaria de golpe . He visto pozos geotérmicos a 4500 metros bajo tierra .
Pero si tuviera que elegir lo más interesante en lo que trabajo, es difícil superar el aprovechamiento del poder de los átomos para alimentar nuestro mundo.
Tanto la energía de fisión como la de fusión liberan grandes cantidades de energía al alterar el núcleo de un átomo. La fisión ya proporciona electricidad limpia, segura y fiable en todo el mundo, y creo que la fusión también lo hará pronto. Ambas desempeñarán un papel clave para satisfacer la creciente necesidad de energía de la humanidad, a la vez que eliminan las emisiones de carbono.
Cuando se habla de energía nuclear, casi siempre se habla de fisión. La fisión ha alimentado hogares de todo el mundo desde 1954 (¡el año antes de mi nacimiento!). Aunque la tecnología ha evolucionado mucho con los años —y sigue mejorando, como explicaré—, la física fundamental sigue siendo la misma.
El núcleo de cada átomo está compuesto de partículas subatómicas llamadas protones y neutrones. Algunos átomos, como el uranio-235, tienen núcleos inusualmente grandes y pesados que los hacen inestables. Si se dispara un neutrón a un átomo de uranio-235, su núcleo se fragmenta en átomos más pequeños, liberando energía en forma de calor. (La cantidad de energía liberada es enorme: el cambio en la masa del átomo multiplicado por la velocidad de la luz al cuadrado. Quizás lo conozcas como E=mc² ) .
A medida que el núcleo se divide, también libera sus neutrones. Estos neutrones rebotan a velocidades increíbles hasta que algunos finalmente colisionan con otros núcleos. Esto desencadena una reacción en cadena, ya que cada colisión libera más calor y más neutrones.
El calor generado por esta reacción en cadena se aprovecha para convertir el agua en vapor. Este vapor se utiliza para hacer girar turbinas, que transforman el movimiento en electricidad. Esta energía se distribuye a través de la red eléctrica a hogares y negocios, sin emitir emisiones nocivas a la atmósfera.
Estos pasos constituyen la base de toda la energía de fisión, pero más allá de la reacción en el núcleo, existen muchas maneras diferentes de construir una central nuclear. La mayoría utiliza agua a presión para mantener el núcleo a una temperatura estable. Otras utilizan dióxido de carbono o agua pesada . TerraPower , la empresa nuclear que fundé en 2008, utiliza sodio líquido.
Me interesé por la fisión hace veinte años cuando pregunté a un par de amigos físicos inteligentes si existía una mejor manera de construir centrales nucleares. La energía nuclear tiene muchas ventajas, pero también algunos desafíos: la construcción de las centrales es costosa y los errores humanos pueden causar accidentes. Necesitamos tecnología nuclear de última generación que resuelva estos problemas, y ahí es donde encaja TerraPower.
El reactor de sodio de la compañía es mucho más seguro que cualquier planta existente, ya que las temperaturas se controlan mediante las leyes de la física, en lugar de operadores humanos que pueden cometer errores. Su plazo de construcción es más corto, su funcionamiento es más económico y puede ser operado por antiguos trabajadores de plantas de combustibles fósiles con una mínima capacitación. Además, cuando la planta entre en funcionamiento en 2030, será fiable y proporcionará energía de forma continua durante todo el día.
La energía de fisión es una tecnología consolidada que intentamos mejorar. En cambio, la generación de electricidad mediante fusión es algo totalmente nuevo.
Mientras que la fisión consiste en dividir átomos, la fusión consiste en combinarlos. La fusión es la reacción que alimenta el Sol y las estrellas, pero reproducir esas intensas condiciones aquí en la Tierra ha sido un desafío de décadas. Ahora está al alcance por razones que explicaré, pero primero es necesario comprender cómo funciona la fusión.
Se empieza con un gas simple como el hidrógeno. Si se calienta excesivamente mientras se encuentra en un estado de carga eléctrica conocido como plasma , las partículas empiezan a moverse tan rápido que chocan entre sí y se fusionan.
Cuando los átomos de hidrógeno se fusionan, se convierten en helio. En el proceso, liberan una gran cantidad de calor. Esta reacción es la que alimenta el Sol y puede utilizarse para convertir el agua en vapor que impulsa una turbina y genera electricidad.
El reto es conseguir que las partículas de hidrógeno se calienten lo suficiente para que se fusionen. Debido al gran tamaño del Sol, la presión gravitacional en su núcleo crea temperaturas de unos impresionantes 15 millones de grados Celsius. Aquí en la Tierra, una forma de alcanzar las temperaturas adecuadas es conteniendo el plasma dentro de un campo magnético, aunque esto es difícil de lograr sin consumir más energía de la que se genera. Los científicos están experimentando con diferentes tipos de dispositivos, como el tokamak con forma de rosquilla y el estelarizador de espiral retorcida .
