«La fusión nuclear es intrínsecamente segura»: entrevistamos a Carlos Alejaldre, director general del CIEMAT
Energía

«La fusión nuclear es intrínsecamente segura»: entrevistamos a Carlos Alejaldre, director general del CIEMAT

La dilatada trayectoria profesional de Carlos Alejaldre ha discurrido siempre de la mano de la fusión nuclear. Cuando acabó la carrera, este físico español viajó a Estados Unidos para preparar su tesis, en la que indagó en una de las estrategias más prometedoras en la búsqueda de la tan ansiada fusión nuclear: el confinamiento inercial. Pero este fue tan solo el principio de su aventura.

Después de completar su formación en el extranjero, y de doctorarse en electrofísica por el Instituto Politécnico de Nueva York, regresó a España para liderar el grupo de trabajo del CIEMAT responsable del diseño y la construcción del reactor de fusión nuclear de tipo stellarator TJ-II. Esta máquina llevó a cabo las primeras pruebas con plasma en 1997, y aún hoy sigue en funcionamiento en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Fusión, en Madrid.

Su actividad en el ámbito de la investigación le ha llevado a publicar numerosos trabajos científicos en varias revistas especializadas, y también a pronunciar conferencias dedicadas a la fusión nuclear por todo el mundo. Además, durante nueve años ejerció como director general adjunto de ITER, el reactor de fusión nuclear experimental que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en la localidad francesa de Cadarache.

Desde 2018 Carlos Alejaldre ejerce como director general del CIEMAT, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas adscrito al Ministerio de Ciencia e Innovación. Como estáis a punto de comprobar, es un conversador estupendo, pero ante todo es un científico con una vocación didáctica muy profunda que no tiene ningún reparo en mojarse. Esto es lo que nos ha contado este experto en fusión nuclear.

España es el tercer país de la Unión Europea que más aporta a ITER

¿Cuándo comenzó España a interesarse por la fusión nuclear y cuándo nació el Laboratorio Nacional de Fusión?

El momento culminante llegó cuando CIEMAT se convirtió en un centro de investigaciones energéticas mucho más extenso que ya no se ocupaba únicamente de la fisión, sino de todas las fuentes de energía, especialmente de las de carácter renovable.

Carlosalejaldreretrato

En este contexto surgió un grupo de investigadores que previó que la fusión nuclear tenía mucho futuro por sus características científicas y tecnológicas, y en plena década de los 80 decidió comprar a la Universidad de California un pequeño reactor tokamak, el TJ-I. A partir de ese momento empezaron a trabajar con él entre diez y quince personas.

En aquel momento estaba claro que España estaba a punto de entrar en la Unión Europea, por lo que CIEMAT apostó por integrarse dentro del programa europeo de fusión nuclear. Y lo hizo hablando con los diferentes laboratorios europeos para ver qué oportunidades había dentro del programa europeo de fusión.

Durante aquellas conversaciones que tuvieron lugar en 1986 los responsables del grupo se dieron cuenta de que era muy interesante tener un experimento relevante, por lo que decidieron construir un reactor de fusión de tipo stellarator. La construcción del TJ-II comenzó en 1991, después de haber superado todos los exámenes y requisitos exigidos por el programa europeo.

¿Puedes cuantificar la contribución que están haciendo actualmente la ciencia y la tecnología españolas al diseño y la construcción del reactor experimental de fusión ITER?

La contribución europea a ITER asciende al 45% del total del proyecto. Fusion for Energy (F4E) es la organización de la Unión Europea que se responsabiliza de administrar la aportación de Europa a ITER, y su sede central está en Barcelona. Dentro de ese 45% del proyecto administrado por F4E, las empresas españolas ocupan el tercer lugar en la obtención de contratos licitados de forma abierta por detrás de Francia e Italia, y por delante, entre otros países, de Alemania. Esto refleja con claridad el peso que tienen la ciencia y la tecnología españolas en el ámbito de la fusión nuclear.

¿Qué proyectos concretos está desarrollando actualmente el CIEMAT en fusión nuclear, estén o no vinculados a ITER?

