Fusió nuclear: l'energia neta del futur?

La fusió nuclear se'ns ha escapat entre els dits durant anys. Ara, després de la fita assolida pels científics del laboratori de Livermore, a Califòrnia, que han aconseguit per primera vegada una fusió nuclear amb guany net d'energia, ens hem demanat si veritablement és possible resoldre els problemes energètics de la humanitat amb una font d'energia neta i il·limitada.

Fissió i fusió nuclear: en què es diferencien?

La fusió nuclear és el procés pel qual dos nuclis atòmics s'aproximen l'un a l'altre suficientment per fondre's i formar un nucli més pesat. D'aquesta manera, l'energia s'allibera.

Un reactor de fusió utilitza com a combustibles deuteri i triti, isòtops de l'hidrogen que es poden obtenir amb relativa facilitat.

La fissió nuclear és el procés contrari: té lloc quan un nucli pesant se separa en nuclis més petits, alliberant energia. Aquesta tecnologia és la que fem servir en les centrals nuclears actuals, amb urani com a combustible.

És realment la fusió nuclear una energia neta?

La resposta és sí, la fusió nuclear és energia neta. De fet, segons José Manuel Perlado, president de l'Institut de Fusió Nuclear "Guillermo Velarde" de la Universitat Politècnica de Madrid (UPM) i professor emèrit de Física Nuclear, sempre s'ha qualificat com a "segura, neta i inesgotable".

• És segura intrínsecament perquè precisa d'una font externa perquè es mantingui. La fusió nuclear és una reacció que s'atura en tallar el subministrament de combustible.
• És neta perquè no genera residus radioactius de mitjana i llarga vida. De fet, els seus residus neixen com a conseqüència de l'activació neutrònica. Per tant, "no produeix gasos nocius i genera residus nuclears de molt baixa activitat".
• Finalment, que és inesgotable és indubtablement cert. "En el cas del deuteri, es troba en abundància a l'aigua dels oceans, i el triti és generat dins del mateix reactor a partir del deuteri", afegeix l'expert.

Si comparem l'energia nuclear renovable amb altres tipus d'energies, es pot comprovar que aquesta és una font molt més revolucionària. Tal com explica José Manuel Perlado, "podria produir un subministrament potencialment il·limitat d'energia neta sense generar residus bruts ni cap quantitat significativa d'emissions de carboni".

Recerca i evolució de l'energia nuclear de fusió

Tot i que encara queda molt per aprendre sobre aquest tipus d'energia, durant els últims anys no s'ha parat d'estudiar. Actualment, segons explica Pablo Teófilo León, director de Tecnologia i Desenvolupament Nuclear d'Endesa, "hi ha dues vies de recerca principals: fusió per confinament magnètic i fusió per confinament inercial".

El confinament magnètic s'obté generant un camp magnètic toroidal (en forma de dònut) molt intens, mitjançant bobines externes que portin un corrent intens. En aquest camp magnètic, s'hi injecta gas d'hidrogen o deuteri que s'escalfa a altes temperatures perquè s'ionitzi. Aquest gas ionitzat es denomina plasma.

Avui dia, hi ha diversos dissenys per a l'estructura del camp magnètic com ara tokamak, stellerator o spheromak. Tokamak és la tecnologia del projecte ITER. A Espanya, tal com assegura el nostre director de Tecnologia i Desenvolupament Nuclear, "al CIEMAT hi ha un reactor de fusió de recerca tipus stellerator.  

Per la seva banda, en la fusió per confinament inercial s'aconsegueix mitjançant làsers que uns mil·ligrams d'hidrogen (deuteri i triti) assoleixin temperatures com les del Sol. El làser diposita la seva energia a la capa externa de la càpsula, la qual cosa provoca la compressió del combustible de fusió fins a assolir les temperatures i densitats necessàries perquè es produeixi la reacció.

La fita més important relacionada amb aquest tipus de confinament l'ha aconseguit el Laboratori Nacional Lawrence Livermore. El desembre del 2022 van aconseguir generar 1,3 megajoules durant una fracció d'un segon. Això va col·locar l'estratègia que advoca pel confinament inercial un pas més a prop de la rendibilitat energètica.

Tot i que és un avenç prometedor, segons Pablo Teófilo León "continua havent-hi moltíssima incertesa. Encara cal crear un sistema que produeixi energia de manera constant".

El projecte ITER: somiant imitar el Sol

L'ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) és fruit d'un esforç de col·laboració a escala mundial sense precedents.  És la instal·lació experimental més gran del món dedicada a la fusió nuclear i s'ha dissenyat per demostrar la viabilitat científica i tecnològica d'aquest tipus d'energia. Tècnicament, l'objectiu de l'ITER és produir 500 MW de potència durant diversos segons necessitant «tan sols» 50 MW per aconseguir aquesta reacció.

El Projecte ITER, que compta amb l'auspici de la IAEA —l'Agència Internacional d'Energia Atòmica—, és un projecte internacional que mira de recrear amb finalitats industrials els processos físics que converteixen el Sol en una font d'energia tan formidable. Si funcionés, comptaríem per primera vegada en la història amb una nova forma de producció energètica abundant, constant i raonablement neta. No obstant això, assolir aquest objectiu suposarà un repte a l'altura de la recompensa.

El cor de l'ITER és el seu reactor de tipus tokamak, ja esmentat anteriorment, que, a més, és el més gran que la humanitat ha construït fins ara. Pel que fa als reptes, les fites principals marcades per l'ITER són aconseguir el primer plasma el 2025 i les primeres operacions amb deuteri i triti el 2035.

Si l'ITER tingués resultats reeixits, es posaria en marxa el desenvolupament d'un reactor de fusió nuclear de demostració (anomenat DEMO). I, sobre la base de l'experiència assolida amb el DEMO, se suposa que s'aconseguiria el primer prototip industrial cap al 2060. Així, abans del final d'aquest segle, es podria construir el primer reactor de fusió nuclear comercial.

Així doncs, la fusió, amb el projecte ITER al capdavant, apareix com una candidata perfecta a convertir-se en font d'energia segura, potent i mediambientalment acceptable per a la generació massiva d'electricitat.

Tanmateix, com hem avançat al començament de l'article, tot i que encara queden anys perquè això sigui una autèntica realitat, els avenços i els descobriments no s'aturen. De fet, l'Agència Espacial Europea ha descobert un exoplaneta amb el nucli en constant fusió nuclear.