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Fusión nuclear
Conclusión: ¿Por qué recrear el sol? ¿Cuál es el punto?
Ya tenemos un sol, sólo necesitamos capturar y utilizar su energía, no dependemos de construir un nuevo sol en la tierra.
La construcción de reactores de fusión nuclear y, sobre todo, las tecnologías asociadas necesarias para ello es extremadamente cara, compleja y complicada; los costes no pueden ser cubiertos por empresas naturales sin ayuda estatal. Los tiempos de funcionamiento de estos reactores son relativamente cortos y al final lo que queda es una gigantesca pila de chatarra parcialmente contaminada con radiación. La reutilización del material prácticamente sólo es posible mediante medidas de descontaminación, fusión y nueva producción. La construcción, demolición o reciclaje de estos sistemas libera enormes cantidades de CO2 dada la combinación energética actual. Aún no se ha logrado un avance real; hasta ahora todo funciona sólo en el laboratorio. La construcción de reactores que realmente funcionen llevará al menos otros 35 a 75 años. Entonces necesitaríamos miles de estas máquinas gigantes carísimas en zonas habitadas, para las cuales todavía no tendríamos suficiente energía verde y esta expansión supondría una presión extrema para el medio ambiente.
Generar energía mediante centrales termosolares es más fácil, disponible inmediatamente aquí y ahora, más barato y los tiempos de funcionamiento no sólo son muchísimo más largos sino que, gracias al fácil mantenimiento y al 90% de reciclaje, son prácticamente infinitos. Esta tecnología sencilla puede construirse con emisiones de CO2 relativamente bajas.
Es completamente irrazonable, incluso estúpido y derrochador, invertir el dinero de los trabajadores en tecnologías que en realidad no son necesarias y que producen mucho menos rendimiento y ahorro de CO2 que las plantas de energía solar.
La investigación es importante, pero no sólo para apoyar a las empresas tecnológicas en sus planes de crecimiento exponencial, que calentarían significativamente la Tierra aún más, hasta el punto de un posible éxito lejano.
El Wendelstein 7-X en Greifswald se presentó como un gran avance, pero ni siquiera esta confusión técnica logra ningún rendimiento real.
Cuando era niño me hablaron de la fusión nuclear, me dijeron que sustituiría a la energía nuclear en 30 años. Y yo luego tenía 35 años y la gente me dice que pronto será ese momento, en solo de 30 años tendremos energía infinita a través de la fusión nuclear... ahora tengo 63 años y ahora realmente quieren decirme De nuevo en 30 años finalmente está aquí. Pero todavía me lo dirán cuando tenga 90 años.
La fusión nuclear en detalle
El sol nos muestra cada día cómo funciona, fusionando constantemente átomos de hidrógeno en helio y suministrando así energía a prácticamente toda la vida en la Tierra.
Se necesitan isótopos de hidrógeno raros para operar futuros reactores de fusión nuclear. Están fabricados a partir de litio, materia prima de la batería, o de agua de mar.
El último experimento en un laboratorio estadounidense, en el que por primera vez se generó más energía de fusión de la necesaria para iniciar la reacción, generó esperanzas de que el fin de los problemas energéticos pudiera estar cerca. Un enorme láser fusionó hidrógeno con helio de tal manera que salió más energía que la energía del láser introducida en él. Un estreno mundial para la fusión nuclear.
Neutrones faltantes
Desafortunadamente, el núcleo de un átomo de hidrógeno sólo está formado por un único protón. Sin embargo, además de dos protones, el helio también tiene dos neutrones en su núcleo. El proceso de creación de helio a partir de hidrógeno consta de varios pasos que incluyen la conversión de protones en neutrones.
El deuterio o “hidrógeno pesado” es un isótopo natural del hidrógeno. Su núcleo está formado por un protón y un neutrón. El hidrógeno natural contiene un contenido de deuterio de alrededor del 0,015 por ciento. El agua con deuterio en lugar del hidrógeno original se llama agua pesada. Se puede obtener del agua de mar mediante centrífugas.
