Investigadores del MIT han creado el imán superconductor más potente del mundo capaz de hacer que por primera vez los reactores de fusión generen más energía de la que consumen
La búsqueda de una fuente de energía ilimitada y limpia acaba de dar un importantísimo paso adelante con la creación de un nuevo imán superconductor —el más potente del mundo— que requiere muy poca energía y que podría hacer viable por primera vez la fusión nuclear, la energía de las estrellas.
"Los retos para hacer realidad la fusión son tanto técnicos como científicos", afirma Dennis Whyte, director del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del MIT. "Es una fuente de energía inagotable y libre de carbono que se puede desplegar en cualquier lugar y en cualquier momento. Es realmente una fuente de energía fundamentalmente nueva".
La fusión nuclear se produce de forma natural en el Sol. Dos átomos se unen para formar uno más grande liberando enormes cantidades de energía en el proceso. En un reactor de fusión se replica esa reacción introduciendo en una cámara pequeños isótopos del hidrógeno, el deuterio y tritio, que se calientan hasta los 100 millones de grados y forman un plasma. Para contener este plasma y evitar que quede suspendido o entre en contacto con algún sólido, se utilizan potentísimos imanes.
Otros reactores tokamak de fusión nuclear como los que usa el ITER en Francia, el EAST chino, o el reactor retorcido alemán, el Wendelstein 7-X, tienen el problema de que para conseguir el campo magnético necesario para contener el plasma tienen que crear estructuras enormes. Además, por ahora gastan más energía de la que generan, lo que los hace poco viables para la explotación comercial. El nuevo imán promete revertir esta situación y conseguir producir energía neta positiva, lo que nos acerca más que nunca a la viabilidad de esta nueva forma de energía.
Un imán revolucionario
Los investigadores del MIT y sus socios en este proyecto, la compañía Commonwealth Fusion Systems (CFS), han pasado los últimos tres años trabajando en este imán para utilizarlo en un dispositivo de demostración llamado SPARC. Su previsión es que el sistema esté listo en 2025.
El imán utiliza superconductores a alta temperatura que permiten un campo magnético mucho más intenso en un espacio más reducido. Además, según afirma Dennis Whyte, director del PSFC (Plasma Science and Fusion Center) del MIT, consigue esto consumiendo solo unos 30 vatios de energía. En comparación, otros imanes conductores de cobre que se utilizan tradicionalmente y que el MIT había probado en sus instalaciones pueden alcanzar los 200 millones de vatios.
Según afirman los investigadores, la idea para el diseño del nuevo imán surgió durante un clase de ingeniería nuclear donde Whyte era profesor. Un nuevo material superconductor, que tenía la forma de una cinta plana, acababa de salir al mercado. Este material es capaz de conseguir en un espacio reducido grandes campos magnéticos que hasta ahora solo podían producirse en estructuras 40 veces más grandes.
Martin Greenwald, director adjunto e investigador principal del PSFC, sostiene que, a diferencia de otros diseños de experimentos de fusión: "el nicho que estábamos cubriendo era el de utilizar la física del plasma convencional y los diseños e ingeniería convencionales de los tokamak, pero aportando esta nueva tecnología de imanes. Por tanto, no necesitábamos innovar en media docena de áreas diferentes. Nos limitábamos a innovar en el imán y a aplicar el conocimiento aprendido en las últimas décadas".
Pasar de la fase de diseño al producto terminado les llevó tres años en los que tuvieron que establecer nuevas cadenas de suministro y la elaboración de métodos de fabricación de imanes a gran escala.
"Empezamos con un modelo físico y un diseño CAD, y trabajamos con mucho desarrollo y prototipos para convertir un diseño en papel en este imán físico real”, asegura Joy Dunn, jefe de operaciones de CFS. Que también afirma que esto les llevó a poner en marcha nuevas capacidades de fabricación y a crear instalaciones para realizar sus pruebas.
Cada imán, aseguran, está compuesto por 16 placas apiladas. Durante las pruebas, el nuevo imán se fue modificando gradualmente hasta alcanzar un campo magnético de 20 teslas, lo que según los investigadores, supone la mayor intensidad de campo jamás alcanzada por un imán de fusión superconductor de alta temperatura.
"Ahora soy realmente optimista en cuanto a que SPARC pueda conseguir energía neta positiva, basándome en el rendimiento demostrado de los imanes", dice Maria Zuber, vicepresidenta de investigación del MIT. "El siguiente paso es ampliar la escala, construir una central eléctrica real. Todavía quedan muchos retos por delante, entre los que destaca el desarrollo de un diseño que permita un funcionamiento fiable y sostenido. Y teniendo en cuenta que el objetivo es la comercialización, otro gran reto será el económico. ¿Cómo se diseñan estas centrales para que sea rentable construirlas y desplegarlas?"
