Investigadoras del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), organismo dependiente del Ministerio de Ciencia e Innovación, han participado en un experimento en el dispositivo europeo Joint European Torus (JET), en el que se ha alcanzado el récord de energía de fusión de 59 megajulios, mantenida durante 5 segundos.
Los resultados del experimento, anunciados hoy, son la demostración más clara en 25 años del potencial de la energía de fusión para proporcionar una energía segura y con bajas emisiones de dióxido de carbono. El récord anterior de energía en un experimento de fusión, conseguido en el JET en 1997, era de 22 megajulios de energía de fusión.
Las investigadoras del CIEMAT Elena de la Luna, que ha actuado como una de las jefas de grupo (task force leaders) de la campaña experimental, y Emilia Rodríguez Solano, coordinadora científica de varios experimentos, pertenecen al grupo científico internacional del consorcio EUROFusion, que ha participado en los recientes experimentos llevados a cabo en el dispositivo europeo JET. Esta instalación científica europea está ubicada en la localidad inglesa de Oxford y es la mayor instalación de fusión por confinamiento magnético actualmente en operación a nivel mundial.
El récord obtenido en JET es el resultado de los avances de más de dos décadas en la investigación en fusión nuclear en Europa y contribuye a la preparación del proyecto internacional ITER, que es uno de los pilares del plan estratégico de EUROfusion para el desarrollo de la energía de fusión. ITER es un proyecto científico internacional diseñado para demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la energía de fusión, que será la mayor instalación experimental de fusión del mundo
En JET se ha utilizado la mezcla de combustible de fusión de deuterio y tritio, la prevista para el experimento ITER. Según ha explicado De la Luna, JET es el dispositivo que más se acerca a ITER por su tamaño y su diseño, por lo que los resultados obtenidos en JET “permiten preparar ITER con datos mucho más relevantes que hasta ahora no teníamos”. Además, JET es el único dispositivo en fusión que puede utilizar tritio a día de hoy, ha añadido la investigadora.
Rodríguez Solano ha destacado la contribución de la investigación básica, que facilita el acceso a la fusión en JET y que lo hará en ITER en el futuro. “Ha sido emocionante y agotador realizar este trabajo con un equipo internacional de 50 personas”, ha señalado la investigadora.
El consorcio EUROfusion
El consorcio EUROfusion, cofinanciado por la Unión Europea, integra a 4.800 expertos, estudiantes y personal técnico de 28 países. Aproximadamente 140 de ellos están adscritos al CIEMAT y otros 150 a otros centros de I+D, universidades e industrias españolas. Dentro del consorcio, las investigadoras Mervi Mantsinen, del Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), y Eleonora Viezzer, del grupo de Plasma Science and Fusion Technology de la Universidad de Sevilla, son coordinadoras científicas de dos de los experimentos en JET.
En un contexto de mitigación de los efectos del cambio climático mediante la descarbonización de la generación de energía, estos resultados constituyen un paso fundamental en la hoja de ruta científico-tecnológica de la fusión nuclear como medio seguro, eficiente y de bajas emisiones para hacer frente a la crisis energética mundial.
Tras conocerse este logro, el director general del CIEMAT y antiguo director general adjunto de ITER, Carlos Alejaldre, ha afirmado que el resultado obtenido se trata de “una validación experimental real de que estamos en el buen camino para el desarrollo de la fusión como fuente de energía y además de una tremenda satisfacción para CIEMAT por la importante contribución de nuestros investigadores a este hito”.
Por su parte, el director del Laboratorio Nacional de Fusión, Carlos Hidalgo, ha añadido que “los logros del JET muestran nuestra capacidad de moldear el futuro de la energía haciendo uso del método científico”. “Es un gran resultado que ilustra la fortaleza del programa integrado en ciencia y tecnología de fusión en Europa para afrontar el reto global hacia energía masiva, segura y sostenible”, ha subrayado.
El director general del ITER, Bernand Bigot, ha explicado que “un pulso sostenido de fusión de deuterio-tritio a este nivel de potencia, casi a escala industrial, supone una confirmación rotunda para todos los que participan en la búsqueda global de la fusión”. “Para el proyecto ITER, los resultados del JET suponen una gran confianza en que vamos por el buen camino para demostrar la viabilidad de la energía de fusión”, ha señalado.