El tritio o “hidrógeno superpesado” es un isótopo del hidrógeno. Su núcleo atómico consta de un protón y dos neutrones. El tritio es la variante más pesada y única radiactiva del hidrógeno; tiene una vida media de 12,3 años. Para producir tritio se requiere una reacción nuclear. La materia prima para ello es, sobre todo, el metal litio. Si lo irradia con neutrones, además del helio se crea el valioso tritio. Sin embargo, esto es muy insatisfactorio; sería costoso, complicado y requeriría material nuclear e instalaciones adecuadamente protegidas que producirían desechos nucleares. Afortunadamente, la radiación de neutrones también se produce en los reactores de fusión para producir tritio a partir del litio. Actualmente se está estudiando la idea de revestir el interior de los reactores de fusión con placas de litio. Actualmente se suele utilizar carbono en forma de grafito para este fin, pero éste se elimina y contamina el gas de fusión. Para el futuro se están considerando cajas refrigeradas con material que contenga litio, lo que permitirá aspirar el tritio resultante. Sin embargo, la radiación de neutrones no es lo suficientemente potente como para producir suficiente tritio en la práctica. Por eso también se necesita un material como el berilio, que puede aumentar la radiación de neutrones. Aún está en el aire si esto funcionará como se espera.
Además, la fusión de deuterio y tritio es la más favorable para la tecnología de fusión. Esto produce un exceso de neutrones, que escapa del sistema en forma de radiación.
El isótopo de litio correcto
El hecho de que la irradiación de litio produzca automáticamente tritio no es del todo cierto. Estrictamente hablando, esto requiere un isótopo de litio específico, concretamente el 6Li. Afortunadamente, el litio se produce de forma natural como una mezcla de los isótopos 6 y 7, y el 6Li representa poco más del siete por ciento. De hecho, el 7Li también se puede convertir en tritio. Un hecho que se produjo durante las primeras pruebas de la bomba de hidrógeno estadounidense en el atolón Bikini, donde no se tuvo en cuenta este efecto, por lo que la explosión de la bomba Bravo fue dos veces y media más violenta de lo previsto.
Sin embargo, este proceso de producción de tritio no es adecuado para reactores de fusión. Por lo tanto, la proporción de 6Li debería aumentarse a un porcentaje de dos dígitos, lo que representa un desafío técnico que todavía está en investigación.
El reactor nuclear experimental más grande del mundo, Iter, que se está construyendo actualmente en el sur de Francia, está diseñado para lograr un factor de ganancia de diez. Está previsto que entre en funcionamiento como muy pronto en 2035, Pero Iter no producirá energía.
Densidad de energía inigualable
La fusión produce grandes cantidades de energía a partir de pequeñas cantidades de combustible, lo que dio lugar al rumor de una disponibilidad infinita de energía. Se dice que un gramo de una mezcla de deuterio y tritio permite un rendimiento energético en los reactores de fusión equivalente a la quema de doce toneladas de carbón. Una central eléctrica de 1 gigavatio consume más de 2200 toneladas de carbón al día. Por lo tanto, la necesidad de una mezcla de deuterio y tritio para una central nuclear de fusión sería de 183 gramos por día. Con las aproximadamente 5.000 centrales eléctricas que se requerían matemáticamente, necesitaríamos utilizar alrededor de una tonelada de mezcla de deuterio y tritio cada día.
Incluso si nada en el mundo es infinito, la disponibilidad de combustible de fusión no es el mayor obstáculo para generar energía a partir de la fusión nuclear, siempre que se pueda producir tritio a partir de litio en reactores de fusión. Los verdaderos obstáculos están en otra parte.
Los costos de inversión extremadamente altos
Podemos esperar que los primeros reactores de demostración en funcionamiento funcionen como muy pronto hasta 2060. Pero al principio no producirían nada, sólo tendrían un buen aspecto.
Si los reactores de demostración tienen éxito, se estima que unos 20 años después podrían seguir algunos reactores de primera generación, que serían construidos por manos privadas con el objetivo de generar energía. Los siguientes reactores de segunda generación serían más baratos y más eficientes, pero luego habría que construir miles de ejemplares, lo que costaría mucho dinero.
El científico profesor Niek Cardozo y su equipo supusieron en 2016 que se necesitarían entre dos y cuatro billones de dólares en inversiones sólo para desarrollar este tipo de energía de fusión. Esto es muy peligroso para estas empresas porque tendrían que pagar los elevados costes de construcción de esta tecnología, incluidos los intereses, antes de que pueda probarse a gran escala.
