Crear una estrella a la Terra

La recerca de l’energia de fusió –la font neta i potencialment il·limitada que posaria fi a les tribulacions energètiques de la humanitat– va començar en resposta a una vella pregunta, una pregunta que ens fem des que per primera vegada vam aixecar la mirada cap al cel.

Era a mitjans del segle XIX. La teoria de la selecció natural de Charles Darwin havia capgirat el concepte que teníem de nosaltres mateixos i del nostre món. Però la teoria tenia un problema. Com pot ser –preguntava el físic Lord Kelvin– que el Sol hagi brillat tant de temps? ¿No se li hauria hagut d’exhaurir el combustible molt abans que els humans acabessin d’evolucionar com deia Darwin?

Cap dels dos homes va viure per descobrir la sorprenent resposta: dins del nostre Sol els elements més lleugers no paren de fusionar-se amb d’altres de més pesants i deixen escapar grans quantitats d’energia durant aquest procés.

Com va escriure l’astrònom Arthur Eddington el 1920: “Són unes reserves gairebé inexhauribles, tant de bo les poguéssim aprofitar”. I ara, al cap d’un segle, un grapat de start-ups ens diuen que estem més a prop que mai d’aconseguir-ho.

La fusió, més a prop

Segons aquestes empreses, els anys vinents les seves màquines de fusió produiran més energia de la que necessiten per funcionar. Poc després començaran a generar electricitat per a fàbriques, centres de dades, plantes siderúrgiques i moltes altres, i ajudaran així la humanitat a fer un pas decisiu per allunyar-se dels combustibles fòssils, de l’escalfament global i la contaminació atmosfèrica, i dels petits focs que hem d’encendre per fer funcionar els motors, calderes i forns que necessitem per viure.

Inversors de renom –com ara Bill Gates, Jeff Bezos, Vinod Khosla i Sam Altman– han invertit centenars de milions de dòlars en la fusió, que es troba en un moment que podria ser com el primer vol amb motor dels germans Wright: un moment que demostra que els límits del domini exercit per la nostra espècie s’han catapultat una vegada més i han fet un gran salt endavant.

Les actuals start-ups dedicades a la fusió no es preparen per a aquest moment només al laboratori. Signen acords de prevenda amb clients, desenvolupen cadenes de subministrament, formen mà d’obra, parlen amb reguladors; és a dir, tots els elements que faran falta per convertir la fusió en una font d’energia assequible i pràctica, no només un experiment científic.

Ara bé, més a prop que mai no vol pas dir a prop. La història de la fusió és un cementiri de terminis incomplerts i fites frustrades, d’esclats d’entusiasme seguits de traumàtiques decepcions.

La perspectiva optimista és que les start-ups es mouen més de pressa que els laboratoris governamentals. Poden fer proves, fracassar i tornar-ho a provar. Però, segons Gerald Navratil, professor de física del plasma a Columbia, el que hem après després de més de mig segle d’investigar la fusió és que els fracassos es produeixen d’una manera que no preveu ningú: “Encara que la idea sembli temptadora en el terreny de la física, fins que no la dus a terme de veritat, en una màquina real que produeixi energia real, només és una idea”.

Un Sol a la Terra?

Crear una estrella que funcioni a la Terra semblaria totalment impossible, si no fos perquè els científics ja han arribat molt lluny en aquest sentit.

Primer cal escalfar una glopada de gas a temperatures inimaginables, més de 100 milions de graus centígrads. El gas s’escalfa tant que els electrons es desprenen dels àtoms, transcendeix l’estat gasós i entra en un altre estat de la matèria: el plasma.

Amb prou calor, els àtoms comencen a fusionar-se, cosa que no els ve gaire de gust. Si fem que el plasma conservi aquesta calor durant prou temps i a una pressió prou alta, en sortirà més energia de la que hi apliquem per escalfar-lo.

