La 'máquina tonta' que promete un avance en energía limpia

"Recuerdo que algunas personas dijeron que el lugar donde Proxima está hoy era imposible", dice Francesco Sciortino, el cofundador y CEO de Proxima Fusion.

Ser acusado de intentar lo imposible no es inusual para los científicos e ingenieros que trabajan en proyectos de fusión nuclear en todo el mundo.

Después de todo, están intentando capturar, en la Tierra, la reacción que alimenta al Sol.

El éxito podría significar electricidad abundante, barata y sin emisiones. Pero los desafíos son desalentadores y una planta de energía operativa aún está lejos.

La fusión es el proceso de fusionar núcleos de hidrógeno, lo que libera enormes cantidades de energía.

En el Sol, enormes fuerzas gravitacionales ayudan a mantener la reacción en marcha.

Para mantener la fusión aquí en la Tierra, se necesitan temperaturas extremadamente altas, muchas veces mayores que las que se encuentran en el Sol.

Por lo tanto, un combustible (generalmente una combinación de los isótopos de hidrógeno tritio y deuterio) se calienta hasta que se convierte en un plasma candente, que luego debe controlarse y manipularse para iniciar la fusión.

Hay varias formas de hacer esto, y Proxima Fusion, de Alemania, está intentando una que se considera difícil, incluso según los estándares extremos de la industria de la fusión.

Un enfoque común para la fusión es construir un tokamak. Es un dispositivo en forma de rosquilla que utiliza imanes potentes para contener el plasma.

Pero Proxima, con sede en Múnich, está trabajando en un stellarator. También utiliza imanes para manipular el plasma, pero el recipiente de reacción tiene una forma más complicada, con giros y vueltas, lo que lo hace mucho más difícil y costoso de construir.

Entonces, ¿por qué seguir por este camino tortuoso?

Bueno, si el diseño funciona, los giros y vueltas de un stellarator hacen que el plasma candente sea más fácil de controlar que en el diseño rival del tokamak, dice Sciortino.

Al comparar los dos sistemas, dice que un tokamak es una "bestia" mientras que el stellarator es un "gatito".

"Un stellarator es una cosa que es objetivamente muy difícil de diseñar, objetivamente muy difícil de construir. Pero si lo haces, es una máquina tonta... como un horno microondas", dice Sciortino.

La "máquina tonta" de Proxima será un stellarator llamado Alpha. Se basará en décadas de trabajo realizado por el Instituto Max Planck de Física del Plasma de Alemania y su stellarator, el W7-X.

El objetivo de Alpha es producir más energía de la que utiliza para funcionar, y las lecciones aprendidas están ayudando al diseño de un dispositivo aún más avanzado: una planta de energía de fusión, llamada Stellaris.

Pero primero, Alpha necesitará mucha inversión, que se está recaudando en este momento. Proxima recientemente obtuvo €400 millones (£340 millones; $460 millones) del estado de Baviera y está pujando por más de mil millones de dólares de financiación del gobierno federal; se espera una decisión el próximo año.

Proxima está compitiendo con otros grupos que desarrollan tecnología de fusión: 53 según la Fusion Industry Association (FIA), que representa a la industria de la fusión y realiza un seguimiento de los desarrollos.

Un proyecto que utiliza el enfoque del tokamak es Step (Tokamak Esférico para la Producción de Energía), con sede en el Reino Unido.

Respaldado por el gobierno del Reino Unido, el plan es construir una planta de energía prototipo en el sitio de una antigua central eléctrica de carbón en West Burton, Yorkshire.

"Los tokamaks tienen la ventaja de una profunda base experimental construida durante décadas. Han demostrado un rendimiento del plasma más cercano a lo que se requiere para una planta de energía de fusión, incluido el funcionamiento con combustible de fusión", dice Ryan Ramsey, el director de Rendimiento Organizacional de Step y anteriormente capitán del submarino nuclear HMS Turbulent.

Y en este tipo de fusión, los imanes caros y potentes deberían ser relativamente simples de construir.

"Se benefician de una geometría magnética comparativamente más simple, con menos bobinas más regulares. Eso tiene implicaciones reales para la fabricación, el mantenimiento y el costo", dice Ramsey.

Sciortino es bien consciente de los desafíos que enfrenta Proxima. "Pierde el sueño" con la pregunta de si Proxima podrá construir los imanes, con sus formas intrincadas, a una velocidad y costo que hagan que el stellarator sea una propuesta económica.

"El primer imán que hagamos será muy complicado y muy caro. Pero, ¿podemos hacerlo más rápido de lo que la gente esperaría y podemos reducir el costo?", pregunta Sciortini.

A su favor está la experiencia de Alemania en la fabricación. Por ejemplo, Sciortino cita el impresionante número de trabajadores que pueden operar máquinas CNC: un tipo de máquina herramienta controlada por computadora que puede cortar, tallar o dar forma a materiales, incluidos madera, metal o plástico.

Sciortino estima que hay 550.000 maquinistas CNC en Alemania, en comparación con 350.000 en todo Estados Unidos.

Esto es importante para Proxima, que utiliza un tipo de acero muy caro en sus imanes, que necesita ser mecanizado con un alto nivel de precisión.

Si bien mantiene altos niveles de precisión, mantener el ritmo del desarrollo es crucial para Sciortino.

El W7-X tardó más de una década en ponerse en marcha; él quiere poner Alpha en funcionamiento en un tercio de ese tiempo.

Por lo tanto, una bobina magnética de prototipo está en construcción y el plan es probarla el próximo año.

Su geometría retorcida la convierte en uno de los imanes más complejos del mundo, según Proxima.

Una vez completada la prueba, Proxima construirá otras 40 bobinas magnéticas que se utilizarán en su máquina Alpha.

Para hacer esto, una fábrica de imanes está en las primeras etapas de construcción.

"En 2028, 2029, necesitamos poder fabricar imanes a una velocidad loca, loca", dice Sciortino.

El trabajo no se realiza solo en Alemania. Sciortino dice que en toda Europa hay proveedores clave, lo que significa que Europa podría estar a la vanguardia de una futura industria de la fusión.

"Nosotros [europeos] perdimos la ola digital, ¿verdad? Pero resulta que todavía tenemos gente capacitada en fabricación", dice.

En Step, Ramsey enfatiza que la industria de la fusión está muy por delante de un experimento de física ahora.

"Hay un impulso real en la fusión en este momento, y eso debe verse como una fortaleza en lugar de algo que divida. Esta no es una carrera de un solo camino, sino un conjunto de enfoques que exploran diferentes compensaciones. La verdadera pregunta ahora no es qué concepto es el más interesante, sino cuál puede entregar de manera creíble una planta de energía".