Costa Rica produce plasma: la solución energética definitiva
El estado de la materia más abundante en nuestro universo visible es el plasma y en las estrellas, incluido el sol, se dan reacciones que generan grandes cantidades de energía. En la tierra hay científicos que han logrado recrear las condiciones de los astros dentro de un dispositivo; algo así como un sol artificial.
Después de seis años de investigación, el Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC) dio a luz a uno de estos dispositivos, el Stellarator de Costa Rica 1 (SCR-1): una máquina capaz de producir plasma y que le permitió incorporarse en la carrera global en busca de la fusión nuclear, la solución óptima para el abastecimiento energético mundial.
Solo seis países han desarrollado un dispositivo como este. Con cada disparo de plasma del SCR-1, el TEC posiciona a Costa Rica dentro de una investigación internacional que desde hace más de cinco décadas intenta obtener una reacción que produzca la energía más limpia, segura y eficiente posible.
“La matriz energética mejorará a nivel global. Llegará un punto en que la forma en que estamos produciendo energía actualmente no va a ser suficiente para la demanda. La fusión va a poder suplantar esa demanda”, explicó Jaime Mora, Director de Ingeniería del Laboratorio de Plasmas para Energía de Fusión y Aplicaciones del TEC.
Los científicos esperan que en algunas décadas podremos emplear el plasma para obtener una energía totalmente limpia y sin gases de efecto invernadero, pero todavía hace falta superar algunos retos tecnológicos y de ingeniería.
Entender cómo se produce el plasma es sencillo. Recordemos un experimento escolar: si le aplicamos calor suficiente a un cubo de hielo se convierte en líquido; si al líquido lo seguimos calentando se evapora. Una vez que se tiene el gas se le aplica más calor y llegamos al cuarto estado de la materia, el más abundante en nuestro universo visible: el plasma.
¿Cómo funciona el Stellarator que construyó el TEC? Se introducen moléculas de hidrógeno y se calienta lo suficiente hasta obtener plasma. Este puede llegar a la temperatura de 300.000 grados Celsius o más; 54 veces más que la temperatura de la superficie del sol que está aproximadamente a 5.500 grados.
Fusión nuclear
Mientras que en estrellas como el sol la fusión nuclear ocurre gracias a su enorme gravedad, en la Tierra los científicos buscan que los átomos se carguen de energía, de modo que aumente la probabilidad de que choquen (y generen así fusión nuclear). El plasma es ideal para esto.
Esta fusión –la misma que se da en las estrellas– se produce por el choque entre núcleos de átomos de hidrógeno. Para ser exactos: la interacción se da entre un átomo de tritio y uno de deuterio (ambos son isótopos del hidrógeno, esto quiere decir que tienen diferente cantidad de neutrones y, por lo tanto, pesan diferente).
Este choque hace que estas partículas se unan y generen energía. Los átomos deben exponerse a una temperatura de casi 150 millones C° para que se logre la reacción, explicó Mora.
Este esfuerzo no es aislado. En Francia se está llevando a cabo el proyecto del reactor experimental de fusión ITER; el primer reactor termonuclear del mundo que busca hacer fusión por el tiempo necesario para que se llegue a producir más energía de la que se inyecta. ITER se está construyendo con la colaboración de varios países como China, Estados Unidos, India, Japón, entre otros.
Los expertos consultados por Ojo al Clima estiman que llevará aproximadamente 30 años para que concluya el proyecto ITER y pasar a otra etapa de investigación, con el objetivo de llegar a que la fusión pueda ofrecer energía de manera comercial.
Solución energética
Según la página del experimento ITER, la demanda energética se habrá triplicado al final del siglo debido al crecimiento de la población, la urbanización y el acceso a energía en los países desarrollados.
Basta un argumento para demostrar por qué la fusión promete ser la solución energética del futuro: el hidrógeno, utilizado para la fusión, es el elemento más abundante del Universo.
La fusión ofrece una serie de beneficios ambientales que la hacen idónea para enfrentar la demanda energética. De forma controlada produce casi cuatro millones de veces más energía que reacciones químicas como la quema de carbón, petróleo o gas.
¿Por qué tenemos un concepto de que la energía nuclear es peligrosa? Es posible que se vengan a la mente tragedias como la que sucedió en Chernobyl, cuya tecnología funcionaba con fisión nuclear.
A diferencia de esta, la fusión no genera material radioactivo y si en el procedimiento se produce alguna perturbación, el plasma se enfría en cuestión de segundos y la reacción se detiene.
Laura Barillas, ingeniera electromecánica e investigadora del Laboratorio de Plasma del TEC, explicó que es un sistema eficiente pues la materia prima se utiliza calculando lo necesario para dar los procesos de fusión.
Lo que en el proceso podemos llamar “desecho” es helio, un gas inofensivo para el medio ambiente y la salud humana y con un sinfín de usos industriales.
Retos
Los principales retos son lograr contener esta especie de sol dentro de un dispositivo y asegurar que las reacciones en la tierra se den de manera logren simular las condiciones que permiten su existencia en las estrellas.
“A nivel mundial la etapa en la que nos encontramos es la de desarrollar desde el punto de vista de ingeniería estos dispositivos; mejorarlos. Aparte de eso entender qué es lo que pasa en el plasma, cómo funciona y cómo lo podemos confinar mejor”, explicó Mora.
Es importante tener claro que ni el SCR-1 ni ITER van a llegar a producir energía para fines comerciales. Ambos proyectos se consideran máquinas para producir conocimiento e ir avanzando por el camino correcto para producir energía por medio de la fusión nuclear.