Una vez que una reacción de fusión está en marcha, es totalmente segura. No hay reacción en cadena que pueda descontrolarse, ya que la fusión cesa en cuanto se deja de suministrar combustible o se apaga el dispositivo que contiene el plasma. (Dato curioso: Las máquinas de fusión están reguladas como la misma clase de tecnología que las máquinas de resonancia magnética). Además, el combustible es barato y abundante. El proceso utiliza dos tipos de hidrógeno que se extraen del agua de mar y se crean dentro de la propia máquina de fusión.
Los investigadores han perseguido el sueño de la generación comercial de energía de fusión desde la década de 1950. Aunque aprendieron muchísimo sobre la ciencia del proceso, la energía de fusión siguió siendo esquiva hasta 2022. Fue entonces cuando los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California lograron lo que se denomina "ignición": el momento en que el calor del proceso de fusión ayudó a sostener la reacción, un paso clave para cumplir con el requisito de la energía de fusión comercial de liberar más energía de la aportada.
En tan solo tres años, la carrera por comercializar la energía de fusión se ha acelerado. Commonwealth Fusion Systems , empresa a la que apoyo a través de Breakthrough Energy , es la que más ha avanzado: está en camino de suministrar energía a la red eléctrica a principios de la década de 2030 utilizando su tokamak ARC, compacto y que utiliza superconductores de alta temperatura para crear el campo magnético. Otras empresas que están logrando avances extraordinarios son Marathon Fusion , Type One Energy , Xcimer y Zap Energy .
Es fantástico ver a tantas empresas probando diferentes enfoques para la energía de fusión. A medida que surjan esos diseños, tendremos que ver cuál es la forma más económica de generar el calor que se convierte en electricidad. Cuantos más diseños funcionen, más probable será que podamos reducir significativamente el coste de la electricidad en comparación con la actualidad.
La primera planta de TerraPower se está construyendo actualmente en Kemmerer, Wyoming . Muchos de los edificios de apoyo de las instalaciones están en plena construcción, y la construcción de la "isla energética" está a punto de comenzar, donde se ubicarán las turbinas de vapor y demás maquinaria generadora de energía. La Comisión Reguladora Nuclear está revisando la solicitud de la compañía para iniciar la construcción del reactor nuclear. Espero que empecemos a construir la "isla nuclear" el próximo año, antes de que la planta entre en funcionamiento en 2030. Y una vez que la primera planta esté en funcionamiento, será mucho más rápido y económico construir plantas adicionales.
La energía de fusión está un poco más lejos, pero aún está por llegar en el futuro cercano. CFS espera que su prototipo SPARC demuestre la energía de fusión neta en los próximos dos años. Han conseguido el sitio para su primera central eléctrica en el condado de Chesterfield, Virginia, y ya han firmado contratos con dos importantes clientes: Google y Eni, una empresa energética global con sede en Italia. Soy optimista y la central ARC entrará en funcionamiento en la próxima década. Cuando llegue ese día, será un gran logro para la independencia energética de Estados Unidos y para la búsqueda mundial de energía sostenible y abundante.
Considere esto: si sabe cómo construir una planta de energía de fusión, puede tener energía ilimitada en cualquier lugar y para siempre. Es difícil exagerar la importancia que esto tendrá. La disponibilidad y asequibilidad de la electricidad es un factor limitante importante para prácticamente todos los sectores de la economía actual. Eliminar esas limitaciones podría ser tan transformador como la invención de la máquina de vapor antes de la Revolución Industrial.
Esta transformación mejorará drásticamente el bienestar humano en todo el mundo, especialmente para las personas más vulnerables. Generar electricidad barata es fundamental. Sin electricidad, el desarrollo económico es realmente limitado. Por muy descabellado que parezca ahora, creo que algún día podremos instalar centrales eléctricas de fisión y fusión en las zonas más remotas del mundo.
El mayor desafío, como en todo desarrollo tecnológico, es construir la primera. Una vez que se demuestra que el concepto funciona, es exponencialmente más fácil y económico construir la segunda planta, y luego la tercera, y así sucesivamente. Con el tiempo, el precio de la electricidad bajará incluso por debajo del precio de la forma más económica de generarla hoy.
Tanto la fisión como la fusión son tecnologías fundamentales para que la humanidad impulse todo lo que hacemos. Estamos a punto de lograr avances masivos, y ahora está más claro que nunca: el futuro de la energía es subatómico.