Tenemos varios grupos que están trabajando en colaboración con otros laboratorios en la puesta a punto de diagnósticos para ITER. Además, algunos de nuestros detectores están especializados en el análisis de las turbulencias del plasma, que es una de las áreas críticas de la fusión por confinamiento magnético. Esta es sin duda una de las grandes contribuciones que estamos haciendo tanto a ITER como a JET.

Además, al tener un reactor de tipo stellarator tenemos la flexibilidad de poder comparar los resultados que proceden tanto del mundo tokamak como del stellarator para identificar los parámetros físicos que son críticos a la hora de entender el comportamiento del plasma en una u otra máquina.

Parte Superior Tjii 2018
Este es el aspecto del TJ-II, el reactor de fusión nuclear experimental de tipo 'stellarator' que el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT tiene en Madrid. Actualmente está siendo utilizado por numerosos grupos de investigación.

Por otro lado, uno de los elementos críticos tanto en ITER como en DEMO es extraer la energía que se genera dentro del reactor, de manera que las paredes de la cámara de vacío pueden tener dificultades si al absorber la energía producen impurezas.

Es vital que seamos capaces de absorber todo el calor que se produce sin contaminar el plasma, y una de las soluciones que estamos considerando, y sobre la que estamos trabajando, consiste en utilizar metales líquidos. Gracias a la flexibilidad de nuestro reactor hemos podido poner a punto un experimento único en Europa que nos permite introducir en él este tipo de materiales para someterlos a un flujo intenso de partículas.

¿Está la ciencia española en el ámbito de la investigación en energía a la altura que le corresponde dado el nivel de inversión del Estado? ¿Los científicos tenéis los recursos que necesitáis para competir en este ámbito con los países de nuestro entorno?

Sí, estamos al nivel. En concentración solar, por ejemplo, somos líderes. Nuestro centro de Almería es único en Europa y creo, de hecho, que es el mayor centro de investigación especializado en esta tecnología del mundo.

Además, el impulso que en su momento dimos a la investigación en energía eólica ha permitido que España sea una de las mayores potencias industriales en esta área. Creo que en el ámbito de la investigación en energía nuestra ciencia es de primer nivel. Incluso en todo lo que se refiere a la fisión nuclear.

¿Tenemos suficiente dinero? Lo cierto es que hemos pasado una época muy dura en la que solo teníamos acceso al dinero necesario para sobrevivir. No obstante, este es el segundo año en el que tenemos un presupuesto de verdad, lo que quiere decir que no se trata de un presupuesto prorrogado con todas las limitaciones que ello tiene. Y ha habido un crecimiento importante.

Tj Ii
En el TJ-II el campo magnético toroidal se genera empleando 32 bobinas. El propósito de este reactor de fusión nuclear experimental es contribuir al estudio de la física del plasma.

Aun así, creo que no es suficiente. Tenemos que llegar a esa inversión pública del 1,25% del PIB, y dada la capacidad tractora que tenemos creo que se podrían identificar unos cuantos proyectos, como DONES, que pueden tener un impacto muy superior en el PIB. Pueden generar miles de empleos directos e indirectos.

Creo que estamos perfectamente capacitados para potenciar tanto la investigación básica como unos cuantos proyectos bien identificados que pueden tener un retorno importantísimo para nuestro país. Ahí es donde la industria se incorpora de una manera natural. Pero, eso sí, es necesario tener una visión de estado acerca de cómo vas a realizar y fomentar esa búsqueda de la excelencia. Hace falta que creamos de verdad que gastar el dinero en ciencia no es gastarlo; es invertirlo.

¿Qué opinión tienes acerca de la apuesta del Gobierno por dejar de contar con la energía nuclear? ¿Es una decisión acertada en el contexto actual en el que es necesario mitigar tanto como sea posible la emisión de gases de efecto invernadero?

En los años 90, cuando intentábamos traer ITER a España, daba una charla en la que justificaba las inversiones tan importantes que hay que hacer en fusión nuclear. Es dinero público, y por tanto es necesario demostrar a la gente que la inversión merece la pena.

