Fusion2Grid: el camino más compacto hacia la energía de fusión – Manuel García Muñoz

La energía de fusión lleva décadas prometiendo una revolución energética. Una fuente limpia, segura e inagotable que podría sustituir a los combustibles fósiles sin emisiones ni residuos de larga duración. Sin embargo, su llegada comercial siempre parecía estar a varias décadas vista.

En el Future Trends Forum celebrado en Madrid por la Fundación Innovación Bankinter, más de 20 expertos internacionales analizaron cómo acelerar ese futuro. Fruto de ese encuentro, hemos elaborado el informe Energía de Fusión: una revolución energética en marcha, que define los cinco ejes críticos para acelerar y escalar la energía de fusión como motor climático, económico y tecnológico.

En nuestra misión de acercar la innovación y, en este caso, la energía de fusión a la sociedad, continuamos con la serie Fusion Forward: tras la intervención de Carlos Alejandre, que dibuja la hoja de ruta industrial de la energía de fusión en Europa, y de Gianfranco Federici, que detalla los principales retos tecnológicos que debemos superar para hacerla realidad, avanzamos ahora hacia una propuesta concreta que podría acelerar su llegada.

En el Future Trends Forum, Manuel García Muñoz, profesor en la Universidad de Sevilla y director del laboratorio Plasma Science and Fusion Technology, presentó un enfoque rupturista: una vía compacta, eficiente y pragmática hacia la energía de fusión.

Frente a los grandes proyectos internacionales que apuntan a 2050, García Muñoz defiende que, si se activan en paralelo las tecnologías clave, la energía de fusión podría conectarse a la red en la próxima década. Su propuesta, desarrollada íntegramente en España, plantea una solución con alto potencial industrial que ha comenzado ya a ponerse a prueba.

Con un enfoque pragmático y tecnologías ya conocidas por la comunidad científica, García Muñoz propone una estrategia para lograr reactores de fusión más pequeños, económicos y rápidos de construir. Su intervención deja claro que existe otra forma de abordar el reto: más ágil, más compacta y más próxima a la realidad industrial.

Si quieres ver la ponencia de Manuel García Muñoz, puedes hacerlo en este vídeo:

Manuel García Muñoz: «The High Field Spherical Tokamak Path» #FusionForward

Fusion2Grid: la apuesta española por una fusión útil y realista

En un panorama dominado hasta hace poco por gigantescos proyectos internacionales como ITER y DEMO, donde las escalas son enormes y los plazos se miden en décadas, la propuesta de Manuel García Muñoz destaca por su sencillez conceptual y ambición pragmática. Fusion2Grid nace como una vía complementaria, en lugar de alternativa, para lograr una planta de fusión operativa a lo largo de la próxima década, con un diseño compacto, económicamente viable y tecnológicamente factible.

Esta estrategia se basa en combinar tres tecnologías probadas en la comunidad científica pero no explotadas juntas hasta ahora:

• Tokamaks esféricos, que permiten mayor eficiencia en menor volumen.
• Superconductores de alta temperatura (HTS), clave para reducir costes y aumentar el campo magnético en espacios más reducidos.
• Triangularidad negativa, una geometría del plasma que mejora el rendimiento y alarga la vida útil del reactor.

En los siguientes apartados se explica cada uno de estos conceptos en detalle.

Fusion2Grid es más que una propuesta teórica; es el eje de una estrategia de investigación desarrollada en el Plasma Science and Fusion Technology Lab de la Universidad de Sevilla, que ya ha despertado el interés de instituciones y centros internacionales. La idea central: llevar la energía de fusión directamente a la red eléctrica con un diseño 20 veces más pequeño que ITER, pero con capacidad de producción suficiente y escalabilidad industrial.

“No estamos diciendo que la fusión sea sencilla. Pero sí que hay otro camino posible si abordamos de forma integrada los desafíos de diseño, materiales y refrigeración”, apuntó el investigador.

Fusion2Grid está pensada como una vía rápida, no especulativa. Una solución que parte de la ingeniería -no solo de la física- y que pone el foco en cómo convertir la fusión en una tecnología útil y conectada a red en un plazo razonable.

Tokamaks esféricos: diseño compacto, potencia elevada

Uno de los pilares de la estrategia Fusion2Grid es el uso de tokamaks esféricos, una variante del diseño convencional que ofrece ventajas clave en el camino hacia reactores más compactos y eficientes.

Mientras que los tokamaks tradicionales -como ITER- se basan en geometrías toroidales de gran tamaño, con costes de construcción y operación muy elevados, el tokamak esférico reduce drásticamente el volumen necesario. Según los cálculos presentados por García Muñoz, a igualdad de campo magnético, un tokamak esférico podría ser hasta 20 veces más pequeño que ITER, como ya hemos comentado, con implicaciones directas en costes y tiempos de construcción.

Más presión en menos espacio

El atractivo fundamental de los tokamaks esféricos radica en que pueden sostener presiones de plasma hasta un 40% superiores a las de un tokamak convencional. Esta mayor presión permite obtener un mejor rendimiento en reactores de menor tamaño, algo crucial para reducir la escala de la infraestructura sin comprometer la producción de energía.

