La búsqueda de energía de fusión —la fuente limpia y potencialmente ilimitada que podría poner fin a los problemas energéticos de la humanidad— inició como una respuesta a una interrogante que nos hemos planteado desde que levantamos por primera vez la vista al cielo.
A mediados del siglo 19, la teoría de selección natural de Charles Darwin cambió radicalmente la noción que teníamos de nuestro mundo. Pero la teoría tenía un problema. ¿Cómo pudo el Sol haber brillado durante tanto tiempo?, preguntó el físico Lord Kelvin. ¿Qué acaso no habría consumido su combustible mucho antes de que los humanos hubieran evolucionado?
Ninguno de los dos hombres vivió para conocer la respuesta: dentro de nuestro Sol, los elementos más ligeros se fusionan constantemente para formar otros más pesados, liberando enormes cantidades de energía.
“La reserva es prácticamente inagotable”, escribió el astrónomo Arthur Eddington en 1920. “Si tan solo se pudiera aprovechar”.
Un siglo después, un puñado de compañías de arranque asegura que estamos más cerca que nunca de hacerlo realidad.
En los próximos años, sus máquinas de fusión producirán más energía de la que consumen para funcionar, dicen estas compañías. Poco después, empezarán a generar electricidad para fábricas, centros de datos, plantas siderúrgicas y más, ayudando a la humanidad a dar un paso decisivo para alejarse de los combustibles fósiles, el calentamiento global y la contaminación del aire.
Inversionistas importantes, como Bill Gates, Jeff Bezos y Sam Altman, han apostado cientos de millones de dólares al potencial de la fusión.
Las startups no sólo están trabajando en el laboratorio. Están firmando acuerdos de preventa con clientes, desarrollando cadenas de suministro, cultivando una fuerza laboral y hablando con reguladores —los elementos que se necesitarán para que la fusión sea económica y práctica, no sólo un experimento.
Y, sin embargo, más cerca que nunca no necesariamente significa cerca. La historia de la fusión es un cementerio de plazos incumplidos y logros frustrados, estallidos de entusiasmo seguidos de decepciones.
La visión optimista es que las startups avanzan más rápido de lo que los laboratorios gubernamentales jamás podrían hacerlo. Pero la lección de más de medio siglo de investigación sobre fusión es que el fracaso ocurre de maneras que nadie anticipa, dijo Gerald Navratil, profesor de física del plasma en la Universidad de Columbia, en Nueva York.
Crear una estrella funcional en la Tierra podría parecer imposible si los científicos no hubieran llegado ya tan lejos en su intento.
Primero hay que calentar una ráfaga de gas a más de 100 millones de grados centígrados. Esto hace que el gas esté tan caliente que los electrones sean liberados de sus átomos. Tan caliente que el gas se convierta en plasma.
Con calor suficiente, los átomos comienzan a fusionarse, algo que no están muy dispuestos a hacer. Si se logra que el plasma se aferre a este calor durante el tiempo suficiente y a una presión lo suficientemente alta, se obtendrá más energía de la que se invirtió para calentarlo.
La fusión es lo opuesto al proceso de fisión que alimenta a las plantas nucleares. Los átomos no se dividen, se unen. El combustible básico no es uranio, sino hidrógeno extraído de agua del mar. No hay peligro de reacciones descontroladas y los residuos radiactivos son menos peligrosos. Hacer que eso suceda, y después controlarlo, es simplemente mucho más complicado.
El plasma supercaliente se mueve y se retuerce, por lo que hay que sujetarlo con firmeza, de lo contrario podría salir disparado y fundir nuestro equipo. O podría desmoronarse, ya que es frágil.
Dentro del Sol, la gravedad mantiene unido el plasma. En la Tierra, la gente utiliza imanes o láseres superpotentes.
A estas alturas, quizá ya se ha hecho: átomos se están fusionando; partículas de alta energía están saliendo disparadas del plasma. Nuestra máquina tiene que sobrevivir al golpeteo. También tenemos que poner a trabajar la energía, produciendo electricidad y manteniendo la reacción en marcha, todo sin perturbar al delicado plasma.
Echando mano de modelos informáticos, científicos ahora pueden simular, con extraordinaria fidelidad, cómo se comporta el plasma dentro de un reactor. Tales avances ayudaron al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California, a producir más energía de fusión que la energía en los rayos láser entrantes, durante un instante muy breve, en el 2022. También ayudaron a investigadores europeos a generar cantidades récord de energía de fusión en unas instalaciones en Gran Bretaña en el 2023.