La fusió és el contrari del procés de fissió en què es basen les actuals centrals nuclears. Els àtoms no es divideixen; se solden. El combustible bàsic no és l’urani, sinó l’hidrogen extret de l’aigua de mar. No hi ha cap perill de reaccions descontrolades, i els residus radioactius que deixa són menys perillosos. Ara, fer realitat el procés i controlar-lo és molt complicat, molt més complicat.

Com explica Robert Goldston, professor de ciències astrofísiques de Princeton: “En el cas de la fissió, si apiles el tipus de material adequat en un sol lloc, s’escalfarà. Però en el cas de la fusió, és tota una altra història”.

I què passa quan ja hem creat una mica de plasma? El material es belluga i es recargola com una serp de gelatina supercalenta i, per tant, l’hem d’immobilitzar perquè, si no, podria sortir disparat i fondre’ns l’equip. O potser acaba desfent-se, perquè per molt violent que sigui el plasma, també és fràgil: el podem apagar bufant.

Dintre del Sol la gravetat manté unit el plasma. A la Terra fem servir imants o làsers extraordinàriament potents. Arribats a aquest punt, potser ja ho hem aconseguit: els àtoms s’estan fusionant i les partícules d’alta energia surten disparades del plasma. La teva màquina ha de sobreviure als cops. Però també ha de fer treballar l’energia, produint electricitat, mantenint en marxa la reacció, i tot això sense molestar el plasma, que és tan precari com una baldufa girant a la punta d’un dit.

Energia neta en 15 anys

Entrem a l’enorme edifici nou que l’empresa Commonwealth Fusion Systems té al camp als afores de Massachusetts. Podria ser una obra com qualsevol altra: terres grisos nus, làmines de plàstic enganxades amb cinta adhesiva i aranyes als racons. Caminem i topem amb el mur: dos metres i mig de formigó que envolten el sancta sanctorum de l’edifici i protegeixen el món exterior del que hi ha a l’interior.

A dintre, en una sala tan espaiosa i grandiosa com un temple, a l’altar hi posaran aviat una màquina colossal. Al voltant del nucli hi haurà, formant un cercle, 18 imants gegants, cadascun dels quals serà prou potent per aixecar un portaavions. Quan s’engegui la màquina, les forces magnètiques del seu interior tindran tanta força com deu grans coets enlairant-se de la Terra.

Només la indústria de la fusió la consideraria una màquina compacta, però la veritat és que ho és: és una versió petita però completa d’un tokamak, el dispositiu de fusió en forma de dònut que els científics s’han fet un tip de construir des dels anys 60. (“Tokamak” és un acrònim rus.)

Si hi ha un peix gros a l’estany de la fusió comercialitzada, és l’empresa Commonwealth. Des de la seva fundació el 2018, la companyia ha recaptat més de 2.000 milions de dòlars, més que qualsevol altra del sector.

La màquina que està construint a Massachusetts, SPARC, és un dispositiu que servirà de mostra. L’objectiu de Commonwealth és que, el 2027, l’SPARC produeixi energia neta d’una manera apta per al que ells en diuen un ús comercial. La seva màquina següent, ARC, és la que, segons afirmen, generarà electricitat per als clients de pagament a principis de la dècada del 2030. No és cap casualitat que el dispositiu de fusió construït per Tony Stark, l’heroi dels còmics “Iron Man”, també es digui ARC. Un dels inversors de Commonwealth és una empresa cofundada per Robert Downey Jr., que va interpretar el paper de Stark a la pantalla.

Un dels motius pels quals a Commonwealth estan segurs d’assolir els seus objectius és que, en certa manera, l’SPARC és una màquina “conservadora”, fins i tot “avorrida”, tal com diu Bob Mumgaard, director executiu de la companyia. I afegeix que fa tant de temps que els científics estudien i construeixen tokamaks que l’empresa no necessita reinventar la roda, excepte en algunes àrees clau.

De tota manera, Commonwealth ja destina la major part de la seva energia creativa a l’ARC, la màquina que vol construir a continuació. Segons Mumgaard: “Encara estem a la part més costeruda de la corba d’aprenentatge”.

