El nuevo material que puede acelerar la llegada de la energía de fusión nuclear comercial

DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos, ha concedido a la empresa Avalanche Energy 5,2 millones de dólares para desarrollar radiovoltaicos, unos materiales capaces de convertir radiación directamente en electricidad. El material es semiconductor y, además de proteger el reactor, capturaría la energía que hoy se desperdicia en el proceso de fusión haciéndola energéticamente eficiente, un paso clave para su viabilidad comercial.

El gran reto de la fusión nuclear es que necesita más energía para arrancar y mantener el proceso de la que logran generar al final. Para que los núcleos de elementos como el deuterio y el tritio venzan su repulsión electromagnética y se fusionen, el reactor debe calentarlos hasta convertirlos en un plasma a temperaturas extremas de unos 150 millones de grados centígrados, además de mantenerlos confinados mediante potentes campos magnéticos o láseres.

Hay reactores experimentales que han sido capaces de producir energía neta, es decir, más energía que la inyectada directamente por los láseres, pero el gasto total de electricidad para hacer funcionar toda la instalación y sus equipos fue inmensamente superior a la energía producida, lo que demuestra que aún estamos lejos de lograr un sistema comercialmente viable con un balance energético neto positivo. La forma más habitual de extraer energía de estos reactores es calentar agua para mover una turbina de vapor, un proceso que solo aprovecha en torno al 60% de la potencia generada.

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Los nuevos materiales desarrollados por Avalanche podrían solucionar este problema. "Un reactor de fusión que produce energía ya existe, pero un reactor de fusión que produce electricidad es mejor", asegura Daniel Velásquez, responsable de ciencia de materiales en Avalanche Energy, en declaraciones para TechCrunch. La empresa ha recibido también 1,25 millones de dólares más del laboratorio AFWERX de la Fuerza Aérea de Estados Unidos para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales radiovoltaicos.

Los radiovoltaicos

Los radiovoltaicos de Avalanche funcionan de forma análoga a los paneles solares fotovoltaicos, pero en lugar de transformar luz en electricidad, usan radiación. El problema con los radiovoltaicos existentes es que se deterioran con facilidad por la misma radiación que intentan aprovechar y su rendimiento eléctrico es escaso. El contrato de DARPA busca superar ambas limitaciones desarrollando versiones mucho más resistentes y eficientes.

Sin embargo, el interés inmediato del Pentágono son las baterías nucleares que se pueden construir con los radiovoltaicos. Estos dispositivos generan electricidad a partir de la desintegración radiactiva de materiales como el polonio y son útiles para alimentar satélites, naves espaciales o sistemas autónomos militares durante días o años sin reabastecimiento.

Tanto las baterías nucleares como las reacciones de fusión producen partículas alfa, un tipo de radiación tan energética que también puede dañar las paredes del propio reactor. El dinero del Pentágono irá a ayudar a Avalanche a desarrollar un radiovoltaico capaz de resistir el bombardeo de partículas alfa de una batería nuclear, un conocimiento que se podrá transferir directamente a un recubrimiento para reactores de fusión.

La pieza que le falta a la fusión comercial

El material haría dos cosas a la vez. Puede proteger las paredes del reactor del daño por radiación y también capturar esa energía para convertirla en más electricidad, en lugar de dejar que se disipe como calor. Eso tiene implicaciones directas para lograr la fusión neta. Generar electricidad con las partículas alfa desplazaría ese umbral, lo que nos acercaría a la fusión comercial.

China lidera esta carrera por domar la energía de las estrellas. Su reactor experimental EAST logró mantener un plasma a más de 100 millones de grados durante casi 1.100 segundos consecutivos, un récord que demuestra que la reacción se puede reproducir durante un tiempo prolongado. Sobre esa base, Pekín ha lanzado Xinghuo, su apuesta para construir la primera central de fusión comercial del planeta en 2030. Si se cumplen los pronósticos, China se convertiría en el primer país en generar electricidad a escala industrial a partir de la misma energía que produce el Sol.

Mientras tanto en occidente, el proyecto internacional ITER, el megareactor que se está construyendo en el sur de Francia con dinero de 35 países, incluidos la UE, Estados Unidos y Rusia, acumula casi una década de retrasos . ITER es un proyecto científico colosal, pero su gestión por comité ha demostrado ser tan compleja como la propia física que intenta domesticar.

EEUU ha tomado un camino diferente con reactores más pequeños y rápidos. El más avanzado es SPARC, desarrollado por el MIT con financiación de Commonwealth Fusion Systems y respaldada por inversores de Silicon Valley. Su baza tecnológica son los imanes superconductores de alta temperatura, que generan campos magnéticos mucho más intensos que los convencionales y permiten reducir drásticamente el tamaño del reactor sin sacrificar potencia. El objetivo también apunta a la década de 2030.