Energía nuclear: fisión vs fusión

Las centrales nucleares convencionales utilizan la técnica de fisión nuclear para producir electricidad. Pero en la carrera por conseguir fuentes de energías sostenibles y duraderas para limitar el calentamiento global, ha aparecido una nueva vía: la fusión nuclear, una potencial fuente inagotable de producción de electricidad más limpia, segura y sostenible, que menciona el informe Future Trends Forum Construir un mundo Net Zero. ¿Qué diferencias hay entre ambas? 

Qué son la fisión y la fusión nuclear

Para explicar en qué se diferencian ambos procesos, comencemos por explicar en qué consisten. Una pista la tenemos en su propio nombre: la fisión nuclear se dedica a separar núcleos de átomos, mientras que la fusión hace lo contrario, es decir, los une.

Entremos un poco más en detalle: la fisión nuclear es una reacción que se produce al bombardear con neutrones el núcleo de un átomo pesado, que a su vez se descompone en otros dos o más núcleos más ligeros. En ese proceso se liberan grandes cantidades de energía, junto a rayos gamma y más neutrones que, a su vez, provocarán más reacciones de fisión al interactuar con otros núcleos. Es decir, provocarán una reacción en cadena.

¿Qué ocurre con la fusión nuclear? Básicamente lo mismo, pero al revés. En este proceso, en lugar de dividir el núcleo de un átomo pesado en otros más ligeros, se hace lo contrario. Es decir: se combinan núcleos ligeros para formar otro más grande y pesado. Esto no es nuevo: es a lo que se dedica el sol desde hace millones de años para generar su energía.

Así lo explica en Innoverse , Pablo Rodríguez, investigador en el Plasma Science and Fusion Center del MIT: “Lo que da energía a las estrellas, a nuestro sol, son las reacciones de fusión que ocurren en su centro. Es decir, hay elementos dentro del sol que se fusionan, se unen y ese proceso de unión libera mucha energía, que es la que recibimos después aquí”.

La clave en ambas reacciones nucleares es la diferencia entre las masas de los núcleos pesados y los ligeros. Tanto cuando se unen como cuando se dividen, los átomos pierden una ligera cantidad de masa, que es la que provoca un enorme desprendimiento de energía calorífica y de radiación. De esto precisamente iba la ecuación más famosa de la historia (E=mc²), que relacionaba masa con energía. Después, la energía calorífica que se genera se utiliza para producir vapor de agua que permite a una turbina generar electricidad.

Diferencias entre la fisión y la fusión nuclear

Aparte de los procesos que siguen, existen otras diferencias entre fisión y fusión nuclear. Una de las más importantes es el tipo de átomos que utilizan una y otra.

En el caso de la fisión nuclear, las plantas que aprovechan este proceso utilizan en su gran mayoría uranio. Se trata del elemento más pesado que podemos encontrar en la naturaleza y que se va desintegrando en otros elementos más ligeros a causa de la reacción en cadena. En la fusión nuclear es al revés: se emplean de partida los elementos más ligeros, como el hidrógeno —sobre todo isótopos suyos como el deuterio o el tritio—, para formar otros átomos más pesados.

Esta no es una cuestión menor: mientras la fisión nuclear emplea un recurso que hay que extraer de minas y que se puede agotar con el paso del tiempo, la fusión aprovecha hidrógeno, el elemento más abundante del universo, virtualmente inagotable. Además, el uso de uranio produce residuos radiactivos de larga duración. Con el hidrógeno, los desechos que se producen tienen una actividad muy baja y no suponen un peligro.

Otra de las diferencias tiene que ver con la seguridad de ambos procesos. En el caso de la fisión, es imprescindible controlar la reacción en cadena para no provocar un grave accidente. La fusión, sin embargo, es autolimitante: si se descontrola la reacción, se para sola.

Ponerle puertas al sol

Recapitulemos: por un lado, tenemos un proceso para generar energía que utiliza recursos finitos, produce residuos peligrosos y requiere fuertes medidas de seguridad para controlar una reacción en cadena que puede resultar letal. Por el otro, tenemos un proceso que emplea un elemento virtualmente inagotable y barato, que no genera residuos peligrosos y potencialmente mucho más seguro.

La fusión nuclear es todo un unicornio en nuestro objetivo de recudir el calentamiento global. Al igual que ocurre con la fisión, su generación no produce emisiones de CO2.

¿Por qué no cerramos entonces las plantas de fisión nuclear y tiramos las llaves al mar? No tan deprisa. Para aprovechar la fisión nuclear, “solo” hay que construir y mantener una planta capaz de controlar la reacción en cadena, que suele tener un blindaje de materiales tan prosaicos como el hormigón, el acero o el plomo. Para aprovechar la fusión nuclear, hay que empezar por replicar en nuestro planeta lo que ocurre en el sol a cientos de millones de grados. Y controlarlo, claro.

Así explica Pablo Rodríguez el desafío energético que supone la fusión nuclear: “Este tipo de energía tiene muchísimas ventajas porque es virtualmente inagotable, es segura, no tiene emisiones de efecto invernadero. Es la energía, digamos, perfecta. Lo que pasa es que es muy difícil hacerla realidad. La comunidad científica lleva trabajando desde hace muchas décadas en ello. Todavía no estamos en el punto de poder tener una planta de potencia comercial”.

Esto se debe a que, para conseguir que dos núcleos se unan, hay que calentar el hidrógeno a unos 100 o 200 millones de grados. A esa temperatura no tenemos ya un gas, sino un plasma que resulta muy difícil (y costoso) de estabilizar. Y recordemos que el proceso se para solo si no se controla adecuadamente.

“No puedes mantener estable algo a 200 millones de grados. No puedes mantenerlo estacionario con materiales físicos. No puedes poner una pared, porque esa pared de metal se fundiría, desaparecería y no tendrías el plasma. Lo que tenemos que hacer es intentar no poner ningún material físico”, explica Pablo Rodríguez. Así, se utilizan ya energía magnética e inercia para evitar que el plasma destroce las paredes del reactor.

Fusión en el interruptor de casa

“Hemos conseguido tener plasmas de fusión produciendo energía desde hace muchas décadas. Lo que pasa es que hasta ahora no habíamos conseguido que la energía que absorbe el plasma sea menor que la que luego produce”, añade el experto. Con “hasta ahora”, Pablo se refiere al hito anunciado hace unos meses por el laboratorio Livermore de Estados Unidos: por primera vez, un reactor de fusión nuclear consiguió que la energía que salía del plasma fuera mayor que la que entraba.

Eso sí, todavía falta por compensar la gran cantidad de energía que utilizan los equipos que hacen todo esto posible: láseres en el caso de la fusión nuclear inercial o imanes en el caso de la fusión nuclear magnética. Cuando esto se resuelva, estaremos mucho más cerca del aprovechamiento comercial de una energía limpia, inagotable y barata.

Pablo Rodríguez sitúa ese momento dentro de unos 15 o 20 años. “Todavía quedan retos que tenemos que resolver. Todavía falta aproximadamente una década para tener un prototipo de planta que produzca electricidad, el cual podamos optimizar y mejorar para tener plantas comerciales. Esperamos que esto sea aproximadamente en la década del 2040. Será un momento muy bueno. Podremos encender la luz de casa y que venga de fusión nuclear”, finaliza. En ese momento, pulsar un interruptor no agravará el calentamiento global.