Se necesitan miles de reactores
Entre las generaciones de reactores puede pasar mucho tiempo, durante el cual casi no se producen efectos de aprendizaje. Por ejemplo, se supone un período de construcción de al menos diez años, que es lo que se tarda hoy en día en poner en funcionamiento una central eléctrica tradicional. Por lo tanto, también habrá limitaciones logísticas durante la construcción. Para generar un tercio de la energía eléctrica a partir de la fusión en 2100, sería necesario construir 250 reactores al año a partir de 2080, escribe el profesor Niek Lopes Cardozo en un artículo científico. Un solo reactor de fusión con una potencia de un gigavatio costaría hoy entre 10.000 y 20.000 millones de euros y tardaría entre 10 y 20 años.
A modo de comparación: la construcción de la central solar de Noor sólo tardó tres años y proporcionó energía de inmediato. Dos centrales eléctricas de este tipo pueden producir 1,2 gigavatios y costar sólo unos 4.500 millones de euros.
¿Energía infinita?
Los reactores de fusión no proporcionan “energía infinita”, como suele proclamarse. La producción de una central eléctrica de fusión rondará probablemente el gigavatio. Un gigavatio es lo que tendría sentido económico. Los reactores modulares más pequeños sólo serían rentables si hubiera avances importantes en disciplinas vecinas, como la investigación de superconductores de alta temperatura, necesarios para los imanes del reactor tokamak.
Hay suficiente combustible disponible
Los reactores de fusión necesitarían deuterio y tritio como combustible. Los dos isótopos de hidrógeno están suficientemente presentes en la Tierra. El deuterio se encuentra en el agua de mar y se puede extraer de ella mediante centrífugas. El tritio, a su vez, podría generarse a partir del litio en el propio reactor.
La radiación no es un gran problema
Hay menos necesidad de preocuparse por los desechos peligrosos en las plantas de energía de fusión nuclear. En lugar de residuos nucleares que irradian durante decenas de miles de años, sólo se produce helio, que es inofensivo. Sólo determinadas partes del edificio, como el interior de la cámara de combustión, se volverían radiactivas. Sin embargo, esta radiación disminuiría después de unas pocas décadas.
Actualmente se están realizando investigaciones sobre materiales que absorban menos radiación. El reactor experimental Iter utiliza un acero especial que debería emitir relativamente poca radiación después de sólo 50 años, y la radiación podría estar por debajo de los límites oficiales después de sólo cien o doscientos años.
El uso económico real aún está muy lejos
Los constantemente mencionados 30 años hasta que la energía de fusión sea utilizable todavía están muy lejos. El físico Georg Harrer cree que es realista que en 2100 los reactores de fusión proporcionen tanta energía como las actuales centrales nucleares, es decir, alrededor del diez por ciento de la electricidad necesaria, pero la mayoría de los investigadores serios esperan que esto sea más bien dentro de 100 años. Se espera que pasen hasta 200 años antes de que pueda utilizarse de forma económicamente viable. Sencillamente, todavía hay demasiadas incógnitas.
La nueva tecnología láser
La fusión requiere máquinas grandes y complejas. Son caros, su construcción lleva años, por lo que la fusión por láser tardó mucho tiempo en construir una máquina que fuera lo suficientemente grande y potente como para demostrar la fusión. Instalación Nacional de Ignición, así se llama, o NIF para abreviar. El láser más potente del mundo, que cuesta alrededor de cuatro mil millones de dólares y tiene el tamaño de un estadio de fútbol. En la primavera de 2007 el NIF está casi terminado. Los destellos láser son extremadamente potentes, del orden de los teravatios, pero durante muy poco tiempo. Los 192 destellos de luz disparan desde todos lados hacia una cápsula que contiene una bola de aproximadamente 1,6 milímetros hecha de deuterio y tritio. Los rayos láser están destinados a comprimir y calentar el combustible hasta tal punto que se encienda. Sin embargo, hubo que esperar hasta el 5 de diciembre de 2022 para que esto sucediera por primera vez.
