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El español del MIT que predice energía verde e ilimitada en 2035: así será la fusión nuclear
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MÁS CERCA QUE NUNCA

El español del MIT que predice energía verde e ilimitada en 2035: así será la fusión nuclear

Pablo Rodríguez Fernández trabaja en Boston (EEUU) en el Plasma Science and Fusion Center del MIT y está considerado uno de los jóvenes científicos más brillantes

Foto: Pablo Rodríguez Fernández. (MIT-PSFC/P. Rivenberg)
Pablo Rodríguez Fernández. (MIT-PSFC/P. Rivenberg)
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Pablo Rodríguez Fernández (Madrid, 1991) es uno de los jóvenes científicos más prometedores del mundo. Único español incluido en la lista Forbes '30 Under 30' dedicada a la ciencia en 2021 (una selección de 30 investigadores menores de 30 años), trabaja en Boston en el Plasma Science and Fusion Center del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés). En otras palabras, persigue el sueño de tener una energía limpia e inagotable gracias a la fusión nuclear. Con la situación geopolítica, económica y climática actual, una verdadera utopía.

¿Lo veremos algún día? El desarrollo de la fusión nuclear pasa por grandes infraestructuras, como el ITER que se está construyendo en Francia, pero también por el experimento SPARC en el que trabaja este investigador. La idea es desarrollar reactores de menor tamaño y más económicos, que aceleren el desarrollo de esta tecnología gracias a nuevos materiales superconductores. La apuesta es fuerte, pero los expertos están convencidos de que estamos más cerca que nunca: en 2035 estaría lista la primera planta piloto. En 2050 podríamos encender la luz gracias a una nueva y fabulosa fuente de energía.

Foto: Foto: EFE/Maxim Shipenkov

PREGUNTA. Empecemos por conceptos básicos. La energía nuclear actual y la de fusión serían lo contrario, una divide átomos y la otra los une.

RESPUESTA. Eso es. Tanto la fisión como la fusión tienen el apellido nuclear porque trabajan con los núcleos de los átomos. En la fisión, usamos un átomo pesado, de uranio, torio o plutonio, y lo rompemos. Ese proceso produce energía. Nosotros queremos hacer lo contrario, coger los elementos más ligeros, de hidrógeno, y producir energía juntándolos. Es, literalmente, el proceso opuesto. La física nuclear es así: tanto separando núcleos pesados como uniendo núcleos ligeros, se produce energía.

P. ¿Y cómo funcionará esa fusión nuclear?

R. Intentamos reproducir lo que ocurre en el interior de las estrellas, pero dentro de una máquina controlada para poder extraer la energía. Con el hidrógeno podemos producir muchísima, así funciona nuestro Sol y queremos hacer lo mismo en la Tierra. Conseguirlo es muy complicado porque los núcleos de hidrógeno necesitan estar a muy altas temperaturas para fusionarse. De hecho, en el laboratorio trabajamos a 200.000.000ºC. La idea es mantener controlado este plasma, una especie de gas pero con los núcleos y electrones separados, sin que toque las paredes del reactor, porque a esa temperatura se fundirían. En unos años puede ser una fuente de producción eléctrica ideal, sin emisiones, con combustible casi ilimitado, totalmente segura y sin dañar al medio ambiente. Sería la energía perfecta, pero tenemos que hacer que sea viable.

P. ¿Por qué no lo es?

R. Aún no se ha logrado que este proceso produzca más energía de la que consume, y de manera continua. Tenemos unos cien experimentos en el mundo que todos los días logran la fusión de hidrógeno, pero necesitan inyectar mucha energía al plasma para que alcance la temperatura necesaria y la que obtienes es menor. Obviamente, esto no es viable para la producción eléctrica, hay que alcanzar una producción de energía neta y esto es lo que va a ocurrir en los próximos años.

placeholder Pablo Rodríguez Fernández. (P. Rivenberg/MIT-PSFC)
Pablo Rodríguez Fernández. (P. Rivenberg/MIT-PSFC)

P. Dentro de estos procesos, ¿qué estudia exactamente?

R. Trabajo en predecir la temperatura de este gas de hidrógeno dadas unas condiciones. Es decir, qué grados va a alcanzar el plasma en un reactor si metemos, por ejemplo, 10 megavatios de potencia. Esta labor implica realizar diversas simulaciones.

P. Y ha logrado avances decisivos...

R. Durante mi doctorado, de 2015 a 2019, estudié un misterio que había en los plasmas, en el gas que tenemos en medio de cualquier reactor del mundo. Si el borde del plasma se enfriaba, el centro se calentaba. Era un proceso un poco extraño, no se sabía cómo ocurría ni por qué lo hacía tan rápido. La comunidad de fusión se hacía estas preguntas desde 1995, cuando ya se había observado el fenómeno en muchas máquinas diferentes y generaba muchas dudas. Teníamos ecuaciones que describían el sistema pero no conseguían explicar por qué pasa eso, así que no sabíamos si un reactor del futuro iba a funcionar realmente como esperábamos. Encontré la solución y gracias a ello ahora tenemos más confianza en nuestros modelos físicos. Al fin estamos seguros de que explican el comportamiento del plasma de forma correcta.