No obstante, ir más allá requiere nuevas máquinas, que a su vez requieren cantidades estratosféricas de dinero. Se podría requerir nueva tecnología o nuevos materiales.
Recorra el enorme nuevo edificio de Commonwealth Fusion Systems en Massachusetts y al final se topará con el muro: unos 2.5 metros de concreto que envuelven el santuario más recóndito del edificio.
Pronto se montará una máquina colosal ahí. En un círculo alrededor de su núcleo se colocarán 18 imanes gigantes, cada uno lo suficientemente potente como para levantar un portaaviones. Cuando la máquina sea encendida, las fuerzas magnéticas en su interior serán tan fuertes como 10 cohetes pesados que despegan de la Tierra.
La máquina es una versión pequeña, pero mejorada, de un tokamak, el dispositivo de fusión con forma de dona del que científicos han construido veintenas desde los 60.
Desde su fundación por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en el 2018, Commonwealth ha recaudado más de 2 mil millones de dólares, más que cualquier otra startup de fusión. La máquina que está construyendo, SPARC, es un dispositivo de muestra.
Commonwealth busca que SPARC produzca energía neta, en lo que llama una versión comercialmente relevante, en el 2027. Señala que su próxima máquina, ARC, generará electricidad para clientes de pago a principios de la década del 2030. Este mes, Commonwealth anunció planes para construir su primera planta en Virginia.
Una de las razones por las que Commonwealth confía en alcanzar sus objetivos es que, en ciertos aspectos, SPARC es una máquina “conservadora”, incluso “aburrida”, explicó Bob Mumgaard, el director general de la compañía. Científicos han estudiado y construido tokamaks durante tanto tiempo que Commonwealth no necesita reinventar la máquina, salvo en unas cuantas áreas clave, dijo Mumgaard.
El resultado es que los empleados de Commonwealth pueden enfocarse en montar SPARC rápidamente, en lugar de esperar nuevos descubrimientos en el laboratorio. También se pueden concentrar en los imanes principales de SPARC, que lo distinguen de tokamaks anteriores.
Cada imán pesará 30 toneladas y tendrá alrededor de 320 kilómetros de cinta superconductora, que es cuidadosamente enrollada por máquina en bobinas ordenadas y densas, en un proceso que toma más de 120 horas.
Sin embargo, Commonwealth ya está dedicando la mayor parte de su energía creativa al ARC. Los científicos e ingenieros de la compañía están descubriendo cómo hacer que el plasma de ARC tenga menos probabilidades de agitarse y cómo evitar que las partes de la máquina se sobrecalienten.
También analizan si los materiales que están usando pueden soportar ser atravesados por partículas de alta energía y si será necesario complementarlos con materiales que aún no se han inventado.
La crítica contra los tokamaks es que son difíciles de construir, caros y un dolor de cabeza para desmontarlos y mantenerlos: de acuerdo con Mumgaard, construir SPARC terminará por costar unos 1.2 mil millones de dólares.
El tokamak más grande que se construye en la Tierra, un proyecto multinacional en Francia llamado ITER, se encamina a costar decenas de miles de millones de dólares y estará listo para experimentos hasta mediados de la década del 2030.
Pero la mayoría de las startups actuales no están construyendo tokamaks. Creen que pueden lograr la fusión de manera más barata y fácil usando otras máquinas, incluso si sus diseños varían en lo bien que los científicos han logrado que funcionen.
Type One Energy y Thea Energy trabajan en stellarators, similares a los tokamaks, pero con ondulaciones complejas.
Zap Energy, ubicada cerca de Seattle, Washington, fabrica dispositivos de fusión en los que se inyecta electricidad a filamentos de plasma. A menos de un kilómetro de ahí, Helion Energy trabaja en una máquina de fusión que dispara dos anillos de plasma uno contra el otro. Helion dice que comenzará a utilizar su tecnología para generar electricidad para Microsoft en el 2028.
“Va a ser muy interesante ver quién sigue en pie dentro de 10 años”, dijo Richard Magee, vicepresidente de investigación física en la compañía de fusión TAE Technologies, mientras mostraba el reactor de prueba del tamaño de un autobús de la firma en el sur de California.
Lo que preocupa a investigadores es lo mucho que prometen algunas startups de fusión y con qué rapidez. Incluso si sus plantas piloto tienen éxito, aún queda un largo camino por recorrer antes de que estén listas para satisfacer una parte importante de las necesidades de electricidad del mundo.
“Hay una enorme cantidad de publicidad exagerada”, declaró Steven Cowley, director del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton en Nueva Jersey. “Te preocupan las consecuencias cuando la gente no cumple”.
