Cómo funciona la energía de fusión y las startups que la persiguen

Durante décadas, los humanos han tratado de aprovechar el poder de las estrellas para generar electricidad aquí en la Tierra. Y durante casi el mismo tiempo, alcanzar ese objetivo siempre pareció estar a sólo una década de distancia.

Ahora, varias empresas emergentes están más unidas que nunca y compiten por construir reactores de fusión capaces de suministrar energía a la red.

Las nuevas empresas de fusión han atraído más de 10 mil millones de dólares en inversiones, con más de una docena recaudando más de 100 millones de dólares. Durante el año pasado se completaron muchas rondas de financiación importantes, con inversores atraídos por la industria a medida que aumenta la demanda de energía de los centros de datos y las nuevas empresas de fusión se acercan a la meta.

En esencia, la energía de fusión busca utilizar la energía liberada por la fusión de átomos para generar electricidad. Los humanos sabemos cómo fusionar átomos desde hace décadas, desde la bomba de hidrógeno -un ejemplo de fusión nuclear descontrolada- hasta cualquiera de los innumerables dispositivos de fusión construidos en laboratorios de todo el mundo. Los dispositivos de fusión experimentales lograron controlar la fusión nuclear y uno de ellos logró generar más energía de la necesaria para desencadenar la reacción.

Pero ninguno de ellos pudo producir suficientes excedentes para hacer posible una central eléctrica.

Para resolver este problema, las nuevas empresas de fusión están probando varios enfoques diferentes. Los expertos tienen opiniones encontradas sobre cuáles tienen más posibilidades de éxito, aunque la industria aún está en su infancia, por lo que nada está garantizado.

A continuación se ofrece una breve descripción de los principales enfoques de la energía de fusión.

Confinamiento magnético

El confinamiento magnético es una de las técnicas más utilizadas, que utiliza fuertes campos magnéticos para confinar plasma, la sopa de partículas sobrecalentadas que se encuentra en el corazón de un dispositivo de fusión.

Los imanes deben ser tremendamente poderosos. Sistemas de fusión de la Commonwealth (CFS), por ejemplo, está ensamblando imanes que pueden generar campos magnéticos de 20 tesla, que es aproximadamente 13 veces más potente que una máquina de resonancia magnética típica. Para manejar la cantidad de electricidad necesaria, los imanes están hechos de superconductores de alta temperatura, que aún deben enfriarse a –253˚ C (–423˚ F) usando helio líquido.

Actualmente, CFS está construyendo un dispositivo de demostración llamado Sparc en un cronograma mucho más acelerado en Massachusetts. La compañía planea ponerla en marcha a finales de 2026 y, si todo va bien, comenzará la construcción de Arc, su central eléctrica a escala comercial, en Virginia en 2027 o 2028.

Hay dos tipos principales de dispositivos de fusión que utilizan confinamiento magnético: tokamaks y estelaradores.

Los tokamaks fueron teorizados por primera vez por científicos soviéticos en la década de 1950 y desde entonces han sido ampliamente estudiados. Los tokamaks vienen en dos formas básicas: un donut con perfil en forma de D y una esfera con un pequeño agujero en el medio. El Joint European Torus (JET) y el ITER son dos tokamaks experimentales notables; JET operó en el Reino Unido entre 1983 y 2023, mientras que se espera que ITER comience a operar en Francia a finales de la década de 2030.

Con sede en el Reino Unido energía tokamak está trabajando en un diseño de tokamak esférico. Su máquina experimental ST40 se encuentra actualmente en proceso de actualización.

Los estelaradores son el otro tipo principal de dispositivo de confinamiento magnético. Son similares a los tokamaks en que mantienen el plasma contenido en forma de rosquilla. Pero a diferencia de los lados geométricos del tokamak, los estelaradores dan vueltas y vueltas. La forma irregular se determina modelando el comportamiento del plasma y adaptando el campo magnético para que funcione con sus peculiaridades, en lugar de forzarlo a adoptar una forma regular.

Wendelstein 7-X, una gran estelar con bobinas superconductoras modulares operada por el Instituto Max Planck de Física del Plasma. opera en Alemania desde 2015. Varias empresas emergentes también están desarrollando sus propios stellarators, entre ellos Próxima fusión, Fusión renacentista, energía theay Energía tipo uno.

Confinamiento inercial

El otro enfoque principal de la fusión se conoce como confinamiento inercial, que comprime las bolitas de combustible hasta que los átomos de su interior se fusionan.

La mayoría de los diseños de confinamiento inercial utilizan pulsos de luz láser para comprimir pastillas de combustible. Varios rayos láser se disparan al mismo tiempo y sus impulsos luminosos convergen en la pastilla de combustible desde todos los ángulos al mismo tiempo.

Hasta ahora, el confinamiento inercial es el único enfoque que rompió un hito conocido como punto de equilibrio científico, que ocurre cuando la reacción libera más energía de la que consumió. Estos experimentos se llevaron a cabo en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. En particular, las mediciones para determinar el punto de equilibrio científico no incluyen aspectos como la electricidad necesaria para alimentar la configuración experimental.

Aún así, casi una docena de nuevas empresas ven lo suficientemente prometedora en el confinamiento inercial como para diseñar reactores a su alrededor. Energía enfocada, Empresas de inercia, Marvel Fusióny xcimer son algunos ejemplos notables del uso de láseres.

Sin embargo, hay dos empresas que no utilizan láseres: First Light Fusion, que propone el uso de pistones, y Fusión del Pacíficoque planea utilizar pulsos electromagnéticos en lugar de láseres.

Más por venir

Estas son las dos aproximaciones principales a la energía de fusión, aunque no son las únicas. Pronto agregaremos más detalles sobre diseños alternativos, incluida la fusión de objetivos magnetizados, el confinamiento magnético-electrostático y la fusión catalizada por muones.