P. Y ahora aplica este conocimiento al experimento SPARC. ¿En qué consiste?

R. En 2018 se fundó la empresa Commonwealth Fusion Systems, una 'spin-off' del MIT, para conseguir la comercialización de la fusión en una escala más corta de lo que se esperaba. El proyecto principal de la fusión siempre ha sido ITER y su camino es robusto, pero muy largo. Así que la idea de esta nueva compañía es construir reactores compactos, de forma que su construcción sea más rápida y más barata, y lograr energía neta mucho antes. Esto va a ser SPARC, una máquina cuya construcción ya está bastante avanzada y que queremos encender por primera vez en 2025. Producirá por primera vez energía neta, el gran paso que hace falta para la fusión.

La razón por la que esta empresa puede conseguirlo es porque se está especializando en superconductores de alta temperatura. Para construir estas máquinas necesitamos electroimanes muy grandes y muy potentes y en los últimos años han surgido nuevos materiales que permiten construir estas bobinas con campos magnéticos mucho más intensos. La empresa fabrica estos nuevos electroimanes y a finales de 2021, junto con el MIT, presentó el más potente del mundo. Cuando pongamos este nuevo tipo de electroimanes alrededor de la máquina SPARC se va a producir un plasma de alto rendimiento. Aunque yo trabajo en el MIT, colaboramos con Commonwealth Fusion Systems, porque ofrece fondos para investigar y yo realizo las predicciones sobre la temperatura que va a alcanzar y la potencia que va a producir. Es decir, ayudo a que una máquina de fusión produzca energía neta en los próximos años, lo cual es bastante emocionante.

placeholder Reactor de fusión nuclear.
Reactor de fusión nuclear.

P. ¿ITER y SPARC son competencia o proyectos complementarios?

R. Son complementarios. Nuestro laboratorio ha colaborado con ITER y la investigación que hemos hecho también les sirve a ellos. Además, ITER va estudiar muchas cosas diferentes, por ejemplo, tendrá sistemas de calentamiento del plasma distintos. SPARC tiene como objetivo producir energía neta y estudiar los plasmas que la hagan posible, mientras esperamos que ITER ofrezca respuestas a otro tipo de preguntas de la fusión nuclear, porque es un proyecto público en el que también participa EEUU. Los dos proyectos van a ayudarse entre sí.

P. Cuando dice que en 2025 se encenderá SPARC, no está hablando de producir electricidad.

R. No, en 2025 va a producir energía neta, pero no electricidad de manera continua. Primero vamos a estudiar ciertos aspectos de los plasmas, por ejemplo, diferentes formas de extracción de calor, cómo el plasma de autocalienta o cómo operar con estos nuevos materiales superconductores. Será energía neta pero en el plasma, en el gas caliente, y podemos hacer balance de la energía que entra y que sale. Sin embargo, para tener una planta de producción eléctrica necesitamos convertir esto en calor, calentar agua y mover una turbina. Eso es algo que ni SPARC ni ITER van a hacer, vendrá más adelante. Lo que sí sabremos es cómo construir esa planta de producción eléctrica. Para 2035 sí podríamos producir electricidad de forma comercial.

P. Quedan poco más de 12 años para esa fecha. ¿No es demasiado optimista?

R. El chiste recurrente es que la energía de fusión está a 30 años y que siempre lo va a estar. Pero en los últimos tiempos está llegando capital privado y están apareciendo estos nuevos materiales, así que creo que realmente estamos cerca. Pensar que en SPARC vamos a producir energía neta en el plasma en tres años y estudiar estos sistemas es increíble y no es una promesa al aire, porque ya se está construyendo y todo va muy rápido. Diseñar reactores más pequeños y lograr respuestas en plazos más cortos va a ser clave. De hecho, hace años que sabemos que hay dos caminos para lograr la energía neta: haciendo los reactores grandes, como ITER, o con campos magnéticos más intensos. El problema es que hasta ahora no había un material superconductor para conseguir lo segundo, pero ya lo tenemos.

placeholder Pablo Rodríguez Fernández. (P. Rivenberg/MIT-PSFC)
Pablo Rodríguez Fernández. (P. Rivenberg/MIT-PSFC)

P. A partir de ese momento, pongamos 2035, ¿será fácil de escalar esta tecnología y hacer que la fusión sea una energía competitiva?