El director general de EUROfusion, Tony Donné, ha declarado que “este logro es el resultado de años de preparación por parte del equipo de investigadores de EUROfusion de toda Europa. El récord, y lo que es más importante, lo que hemos aprendido sobre la fusión en estas condiciones y cómo confirma plenamente nuestras predicciones, demuestran que estamos en el camino correcto hacia un mundo futuro con energía de fusión.
Si podemos mantener la fusión durante cinco segundos, podremos hacerlo durante cinco minutos y luego durante cinco horas a medida que ampliemos nuestras operaciones en futuras máquinas”. “Este es un gran momento para cada uno de nosotros y para toda la comunidad de la fusión. La experiencia operativa que hemos adquirido en condiciones realistas nos da una gran confianza para la siguiente fase de experimentos en el ITER y en la central de demostración europea EU DEMO, que se está diseñando para poner electricidad en la red”, ha añadido.
El jefe del departamento de la Ciencia de la Fusión en EUROfusion, Volker Naulin, ha señalado que, desde EUROfusion, se ha diseñado esta campaña experimental en el JET para preparar de forma óptima la puesta en marcha del ITER investigando los procesos energéticos que entrarán en juego allí y para preparar a la próxima generación de investigadores en el campo de la fusión. “Los experimentos confirmaron nuestras predicciones, lo que nos motiva a hacer todo lo posible para garantizar el éxito del funcionamiento del ITER en los plazos previstos.
Los resultados apoyan la pronta decisión de construir una central eléctrica europea DEMO, ya que la fusión es necesaria para la descarbonización a largo plazo de nuestro suministro energético”, ha precisado.
Qué es la energía de fusión
La fusión es el proceso que alimenta las estrellas como nuestro Sol, llamada a convertirse en una fuente de generación eléctrica ilimitada, segura y utilizando pequeñas cantidades de combustible. La fusión es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros, como son los isótopos del hidrógeno deuterio y tritio, se unen para formar otro más pesado, liberando enormes cantidades de energía.
La estrategia basada en el confinamiento magnético, que es la utilizada por el JET y también ITER, requiere calentar los núcleos reaccionantes a temperaturas unas 10 veces mayores que la del centro del Sol (estimada en unos 15 millones de grados Celsius) y aislarlos térmicamente del ambiente circundante mediante un intenso campo magnético (unas 100.000 veces el campo magnético terrestre).
La materia a esas temperaturas extremas consiste en un gas altamente ionizado llamado plasma. Una central de fusión comercial utilizaría la energía producida por las reacciones de fusión para generar electricidad. La fusión tiene un enorme potencial como fuente de energía con bajas emisiones en carbono.
JET es un dispositivo de fusión único en el mundo
El JET es la instalación de fusión por confinamiento magnético más grande operativa del mundo. El dispositivo JET por su tamaño y su diseño, utiliza materiales similares a los que se utilizarán en ITER, hace de esta instalación un banco de pruebas determinante para la puesta en marcha del ITER, el proyecto científico colaborativo más importante de la historia. En particular es la única instalación de fusión en el mundo que, a día de hoy, puede usar la misma combinación de deuterio y tritio necesaria en los reactores de fusión.
El proyecto IFMIF-DONES para impulsar desde España la energía de fusión
El CIEMAT es el coordinador técnico del IFMIF-DONES, un proyecto internacional que consiste en la creación de un gran acelerador de partículas para el estudio de los materiales que podrían componer los futuros reactores de fusión nuclear. Actualmente, España es la única candidatura para albergar este acelerador de partículas, que contribuiría a dar luz a un nuevo modelo de energía limpia basado en la energía de fusión.
El presupuesto estimado de construcción de IFMIF-DONES es de 650 millones de euros junto con otros 50 millones para la fase de puesta en marcha. Además, el coste de operación es de 50 millones anuales durante 20 años. El Gobierno de España se ha comprometido a financiar el 50% del coste de construcción y el 10% del coste de operación.
El Gobierno ya ha destinado 16 millones de euros de fondos europeos FEDER para avanzar en la construcción de edificios y laboratorios de interés general, que sirvan de apoyo a la futura instalación IFMIF-DONES. Este proyecto se enmarca en el ambicioso programa que la UE está desplegando para desarrollar la fusión como fuente de energía, en una colaboración internacional que incluye a China, Corea del Sur, Estados Unidos, India, Japón y Rusia como socios fundamentales de ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional).
El IFMIF-DONES también constituye un pilar fundamental para el objetivo europeo de construir una Planta Demostradora de Producción Eléctrica de Fusión (DEMO) a mediados de este siglo.
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