Lo único que se sabe con certeza desde 2022 es que es fundamentalmente posible generar energía de esta manera, algo que hasta ahora no se había demostrado claramente.
También aquí el camino hasta el reactor es largo.
La euforia inicial fue grande, pero los láseres del NIF sólo pueden apuntar a una pastilla de combustible por día. La empresa germano-estadounidense Focused Energy quiere hacer esto diez veces por segundo. Cada esfera debe dispararse no sólo una vez, sino dos veces, con dos ráfagas de luz sucesivas. El primero tiene como objetivo comprimir las esferas de deuterio-tritio a menos de una centésima parte de su volumen. Entonces la segunda descarga debería encender el combustible. Sin embargo, las esferas son estructuras complejas y parecen una pirámide truncada. Un reactor tendría que consumir casi un millón de pastillas de combustible al día. Se tendrían que construir reactores gigantescos con láseres enormes en zonas parcialmente residenciales. Aún no se ha desarrollado la producción en masa de millones y millones de pastillas de combustible. También se necesitaría una instalación nuclear para producir tritio, que luego también produciría desechos nucleares. Lidiar con las pastillas de combustible probablemente no será nada fácil. Si en una cámara se bombardea un objetivo diez veces por segundo, si bien una décima de segundo antes acababa de producirse una explosión termonuclear en esta cámara, esto constituye un verdadero desafío. También están por desarrollarse láseres que disparan destellos de luz ultrapotentes diez veces por segundo. La disipación y el uso de la energía térmica resultante tampoco están del todo claros. Todavía hay que desarrollar materiales que puedan resistir a largo plazo un plasma caliente a un millón de grados, disiparlo y transmitirlo sin pérdidas. Los costes de desarrollo de estos reactores y de la producción auxiliar son gigantescos, se espera que alcancen los 10 billones de dollars y se producirán más gigatoneladas de CO2.
Objetivos y uso climáticos
En última instancia, tendríamos que construir todas estas centrales eléctricas e instalaciones de producción lo más libres de CO2 posible si queremos alcanzar los objetivos de algún grado, para lo cual esencialmente necesitaríamos suficiente energía verde durante el desarrollo.
Dado que estos reactores de fusión inicialmente producirán calor y no energía eléctrica, sólo podrán utilizarse directamente en un futuro muy lejano.
Inicialmente, podrían usarse para desalinizar agua de mar, para calefacción urbana, para producción de hidrógeno o incluso como motor para la inútil misión planeada a Marte. En mi opinión, esto también pertenece al ámbito de las fantasías de ciencia ficción al estilo Starwars. Quieren generar allí materias primas y transportarlas a la tierra. ¿Pero cómo? Fusión nuclear o no, ¿continuar con los cohetes pirotécnicos chinos modernizados? ¿Y para qué? Tenemos todo lo que necesitamos para vivir aquí en la tierra y en cantidades suficientes. Sólo tenemos que desarrollar finalmente el reciclaje, es decir, la ingeniería inversa, de materias primas unidas en productos, antes de perdernos en sueños sobre viajes interplanetarios. Lo cual no podemos lograr de todos modos sin esta importante etapa de desarrollo de comprender nuestra propia tabla periódica y manejarla en producción con fines de ingeniería inversa. Simplemente nos perderíamos en un circuito interminable de desechos que se extendería a través de la Tierra, los océanos y el espacio, y existiría un gran riesgo de que contaminemos la Tierra aún más con el material traído que con el material producido artificialmente aquí. Además, por fin deberíamos abandonar los interminables desarrollos de los Sistemas de empuje y buscar un propulsor que realmente satisfaga las necesidades de los viajes espaciales. Por ejemplo, deberíamos crear gravedad artificial, mediante masa comprimida que gire a una velocidad ultrarrápida, con la que podamos doblar el espacio.
