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miércoles, 30 de noviembre de 2011

Pequeños soles en la Tierra

Paradojas energéticas
Imagínate que tienes a tu disposición 10 mil millones de kilogramos de petróleo o un solo kilogramo de deuterio y tritio para fusionar, ¿Cuál elegirías para obtener mayor cantidad de energía, dejando a un lado la contaminación? La respuesta lógica seria el petróleo, pero en realidad, las dos opciones producirían la misma cantidad de energía.

Diferencias entre fusiones
El método de obtención de energía nuclear que conocemos actualmente es la fisión. Este proceso consiste en la descomposición de un núcleo pesado (uranio 235), que da lugar a kriptón y bario, además de unos neutrones resultantes de la descomposición. La suma de las masas de estos dos elementos es inferior a la del uranio inicialmente descompuesto. La fisión de un gramo de uranio 235 daría lugar a una cantidad de energía de 7,2•1010 J, lo mismo que producen 1,7 toneladas de petróleo.

La fusión nuclear es el proceso inverso, mediante el cual dos núcleos se unen para formar uno mayor. Un gramo de deuterio y tritio, produciría más de 3,1•1011 J, es decir, el equivalente a la energía producida por 7,4 toneladas de petróleo. Se utilizan los isótopos del hidrógeno deuterio y tritio, porque son los más livianos y los más fáciles de fusionar. El problema de la fusión nuclear es que es muy difícil acercar dos núcleos para que se fusionen, porque existe una fuerza de repulsión entre ellos que actúa hasta que están a una determinada distancia, a partir de la cual se empiezan a atraer. Este proceso se denomina interacción fuerte. Acercarlos supone confinar las moléculas en un plasma, un gas ionizado que algunos consideran el cuarto estado de la materia, a 150 millones de grados, 10 veces la temperatura solar.


Actualmente se conocen dos formas de lograr la fusión: una “lenta” y una “rápida”. La fusión rápida se realiza en nanosegundos. De acuerdo con el criterio de Lawson cuanto menor sea el tiempo de confinamiento, mayor ha de ser la densidad del plasma. Esta característica se encuentra en unas sustancias denominadas sólidos superdensos que existen durante fracciones de segundo y necesitan cantidades de energía enormes que solo podrían suministrar láseres, todavía no inventados. Por lo que este proceso resulta inviable hoy por hoy.

Dentro de las reacciones “lentas” caben dos posibilidades, la fusión deuterio-tritio y la fusión deuterio-deuterio. La fusión deuterio-deuterio se puede obtener del agua y no es contaminante, pero la temperatura de fusión es de 400 millones de grados, demasiado elevada. La fusión deuterio-tritio se realiza a 45 millones de grados pero el tritio no existe de forma natural por lo que se extrae del litio. Aunque esta sea la opción utilizada, las reservas de litio en la Tierra son limitadas.


Figura 1: Reacción entre el deuterio y el tritio.






Predecesores del ITER

Para lograr la fusión deuterio-tritio se han hecho varios experimentos.
El primero de ellos se hizo con el Tokamak-10 soviético, y se basaba en el principio de calentar un gas en forma de plasma para alcanzar temperaturas muy elevadas que llegaban a los 100 millones de grados. Después se desarrolló una nueva generación de máquinas entre las que destaca el europeo JET, construido en Gran Bretaña y que en 1991 consiguió una reacción nuclear de deuterio-tritio, que generó 16,1 MW, pero se tuvieron que emplear 25,7 MW para calentar el plasma, por lo que todavía no salía rentable la obtención de esta energía.

El futuro de la fusión nuclear
El avance de todos estos experimentos se orienta a desarrollar el proyecto ITER (Reactor Internacional Termonuclear Experimental).




Figura 2: Proyecto ITER














Este proyecto tiene como objetivo producir energía eléctrica a partir de la fusión. Los países candidatos para su emplazamiento fueron Japón (Rokkasho-Mura), Canadá (Clarington), España (Vandellós) y Francia (Cadarache). Lo consiguió Francia, dejando excluidos a los otros países. En la financiación del proyecto intervinieron: UE, Rusia, EEUU, China, Corea del Sur, India y Japón, ya que debido a su elevado coste ningún país lo podía afrontar en solitario. El coste inicial del proyecto era de 5600 millones de euros, pero ha ascendido a 15000 millones en la actualidad.
Para el correcto funcionamiento del ITER se necesita confinar el plasma en un campo magnético en forma de donut de 6,2 m de radio y 5400 toneladas de masa. Para evitar que el plasma desborde el campo magnético, se recubre la superficie del donut con carbón vegetal, extraído de los cocos, ya que así se evita la entrada de aire y por tanto, el desbordamiento del plasma. Es curioso ver cómo se compenetran la tecnología y la naturaleza.


Fusión vs. Energías actuales

Cuando esta fuente de energía se desarrolle por completo y sea económicamente viable, construir centrales de fusión nuclear será la mejor alternativa en cuanto a fuentes de energía respetuosas con la naturaleza.
Las centrales hidroeléctricas no producen ningún tipo de desecho, sin embargo se necesita un salto de agua, por lo que hay que construir presas que dañan los ecosistemas acuáticos. Las centrales eólicas producen un impacto visual en el paisaje, por lo que tampoco resultan inocuas desde el punto de vista medioambiental. Además las piezas de los aerogeneradores son de aluminio, material altamente contaminante en su proceso de fabricación. La energía solar también impacta al paisaje pero presenta la ventaja de que no destruye ecosistemas y aparentemente es la energía más limpia. El principal inconveniente de esta fuente es el bajo rendimiento, por eso se considera únicamente una fuente alternativa ya que la demanda energética de un país muy difícilmente podría ser cubierta con este sistema.

Hacia un futuro pefecto

El proceso de fusión nuclear es el que tiene lugar en las estrellas. Parece utópico pensar que el hombre pueda algún día reproducir uno de los procesos más perfectos y sorprendentes de la naturaleza, sin embargo, el estudio y la experimentación de los científicos parece que va camino de conseguirlo. Ese día se habrá dado un paso gigante en la obtención de energía limpia.


Referencias


Información sobre el ITER
es.wikipedia.org/wiki/ITER
http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/08/04/194752.php
http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/08/04/194752.php?page=2
http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/08/04/194752.php?page=3

Artículo: El ITER, un agujero negro en la economía
http://www.greenpeace.org/raw/content/espana/reports/iter-reactor-experimental-de.pdf


Figura 1:
http://bejar.biz/files/images/fusion.jpg

Figura 2:
http://www.elpais.com/recorte/20101117elpepusoc_20/XXLCO/Ies/reactor_fusion_ITER.jpg

Pablo López e Inés Portolés

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