Los escritores de ciencia ficción han estado promocionando la fusión como la tecnología utópica de producción de energía del futuro durante décadas. Después de todo, así es como funciona el sol, y eso ha estado produciendo energía durante 4.600 millones de años, y faltan unos 5.000 millones más antes de que se queme. Pero mientras la investigación avanza a buen ritmo para hacer realidad la producción de energía de fusión nuclear, hasta ahora nadie ha logrado la "energía neta", donde se produce más energía de la que se usa para crear la reacción. Ahora, TAE Technologies cree que llegará pronto, y la primera instalación comercial podría estar en el Reino Unido.
“Somos la compañía de energía de fusión pura más antigua”, dice R. David Edelman, Director de Políticas y Asuntos Globales de TAE Technologies. “Fuimos fundados en 1998 con un objetivo en mente: desarrollar la forma de energía de fusión más limpia y comercialmente viable”. El enfoque de TAE Technologies es utilizar boro-11 e hidrógeno en lugar de deuterio-tritio (dos isótopos de hidrógeno), que es el combustible más común para los reactores de fusión actuales, porque es el más fácil de fusionar.
“Uno de los desafíos que identificaron nuestros fundadores fue cómo convertir una reacción como esa en una fuente de energía comercialmente viable”, dice Edelman. "Hay una serie de ventajas asociadas con el boro-11 que no existen con algunos de los otros combustibles, específicamente que la reacción de fusión primaria no produce una carga de neutrones". Aunque la fusión en general no produce tantos neutrones como la fisión nuclear, siguen siendo partículas muy peligrosas para el cuerpo humano. "Cuando se trata de neutrones, se trata de un dispositivo que es más difícil de manejar, que podría tener que ser reemplazado, que podría necesitar ser limpiado, que es más difícil de operar".
Por eso TAE Technologies eligió hidrógeno y boro-11 como combustible. “Tendrías una máquina que sería costosa de construir en primera instancia, pero mucho más barata de operar y podría tener una vida útil mucho más larga”, dice Edelman. Sin embargo, este tipo de reactor de fusión requiere temperaturas mucho más altas que el deuterio-tritio. Para resolver este problema, TAE Technologies se escindió de la Universidad de California en Irvine, fundada por el Dr. Norman Rostoker, con la ayuda de Michl Binderbauer, quien ahora es el director ejecutivo.
Su idea fue casar la física de plasma tradicional con la física de partículas. Los aceleradores de partículas se utilizan para impulsar y sostener la reacción de fusión. Esto también genera un campo magnético, que contiene la reacción, en un proceso llamado Configuración inversa de campo (FRC). La temperatura de fusión significa que no se puede utilizar ningún metal como recipiente, se derretiría. En su lugar, se emplea una botella magnética. La mayoría de los reactores de fusión emplean imanes externos. “Lograr que los átomos se fusionen no es la parte difícil”, dice Edelman. “Hemos estado haciendo eso durante décadas. La parte difícil es mantener esa reacción lo suficientemente eficiente como para producir más energía de la que recibe. Cuando tiene un sistema como el nuestro que produce su propio campo magnético, de repente tiene un atajo para reducir la cantidad de energía que debe poner en el dispositivo. para obtener resultados de producción excepcionales”.
Hasta ahora, TAE Technologies ha construido cinco reactores experimentales, todos con sede en California. Actualmente, la empresa está construyendo una máquina experimental que puede superar los 100 millones de grados, que es lo que se requiere para la “energía neta”. Aquí es donde el reactor genera más energía de la que se está inyectando. “Nuestro último dispositivo, llamado Norman en honor a nuestro fundador, pudo alcanzar los 70 millones de grados, por lo que estamos a un 70 % del camino hacia ese hito”, dice Edelman. . “Solo se construyó para llegar a los 50 millones de grados, pero pudimos seguir presionando, por lo que somos muy optimistas. Hemos probado muchas de las condiciones centrales que nos permitirán alcanzar ese hito de energía neta en unos pocos años con nuestro próximo dispositivo, que se llama Copernicus”.
Un factor clave en el reactor de TAE Technologies es que su combustible de boro-11 es abundante y barato. “Está en la arena, está en el agua de mar”, dice Edelman. “Se puede extraer con gran facilidad y se necesita comparativamente poco para una reacción de fusión. De hecho, para alimentar una planta de energía de fusión a una escala típica, de 350 a 500 megavatios de salida, solo necesitaría unos cientos de gramos de boro para un año de funcionamiento”. Consultando con los proveedores científicos, en el momento de escribir este artículo, Sigma-Aldrich le venderá 5 g de óxido de boro-11B por $ 218, por lo que los costos del combustible de fusión serán insignificantes.
“Esa es una de las principales ventajas porque otros combustibles para la fusión, como el helio-3 y el tritio, son difíciles de conseguir”, dice Edelman. “Se trata de una minería muy compleja en lugares que son muy difíciles de explotar. El hidrógeno, el otro elemento de nuestro reactor, también es tremendamente abundante. No existe un monopolio nacional sobre el boro. Muchos países tienen abundantes suministros”. Esto contrasta con el material de uranio radiactivo utilizado por los reactores de fisión nuclear, que se concentra en ciertos países, como Australia, Kazajstán, Canadá y Rusia. También es caro y peligroso. "Hemos estimado que si todo el mundo funcionara con plantas de energía de fusión de boro, tendríamos más de 100,000 años de suministro terrestre antes de que siquiera comenzáramos a buscar en otra parte".