En palabras de García Muñoz:

“El tokamak esférico es, en términos de estabilidad, más robusto que un tokamak convencional. Esa diferencia está en la propia ecuación que gobierna la física del plasma”.

Ventajas frente al diseño convencional

Los tokamaks convencionales tienen una ventaja reconocida: disponen de grandes superficies para distribuir la potencia de escape del plasma. Sin embargo, presentan dos inconvenientes principales:

• Altísima inversión de capital, debido al tamaño y complejidad de sus sistemas.
• Plazos de construcción muy largos, incompatibles con la urgencia de la transición energética.

En contraste, los tokamaks esféricos ofrecen:

• Compacidad, que reduce volumen y costes.
• Eficiencia, con un mejor aprovechamiento del campo magnético y mayores presiones de plasma.

Desafíos por resolver

La reducción de tamaño, sin embargo, no está exenta de retos técnicos. García Muñoz destacó dos limitaciones críticas:

• Gestión del calor (power exhaust): en un tokamak esférico, la densidad de potencia en los puntos donde el plasma incide sobre las paredes es mucho mayor. Esto concentra el problema del divertor, la región que absorbe el calor y las partículas, hasta niveles extremos.
• Escasez de espacio en el apilamiento central (centre stack): este núcleo es necesario para albergar el solenoide central, el blindaje frente a neutrones y los sistemas de breeding de tritio (módulos que rodean el plasma y que, además de absorber el calor de la reacción, generan nuevo tritio a partir de litio contenido en su estructura). Al ser más estrecho en un diseño esférico, la integración de estos componentes se convierte en un desafío de ingeniería mayúsculo.

Un camino atractivo, pero exigente

A pesar de estas dificultades, el consenso que se refleja en la estrategia Fusion2Grid es claro: los tokamaks esféricos representan una vía atractiva hacia plantas de fusión más viables económica y temporalmente.

El reto está en complementar su compacidad con innovaciones que permitan superar los límites de ingeniería. Y es aquí donde entra en juego los superconductores de alta temperatura (HTS) y la triangularidad negativa, que analizaremos en los siguiente apartados, y que García Muñoz considera un posible “game changer” para los reactores de fusión.

Superconductores de alta temperatura: más potencia en menos espacio

Otro de los elementos clave de la estrategia Fusion2Grid es el uso de superconductores de alta temperatura (HTS, por sus siglas en inglés). Esta tecnología representa una de las grandes palancas para hacer viables los tokamaks compactos, al permitir generar campos magnéticos más intensos en un espacio reducido y con menores costes operativos.

¿Por qué son tan importantes?

En un reactor de fusión, los campos magnéticos son los encargados de confinar el plasma -un gas ionizado que alcanza temperaturas de más de 100 millones de grados- evitando que entre en contacto con las paredes del reactor. Cuanto más intenso es ese campo, más compacto puede ser el diseño de la máquina.

Los superconductores tradicionales ya se utilizan en proyectos como ITER, pero requieren temperaturas extremadamente bajas (cercanas al cero absoluto) y ocupan un gran volumen. Los superconductores de alta temperatura cambian las reglas:

• Operan en condiciones menos extremas.
• Soportan campos magnéticos más altos.
• Permiten fabricar bobinas más pequeñas y eficientes.

Más energía, menos coste

La combinación de tokamak esférico + superconductores de alta temperatura significa que, con un volumen hasta 20 veces menor al de ITER, se puede mantener el confinamiento magnético necesario para generar reacciones de fusión sostenidas.

Además, este enfoque reduce de forma significativa:

• Los costes de capital, al necesitar menos infraestructura.
• Los plazos de construcción, al simplificar la ingeniería de los sistemas magnéticos.

Como recalca García Muñoz en su presentación en Madrid, los HTS son un habilitador indispensable para que un diseño compacto no se quede en el plano teórico, sino que pueda convertirse en una planta de potencia real.

Un paso hacia la industria

Otra ventaja fundamental es que los superconductores de alta temperatura no son ya una tecnología de laboratorio. En los últimos años se han logrado avances en su fabricación industrial, lo que permite empezar a pensar en su integración en proyectos de energía. Esto los convierte en una apuesta realista para escalar la fusión hacia aplicaciones comerciales.

Triangularidad negativa: un posible “game changer” para la fusión

Si los tokamaks esféricos ofrecen un camino prometedor hacia reactores más compactos y eficientes, también traen consigo desafíos de ingeniería que no se pueden ignorar: la concentración extrema de calor en el divertor y la falta de espacio en el apilamiento central. Para Manuel García Muñoz, la clave para superarlos puede estar en una geometría del plasma poco convencional pero con resultados sorprendentes: la triangularidad negativa.

¿Qué es la triangularidad negativa?

En un tokamak, la sección transversal del plasma puede adoptar diferentes formas geométricas. Tradicionalmente, se ha empleado la triangularidad positiva, en la que el plasma tiene una forma más alargada hacia el exterior del toro. La triangularidad negativa invierte este perfil, dándole una forma opuesta.

