Pas endavant per obtenir energia verda i barata a partir de la fusió nuclear
Científics nord-americans anunciaran aquest dimarts un gran avenç que podria conduir a futures fonts d'energia
Nova YorkUna "fita científica". Així ha qualificat el govern dels Estats Units l'avenç que han aconseguit un grup de científics nord-americans per poder produir una reacció de fusió capaç de generar energia il·limitada, neta (sense emissions de carboni) i barata, segons ha avançat el diari Financial Times. L'anunci oficial de la troballa es farà aquest dimarts i, tot i que se'n saben pocs detalls, la notícia ha tingut un fort impacte entre els físics i tota la comunitat científica mundial.
Aquest desenvolupament milloraria la capacitat dels Estats Units per mantenir les seves armes nuclears sense proves nuclears i podria establir l'escenari per a un progrés futur que algun dia porti a l'ús de la fusió làser com a font d'energia.
En l'origen de tot plegat hi ha el Laboratori Nacional Federal Lawrence Livermore, que desenvolupa el National Ignition Facility, conegut per les sigles NIF, un projecte per desenvolupar una font d'energia nova a través de l'energia nuclear. Fa dues setmanes, els científics van poder cantar eureka! Segons un funcionari nord-americà que ha demanat restar en l'anonimat, l'experiment de fusió va aconseguir el que es coneix com a ignició (o guany d'energia), quan l'energia de fusió generada és igual a l'energia làser que inicia la reacció.
Què és la fusió?
La fusió és la reacció termonuclear que alimenta el sol i altres estrelles: la fusió dels àtoms d'hidrogen en heli. La massa d'heli és lleugerament inferior a la dels àtoms d'hidrogen originals. Així, per l'equació icònica d'Einstein E=mc², aquesta diferència de massa es converteix en una explosió d'energia. La fusió que es podria produir de manera controlada a la Terra podria significar una font d'energia que no produeixi gasos d'efecte hivernacle com el carbó i el petroli, o residus radioactius perillosos i actius durant molts anys, com els de les centrals nuclears actuals.
Com es produeix la fusió sense un estel?
La majoria dels esforços de fusió fins ara han utilitzat reactors en forma de bunyols coneguts com a tokamaks, acrònim del rus per definir un giny que té per objectiu obtenir la fusió de les partícules del plasma. Dins dels reactors, el gas d'hidrogen s'escalfa a temperatures prou altes perquè els electrons s'allunyin dels nuclis d'hidrogen i creïn el que es coneix com a plasma: núvols de nuclis carregats positivament i electrons carregats negativament. Els camps magnètics atrapen el plasma dins de la forma del dònut i els nuclis es fusionen i alliberen energia en forma de neutrons que volen cap a l'exterior.
L'anunci que es farà dimarts, però, implica un enfocament diferent. El NIF consta de 192 làsers gegantins, que s'encenen simultàniament cap a un cilindre metàl·lic de la mida d'una goma d'esborrar. El cilindre, escalfat a uns 3 milions de graus, es vaporitza i genera una implosió de raigs X que, al seu torn, escalfa i comprimeix una pastilla de mida BB de deuteri [un dels isòtops estables de l'hidrogen] i triti [l'únic isòtop de l'hidrogen que és radioactiu] congelats, dues formes més pesades d'hidrogen. La implosió fusiona l'hidrogen en heli i crea la fusió.
Quins avenços en fusió làser s'han fet fins ara?
L'objectiu principal del NIF és dur a terme experiments que ajudin els Estats Units a mantenir les seves armes nuclears sense haver de fer experiments amb explosions, així com alhora avançar en la investigació de la fusió perquè les centrals elèctriques comercials siguin viables. Tanmateix, inicialment aquest projecte gairebé no va generar cap fusió. El 2014, els científics finalment van informar d'un èxit, però l'energia produïda llavors era minúscula, l'equivalent al que consumeix una bombeta de 60 watts en cinc minuts. L'any passat, els científics de Livermore van informar d'un salt important, una explosió d'energia (10 quadrilions de watts de potència) que era un 70% més que l'energia de la llum làser assolint la finalitat de l'hidrogen. Però l'esclat, essencialment una bomba d'hidrogen en miniatura, va durar només 100 bilionèsimes de segon.
L'informe del Financial Times de diumenge suggereix que el laboratori Livermore anunciarà que en l'últim experiment l'energia de fusió produïda va superar la quantitat d'energia làser que va aconseguir l'objectiu d'hidrogen. Perquè això es produís, la reacció de fusió havia de ser autosostenible, és a dir, el torrent de partícules que fluïen cap a l'exterior des del punt calent al centre del grànul escalfava els àtoms d'hidrogen circumdants i també els feia fusionar.
Quins són els obstacles a l'energia de fusió?
Una advertència rellevant és que l'afirmació se centra en l'energia làser que assoleix l'objectiu d'hidrogen. Els làsers del NIF són extremadament ineficients, és a dir, només una petita fracció de l'energia que s'utilitza per alimentar els làsers arriba als mateixos feixos. Una tecnologia més moderna com els làsers d'estat sòlid seria més eficient però encara lluny de la fusió del 100%. Perquè això sigui viable, la sortida d'energia de fusió ha de ser almenys diverses vegades més gran que la dels làsers entrants.
L'anunci de dimarts vol dir que aviat tindrem energia de fusió barata?
No. Fins i tot si els científics descobreixen com generar explosions de fusió més grans, hi continuarà havent immensos obstacles d'enginyeria. Els experiments del NIF han estudiat una ràfega. Una central elèctrica de fusió pràctica que faci servir aquest concepte requeriria un ritme de metralladora làser de ràfegues i, aleshores, els torrents de neutrons que surten de les reaccions de fusió haurien de convertir-se en electricitat. El complex làser omple un edifici amb una petjada igual a tres camps de futbol: massa gran, massa car, massa ineficient per a una central elèctrica comercial. S'hauria de desenvolupar un procés de fabricació per produir en massa els objectius precisos d'hidrogen.