Para el calentamiento global
Dado el estado actual de desarrollo, tenemos que alcanzar los objetivos climáticos actuales de una forma u otra sin fusión nuclear. Pero incluso dentro de 100 o 200 años no estará de más tener otra fuente de energía limpia disponible. Por eso definitivamente deberíamos seguir persiguiendo la posibilidad de la fusión nuclear. Sin embargo, esta investigación debería financiarse mediante donaciones y los costes no deberían imponerse al público en general, que no obtendrá ningún beneficio visible de este desarrollo. Debemos tener claro que el desarrollo de reactores de fusión nuclear sólo aporta beneficios reales a las empresas tecnológicas pertinentes. Son extremadamente caros y su vida útil está limitada a un máximo de 20-30 años debido al uso extensivo de tecnología complicada y, por tanto, vulnerable. Se necesita combustible, que además debe producirse mediante mecanismos complejos. En general, esto significa muchas oportunidades de ganancias para las empresas de tecnología. Sin embargo, difícilmente existe una aplicación que no podamos atender de otra manera, de forma mucho más económica y eficaz.
Una contaminación adicional de la atmósfera, que, como se sabe, es aprovechada por todos, no puede aceptarse únicamente para la individualidad de los Estados.
El tamaño es fundamental
La gigantesca Sitio de construcción ITER en Cadarache (Francia) demuestra que la UE realmente quiere formar parte de la investigación sobre la fusión nuclear y los costes que tendríamos que afrontar si este tipo de proyectos se convirtieran en estándar. Pero, como hemos sabido recientemente, estos proyectos se llevan a cabo por motivos completamente diferentes. Por cierto, Japón también vuelve a estar muy interesado en el proyecto de fusión nuclear. El reactor de fusión nuclear JT-60SA en Japón es el más grande de su tipo jamás construido, pero nunca producirá electricidad tampoco.
El gigantesco monstruo ITER en construcción muestra las dimensiones extremas de desperdiciar dinero en sistemas que nunca producirán energía.
Apéndice:
¡El "NIF 2009" que costó 3.500 millones de dólares no funciona!
Así lo informó Deutschlandfunk el 29 de febrero de 2024. Los operadores afirman que el proyecto de fusión enfrenta muchas dificultades y que las predicciones basadas en pruebas iniciales con láseres más pequeños y simulaciones por computadora eran demasiado optimistas. “El sistema alcanza la temperatura de 50 millones de grados necesaria para la ignición y los núcleos de hidrógeno ya se están fusionando para formar helio. Pero como las cápsulas de combustible se rompen demasiado pronto, no pueden encenderse por completo. Y aún no se puede prever si eso sucederá y cuándo. E incluso si tiene éxito, no sería el avance final para una planta de energía de fusión basada en láser. Porque entonces habría que investigar si todo esto podría siquiera implementarse en una tecnología económica”.
Una central de energía de fusión basada en láser está muy lejos
Vista de la cámara objetivo de la Instalación Nacional de Ignición NIF (Laboratorio Nacional Philip Saltonstall / Lawrence Livermore)
Los operadores revelan ahora un aspecto completamente nuevo:
Por encima de todo, el NIF es esencial para el programa de armas nucleares de Estados Unidos. Finalmente, puede simular las condiciones que existen cuando explota una bomba de hidrógeno. El láser gigante ayuda así a mantener en funcionamiento el arsenal estadounidense, sin las pruebas de armas nucleares ahora prohibidas. “Hemos realizado muchas series de pruebas con NIF para aclarar cuestiones sobre la física de las armas. Por cuestiones de confidencialidad no puedo entrar en detalles. Pero el NIF definitivamente pudo responder muchas preguntas”.
El aspecto militar fue el motivo principal para la construcción de la instalación de 3.500 millones de dólares, eso quedó claro desde el principio. Y en este sentido, NIF parece ser un completo éxito para sus operadores.
Así que no se trata en absoluto de oferta, sino más bien de matar. Lo que demuestra una vez más que nuestros líderes gubernamentales siguen buscando el conflict. Al parecer, la gente realmente está pensando en hacer la guerra con bombas de hidrógeno, ya que no irradiarían permanentemente la Tierra.
Lo harías con razón que los niños que incitan a otros niños en la escuela a cometer actos violentos unos contra otros para vigilar áreas porque quieren ganar dinero allí son antisociales, perturban significativamente las operaciones escolares y, por lo tanto en interés de los niños normales, se les debería excluir de la escuela.
Por lo tanto, deberíamos pensar más detenidamente cómo queremos manejar las cosas en el futuro.
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