R. Esa es una buena pregunta. Si logramos tener una planta de fusión pero resulta extremadamente cara, no se va a implementar. Los nuevos materiales para construir reactores compactos van a reducir los costes y esperamos que pueda competir, sobre todo con los combustibles fósiles. De hecho, no vemos la fusión como una competidora de las renovables ni de la fisión. Podemos tener todas las energías limpias colaborando y complementándose en un futuro. La idea es tener un primer prototipo de planta entre 2030 y 2035 y de ahí a 2050 empezar a construir cientos y miles plantas de fusión. Así, para mitad de siglo, podríamos alcanzar el objetivo de cero emisiones netas. Si miramos la industria nuclear de fisión, desde el primer reactor experimental hasta que se empezaron a construir plantas, los tiempos son bastante similares.

P. España participa en el ITER, pero ¿estaremos preparados para implementar esta energía?

R. Tenemos mucho talento, centros clave y empresas de ingeniería. El proyecto IFMIF-Dones de Granada, para encontrar materiales más óptimos para los reactores de fusión, es muy importante. Además, el CIEMAT tiene un reactor de fusión experimental en Madrid desde hace muchos años y hay otros centros potentes como la Universidad de Sevilla. Asimismo, en términos de ingeniería, se han ganado varios proyectos para diferentes componentes del ITER. En un futuro, creo que España puede jugar un papel importante en la comercialización de la fusión. De momento, las empresas de fusión están fuera, pero creo que en un futuro nuestro país sería un buen sitio para construir estas plantas si lo permite la regulación.

P. ¿Si lo permite la regulación?

R. Claro, porque la fusión tiene el apellido 'nuclear' y a veces el público y los políticos creen que una planta de fusión y una planta de fisión tienen los mismos problemas, pero eso no es así. Una planta de fusión no producirá residuos radiactivos a largo plazo de manera continua, ni tendrá problemas asociados con reacciones en cadena, como ocurrió en Chernóbil​. Con estas ventajas, no deberían tener que pasar por una regulación tan extrema. Hay que encontrar un marco legal acorde a los niveles de radiactividad con los que trabaja la fusión y con los materiales que utiliza, y eso hay que pensarlo desde ahora.

Foto: El EAST de China está tan avanzado que sus científicos creen que pueden ser los primeros conquistar la fusión nuclear. (Reuters)

P. Entonces, aclaremos por qué no puede producirse un accidente nuclear...

R. Lo que ocurre es que en las centrales nucleares actuales, de fisión, una vez que comienzan a dividirse los primeros núcleos de uranio, el proceso en cadena produce mucha energía y no es fácil de parar, necesitas refrigeración. Esto no existe en la fusión, el plasma podría afectar a la pared del reactor, pero no puede explotar. El único problema con el que tenemos que tener cuidado y, de hecho, se está estudiando muy bien, es que trabaja con un isótopo radiactivo del hidrógeno, el tritio, que tiene una vida media de unos 12 años y hay que mantenerlo controlado. Sin embargo, hablamos de cantidades pequeñas.

P. Hasta llegar a ese futuro ideal, ¿cómo ve el escenario actual de crisis energética?

R. Es complicado, pero pienso que en términos de independencia energética de los combustibles fósiles, procedan de Rusia o de otra parte, y para conseguir los objetivos climáticos, la fisión es nuestra mejor apuesta. La energía nuclear nos puede dar energía robusta y limpia, es muy segura hoy en día, es limpia y produce electricidad las 24 horas. Los residuos se tienen controlados. De hecho, cuando tengamos plantas de fusión, una combinación con fisión y renovables puede ser la clave. Hoy en día la eólica y solar están abaratando los costes, pero son tan variables por las condiciones meteorológicas que necesitan el apoyo de una energía de base.

P. Pensemos en la tecnología. ¿Un país con experiencia en fisión estará mejor preparado para desarrollar la fusión?

R. Sí, por cuestiones como la ingeniería de materiales y la seguridad radiológica. Por ejemplo, el conocimiento y la experiencia en tecnologías de protección frente a los neutrones van a ayudar en el campo de la fusión. El proceso básico de cómo se obtiene la energía es el contrario y en ese aspecto no hay mucho en común, pero en la construcción de los edificios y los reactores, sí. Algo curioso es que la idea común entre la fisión, la fusión e incluso una planta de carbón es calentar agua para que pase por una turbina; lo único que cambia es la fuente de calor.

Pablo Rodríguez Fernández (Madrid, 1991) es uno de los jóvenes científicos más prometedores del mundo. Único español incluido en la lista Forbes '30 Under 30' dedicada a la ciencia en 2021 (una selección de 30 investigadores menores de 30 años), trabaja en Boston en el Plasma Science and Fusion Center del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés). En otras palabras, persigue el sueño de tener una energía limpia e inagotable gracias a la fusión nuclear. Con la situación geopolítica, económica y climática actual, una verdadera utopía.

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