Els científics i enginyers de l’empresa intenten descobrir, per exemple, què s’ha de fer perquè el plasma de l’ARC no es bellugui tant i també per impedir el sobreescalfament de les peces de la màquina. També analitzen la resistència dels materials davant de les partícules d’alta energia que els travessen i si caldrà complementar-los amb d’altres que encara no s’han inventat.

Més “xuts a porteria”

Com reconeix Mumgaard, el defecte dels tokamaks és que són uns artefactes complicats.

Difícils de construir, de esmuntar i de mantenir, una llauna. I també són cars: segons Mumgaard, la construcció de l’SPARC acabarà costant uns 1.200 milions de dòlars.

El tokamak més gran que s’està construint al planeta és un projecte multinacional anomenat ITER, radicat a França, que està en camí de costar milers de milions de dòlars i no estarà llest per fer-hi experiments fins a mitjans de la dècada del 2030.

I aquí és on entra en joc l’altra cara del boom de la fusió privada. La majoria de les actuals start-ups no segueixen els passos d’ITER i Commonwealth, i no construeixen tokamaks. Creuen que poden fer la fusió d’una manera més econòmica i senzilla amb uns altres tipus de màquines, encara que els dissenys varien molt pel que fa a la qualitat del funcionament.

“Encara no s’han posat a prova”, explica Earl Marmar, físic de l'Institut Tecnològic de Massachusetts. “Però, en fi, que tinguin bona sort. Espero que aviat en surti alguna cosa”.

Type One Energy i Thea Energy treballen amb estellarators –o reactors estel·lars–, que són semblants als tokamaks, però recargolats i amb unes ondulacions complexes, com un dònut imaginat per Salvador Dalí. Realta Fusion està construint un reactor que, segons Cary Forest, cofundador de l’empresa, s’assembla a un carmel Tootsie Roll: és un cilindre amb un imant a cada extrem.

En un complex empresarial prop de Seattle, Zap Energy està fent dispositius de fusió en què els filaments de plasma reben..., sí, descàrregues d’electricitat. A menys d’un quilòmetre de distància, Helion Energy treballa en una màquina de fusió que dispara dos anells de plasma l’un contra l’altre. Helion diu que el 2028 començarà a generar electricitat per a Microsoft amb la seva tecnologia.

A l’altra banda de la frontera canadenca, a prop de Vancouver, una empresa anomenada General Fusion té com a objectiu matxucar plasma, però no amb imants estrafolaris, ni amb làsers ni altres elements exòtics, sinó amb uns pistons que s’assemblen una mica als d’un motor d’automòbil. La companyia espera demostrar la viabilitat de la seva nova màquina el 2026.

Com va comentar el vicepresident d’investigació de l’empresa de fusió TAE Technologies, Richard Magee, quan ens ensenyava el reactor de proves de la mida d’un autobús que l’empresa té al sud de Califòrnia: “Ara tot plegat s’assembla al salvatge Oest. Serà molt interessant veure qui aguanta encara d’aquí a 10 anys”.

Pel que fa al gran objectiu de fer avançar la humanitat cap a una època impulsada per la fusió, el fet que hi hagi més empreses podria significar més “xuts a porteria”, com diu Jean Paul Allain, cap del programa de ciència de la fusió del Departament d’Energia dels EUA. Quan algú marca, tothom se’n beneficia.

El que preocupa als investigadors és tot el que prometen algunes empreses de fusió i quant tardaran a aconseguir-ho. Segons Steven Cowley, director del Laboratori de Física del Plasma de Princeton, encara que les seves plantes pilot obtinguin bons resultats, quedarà molt camí per córrer abans no estiguin preparades per satisfer una part important de les necessitats d’electricitat del planeta: “Hi ha massa bombo, massa exageració. Quan no es compleixen les expectatives, les conseqüències poden ser preocupants”.

Traducció: Lídia Fernández Torrell