Fusión nuclear: cómo funciona y qué startups la impulsan

Durante décadas, los humanos buscaron aprovechar el poder de las estrellas para generar electricidad en la Tierra. Y durante casi tanto tiempo, lograr ese objetivo siempre pareció estar a solo una década de distancia.

Actualmente, una serie de startups están más cerca que nunca y se apresuran a construir reactores de fusión capaces de inyectar energía en la red.

Las startups de fusión han atraído más de 10 mil millones de dólares en inversión, con más de una docena recibiendo más de 100 millones de dólares. Muchos grandes rondas de financiación se cerraron en el último año, con inversores atraídos a la industria a medida que aumenta la demanda de energía de los centros de datos y las startups de fusión se acercan a la línea de meta.

En esencia, la energía de fusión busca utilizar la energía liberada de la fusión de átomos para generar electricidad. Los humanos han sabido fusionar átomos durante décadas, desde la bomba de hidrógeno —un ejemplo de fusión nuclear incontrolada— hasta cualquiera de los numerosos dispositivos de fusión construidos en laboratorios de todo el mundo. Los dispositivos experimentales de fusión han logrado controlar la fusión nuclear, y uno ha logrado generar más energía de la que se necesitó para iniciar la reacción.

Sin embargo, ninguno de ellos ha podido producir suficiente excedente para hacer posible una planta de energía.

Para resolver ese problema, las startups de fusión están intentando varios enfoques diferentes. Los expertos tienen opiniones variadas sobre cuáles tienen la mejor oportunidad de éxito, aunque la industria todavía está en su infancia, por lo que nada está garantizado.

A continuación, se presenta 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 emplea campos magnéticos fuertes para confinar el plasma, la sopa de partículas sobrecalentadas que está en el corazón de un dispositivo de fusión.

Los imanes deben ser tremendamente poderosos. Commonwealth Fusion Systems (CFS), por ejemplo, está ensamblando imanes que pueden generar campos magnéticos de 20 teslas, que es aproximadamente 13 veces más fuerte que una máquina de resonancia magnética típica. Para manejar la cantidad de electricidad requerida, los imanes están hechos de superconductores de alta temperatura, que aún necesitan ser enfriados a -253° C (-423° F) usando helio líquido.

CFS actualmente está construyendo un dispositivo de demostración llamado Sparc en un cronograma mucho más acelerado en Massachusetts. La compañía anticipa encenderlo en algún momento a fines de 2026, y si todo va bien, comenzará la construcción de Arc, su planta de energía a escala comercial, en Virginia en 2027 o 2028.

Existen dos tipos principales de dispositivos de fusión que utilizan confinamiento magnético: tokamaks y stellarators.

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 un perfil en 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 fines de la década de 2030.

La empresa británica Tokamak Energy está trabajando en un diseño de tokamak esférico. Su máquina experimental ST40 está actualmente en proceso de mejoras.

Los stellarators son el otro tipo principal de dispositivo de confinamiento magnético. Son similares a los tokamaks en que mantienen el plasma contenido dentro de una forma similar a un donut. Pero a diferencia de los lados geométricos de los tokamaks, los stellarators se retuercen y giran. La forma irregular se determina modelando el comportamiento del plasma y adaptando el campo magnético para trabajar con sus peculiaridades en lugar de forzarlo a una forma regular.

El Wendelstein 7-X, un gran stellarator con bobinas superconductoras modulares que es operado por el Instituto Max Planck de Física del Plasma, ha estado operando en Alemania desde 2015. Varias startups también están desarrollando sus propios stellarators, incluyendo Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy y Type One Energy.

Confinamiento inercial

El otro enfoque principal para la fusión se conoce como confinamiento inercial, que comprime pellets de combustible hasta que los átomos dentro se fusionan.

La mayoría de los diseños de confinamiento inercial utilizan pulsos de luz láser para comprimir los pellets de combustible. Varios haces de láser disparan a la vez, y sus pulsos de luz convergen en el pellet de combustible desde todos los ángulos simultáneamente.

Hasta ahora, el confinamiento inercial es el único enfoque que ha superado un hito conocido como equilibrio científico, que es cuando la reacción libera más energía de la que consumió. Esos experimentos han ocurrido en el National Ignition Facility (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. Es importante señalar que las mediciones para determinar el equilibrio científico no incluyen cosas como la electricidad necesaria para alimentar la instalación experimental.

Aún así, casi una docena de startups ven suficiente promesa en el confinamiento inercial como para diseñar reactores en torno a él. Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion y Xcimer son algunos ejemplos notables que utilizan láseres.

Sin embargo, hay dos empresas que no están utilizando láseres: First Light Fusion, que propone usar pistones, y Pacific Fusion, que planea utilizar pulsos electromagnéticos en lugar de láseres.

Más por venir

Estos son los dos enfoques principales para la energía de fusión, aunque no son los únicos. Pronto se agregarán más detalles sobre diseños alternativos, incluyendo fusión de objetivo magnetizado, confinamiento magnético-electrostático y fusión catalizada por muones.

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