Esto nos lleva al papel del Reino Unido. Aunque hasta ahora TAE Technologies ha construido sus reactores en California, la empresa ha desarrollado una fuerte presencia en Gran Bretaña. “Somos uno de los empleadores privados de fusión más grandes del Reino Unido”, dice Edelman. “Tenemos más de 200 personas en West Midlands que están trabajando en lo que llamamos nuestro negocio Power Solutions. Estas son las fuentes de alimentación que ayudan a hacer funcionar nuestra máquina de fusión, pero también nuestros trenes de transmisión de energía eficientes y otras soluciones de almacenamiento de energía eficientes que se pueden usar en este momento para vehículos eléctricos, para que rindan más con la misma química de batería y hacerlos cargar más rápido.”
Estas no son necesariamente tecnologías de fusión directa, sino lo que Edelman llama "fusión adyacente": habilidades de producción que facilitarán la integración en un ecosistema comercial. La experiencia del Reino Unido en la que se centra TAE Technologies incluye áreas como las baterías que se pueden utilizar para el almacenamiento en red a escala de servicios públicos para fuentes intermitentes como la eólica y la solar. Sin embargo, el Reino Unido también tiene una sólida experiencia en fusión, como a través de Joint European Taurus (JET) en Culham, Oxfordshire y Spherical Tokomak for Energy Production (STEP) planeado para West Burton en Nottinghamshire.
“Los profesionales del sistema británico identificaron pronto que se necesitaba un régimen distinto para las plantas de energía de fusión y que el Reino Unido debería ser el primer país del mundo en promoverlo”, dice Edelman. “El Reino Unido tiene un talento excepcional en esto que puede conducir a un trabajo comercial de fusión de vanguardia y líder mundial. El Reino Unido se ha posicionado al frente del grupo para la primera planta de fusión comercial del mundo”. Esto incluye STEP, que apunta a la energía neta para la década de 2040.
La cadena de suministro fácilmente disponible en el Reino Unido reduce los costos para las empresas que desarrollan fusión en el país y también tiene beneficios de propiedad intelectual. “Hay mucha propiedad intelectual costosa en estos dispositivos”, dice Edelman. “Eso significa que las empresas como la nuestra no están muy interesadas en construirlas en lugares como China y, en cambio, estamos interesados en construirlas en lugares donde sabemos que no solo existe la experiencia necesaria, sino también el estado de derecho claro para proteger la propiedad intelectual central que tenemos”.
Esto ha llevado a TAE Technologies a considerar el Reino Unido para su primer reactor de fusión comercial de "energía neta", que suministra electricidad a la red. “Estamos mirando muy seriamente al Reino Unido para la primera planta de energía de fusión porque todos los factores que necesitamos están ahí para construir a un precio que pueda comenzar a mover la aguja hacia la independencia energética y el cero neto”, dice Edelman. Hay implicaciones de que esto será en West Midlands, donde están los otros intereses de TAE en el Reino Unido. Pero Edelman sigue sin comprometerse con la ubicación. “Nuestro equipo de suministro de energía está en West Midlands, pero hay muchos factores que influirían en la ubicación específica de una planta de energía de fusión”.
Sin embargo, Edelman es más optimista con respecto al cronograma, y estará muy por delante de STEP. “Esperamos tener una planta de energía de fusión, la primera de su tipo, en la red a principios de la próxima década”, dice. “No estamos hablando de 2040, estamos hablando de 2030, lo que significa que debemos comenzar a construir esa planta en la última parte de esta década, por lo que debemos tener una ubicación decidida a mediados de esta década. Luego, podemos comenzar a escalar eso hacia plantas de energía de producción en masa que se puedan poner en funcionamiento a gran escala y comenzar a reducir el costo de la energía de fusión a mediados de la década de 2030. Eso sería justo a tiempo para tener un impacto significativo en el clima porque si su primera planta de energía de fusión no está en funcionamiento hasta 2045, 2050 está a la vuelta de la esquina”.
“Fusion puede ofrecer energía de bajo impacto, cero carbono y efectivamente ilimitada producida a través de un triunfo de la ciencia”, concluye Edelman. “Puede hacer esto sin los inconvenientes de la mayoría de las otras fuentes de energía. Puede poner plantas de energía de fusión donde se consume la energía. No es necesario instalar una planta de energía de fusión en alta mar, o donde haga sol todo el tiempo, o encima de un depósito de minerales. Se puede colocar de manera segura dentro de los centros de población, lo que puede ahorrar el 20% de la electricidad generada que se pierde en la transmisión a larga distancia. Nuestro tipo de planta de energía de fusión puede ser muy compacta, solo unas pocas hectáreas. No necesita una gran zona de exclusión y los riesgos asociados con ella no son diferentes a los de cualquier instalación industrial. Fusion puede compensar la enorme brecha entre la energía que sabemos que necesitamos para 2050 y la energía que sabemos que se puede producir con bajas emisiones de carbono o sin carbono para 2050”. Y esa brecha podría comenzar a reducirse en el Reino Unido en algún momento de la próxima década.