Aunque fue explorada por primera vez en los años 80, esta configuración fue descartada durante décadas. Sin embargo, experimentos recientes en instalaciones como DIII-D (EE. UU.) o JET (Reino Unido) han reavivado el interés, mostrando mejoras en el rendimiento del plasma y en la distribución del calor.

Ventajas clave

García Muñoz explica que la triangularidad negativa aporta varios beneficios decisivos para los tokamaks esféricos:

• Mayor estabilidad del plasma: se reducen los niveles de fluctuaciones, lo que mejora la performance en el núcleo del plasma.
• Ausencia de ELMs (Edge Localized Modes): se eliminan estas inestabilidades transitorias que dañan las paredes internas del reactor.
• Mejor gestión del calor: el área del divertor que absorbe la potencia (divertor wetted area) se amplía, distribuyendo el flujo térmico de forma más uniforme y mitigando uno de los principales cuellos de botella de los tokamaks compactos.
• Mayor vida útil del reactor: al minimizar la interacción entre plasma y pared, se reduce el desgaste de los materiales y se prolonga la operatividad.

En palabras de García Muñoz:

“La triangularidad negativa puede ser un auténtico game changer para los tokamaks esféricos. Nos permite distribuir mejor la carga térmica y abrir nuevas posibilidades de diseño que antes parecían cerradas”.

SMART: el banco de pruebas sevillano para la fusión compacta

La estrategia Fusion2Grid no se queda en el terreno de la simulación o el diseño conceptual. En el Plasma Science and Fusion Technology Lab de la Universidad de Sevilla, Manuel García Muñoz y su equipo ya han puesto en marcha un dispositivo pionero en Europa: el SMART (SMall Aspect Ratio Tokamak).

SMART nace con una misión clara: validar en condiciones reales las tecnologías que harán posible el reactor compacto de Fusion2Grid. En particular:

• La triangularidad negativa, como configuración estable y eficiente del plasma.
• Las bobinas superconductoras de alta temperatura (HTS), que deben permitir campos magnéticos más intensos en espacios reducidos.
• La integración de un tokamak esférico de alto campo, diseñado para alcanzar temperaturas de fusión en un dispositivo mucho más pequeño.

Un laboratorio de validación

En SMART ya se han conseguido plasmas con triangularidad negativa y comparado directamente su comportamiento con plasmas de triangularidad positiva. Los resultados muestran:

• Menores niveles de fluctuaciones en el núcleo del plasma.
• Una distribución más amplia del calor en el divertor, reduciendo el riesgo de daños materiales.

Tal como subraya García Muñoz, esta evidencia experimental es fundamental para pasar de la teoría a la práctica y demostrar que un diseño compacto no solo es viable, sino también escalable.

Un diseño preparado para el futuro

SMART también está concebido como plataforma de ensayo de bobinas HTS, permitiendo probar de manera controlada la tecnología superconductora en un entorno real de tokamak. Este paso es esencial para garantizar que los materiales y configuraciones cumplen con los exigentes requisitos de estabilidad y fiabilidad que demanda un reactor comercial.

En palabras de García Muñoz, SMART es una prueba de concepto para el camino hacia el reactor compacto. No es un fin en sí mismo, sino el medio para validar que esta combinación tecnológica es el futuro de la fusión.

España en el mapa de la fusión

Con SMART, Sevilla se convierte en un nodo de referencia dentro de la comunidad internacional de fusión. El laboratorio, además de contribuir al avance científico, abre oportunidades industriales para España, al situar al país en la vanguardia de un sector estratégico que podría transformar el sistema energético global.

Una mirada al futuro: la fusión como realidad en la próxima década

La intervención de Manuel García Muñoz en el Future Trends Forum Fusion Forward deja un mensaje claro: la energía de fusión no tiene por qué ser una promesa a mitad de siglo. Si se combinan tecnologías conocidas –tokamaks esféricos, superconductores de alta temperatura y triangularidad negativa- y se avanza en paralelo en su desarrollo, podría conectarse a la red en menos de diez años.

Con el SMART Tokamak como prueba de concepto ya en funcionamiento en Sevilla, España se coloca en el mapa internacional de la fusión como un actor innovador, capaz de ofrecer soluciones propias y atractivas. Una contribución que, además de prestigio científico, puede abrir oportunidades industriales estratégicas en un sector llamado a transformar el futuro energético.

“Soy optimista. Si activamos en paralelo las tecnologías que faltan, la fusión no es un sueño para 2050, sino una realidad que podemos alcanzar en la próxima década”, concluye García Muñoz.

Este artículo es una parte del análisis que hemos realizado en el Future Trends Forum. El informe completo, Energía de Fusión: una revolución energética en marcha, recoge las aportaciones de más de veinte expertos internacionales y define los cinco ejes críticos para escalar la energía de fusión como motor climático, económico y tecnológico.

Descárgalo aquí y descubre en detalle cómo podemos construir hoy el sistema energético de mañana.