«Si el objetivo es descarbonizar no utilizar la fisión nuclear no es una buena opción»

En aquel momento ya empezábamos a hablar del impacto climático que estaba teniendo la producción de energía debido a que a nivel mundial el 85% aproximadamente procedía de fuentes fósiles, y solo un 5% de la energía nuclear. Unos años más tarde, después de mi etapa en ITER, me pidieron que diese una conferencia y recuperé aquella charla para ponerla al día asumiendo que el mundo energético estaba cambiando, pero no había sido así. El uso de combustibles fósiles se había incrementado.

Queremos descarbonizar el mundo, pero este proceso no se está realizando de manera global a la velocidad necesaria. En este contexto la energía obtenida mediante fisión nuclear contribuye a la descarbonización, algo reconocido por la Unión Europea, por lo que si, efectivamente, el objetivo es descarbonizar, no utilizar la capacidad que tiene de manera inmediata la fisión nuclear no es una buena opción.

La urgencia climática es tal que tenemos que contar con todas las formas de generación de energía que no producen gases de efecto invernadero. Yo apostaría por la ampliación de la vida operativa de las centrales nucleares siempre que pueda llevarse a cabo con las mayores garantías de seguridad.

Iter
Este es el objetivo de ITER: producir 500 megavatios durante no menos de 500 segundos utilizando solo 1 gramo de tritio como parte del combustible y después de invertir unos 50 megavatios de energía en la ignición del reactor.

China es el gigante técnico y científico al que hay que mirar de reojo

China está demostrando tener un potencial científico y técnico enorme en disciplinas estratégicas como la computación cuántica o la exploración espacial. ¿Es la gran potencia a la que debemos mirar de reojo también en el ámbito de la fusión nuclear?

Desde luego. China está contribuyendo de una forma muy importante a ITER, y, además, ha iniciado la última fase de diseño de una máquina que promete producir energía eléctrica y en unos plazos que se pueden solapar con ITER. Este último es un proyecto faraónico, pero es un reactor experimental y no va a producir un solo kWh.

Sin embargo, es posible que en la década de 2040 China ya tenga una máquina de fusión capaz de producir electricidad. Probablemente no será mucha, pero es posible que demuestre la viabilidad de esta tecnología y su rentabilidad desde un punto de vista energético.

ITER se enfrenta a grandes desafíos, pero la apuesta por la fusión nuclear es sólida

¿Conseguirá ITER superar uno de sus mayores desafíos, que no es otro que demostrar que es posible estabilizar con éxito el plasma para sostener la reacción de fusión nuclear a lo largo del tiempo?

Yo tengo mucha confianza en que sí lo logrará. Los experimentos de JET en realidad nos están anticipando a pequeña escala lo que esperamos producir en ITER, y están demostrando que es posible obtener una cantidad de energía muy importante. JET ha duplicado los valores que obtuvo en 1997, y ahora es capaz de mantener unos diez u once megavatios térmicos durante cinco segundos.

Una de las innovaciones importantes es que la primera pared de la cámara de vacío es ahora igual que la que va a utilizar ITER, y es una muy buena demostración. Creo, en definitiva, que sí, que ITER cumplirá sus objetivos con creces. Desde un punto de vista tecnológico es un proyecto muy complicado, pero creo que demostrará que es posible obtener mucha más energía que la que es necesario suministrar al combustible para obtener la fusión.

Iterensamblaje
En esta fotografía podemos ver cómo varios operarios de ITER están ensamblando la segunda sección de la cámara de vacío del reactor (la primera ya está preparada para ocupar su lugar).

El neutrón de alta energía resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio es otro de los grandes desafíos a los que se enfrenta ITER, e introducir helio-3 en la ecuación es una forma de resolverlo. El problema es que en la Tierra es muy escaso y traerlo desde la Luna es muy complicado…

Exacto. La reacción en la que están involucrados el deuterio y el helio-3 no produce intrínsecamente neutrones de alta energía, pero es mucho más difícil de conseguir, y, efectivamente, hay que ir a la Luna a buscarlo. No obstante, también es muy interesante la reacción protón-boro debido a que únicamente produce partículas alfa, lo que nos permitiría generar energía eléctrica directamente y no necesariamente mediante un proceso térmico convencional.

Estas opciones ahora mismo están muy lejos, pero, aun así, yo creo que la fusión va a ser una de las fuentes de energía más importantes de este planeta.

En ese caso, ¿cuáles son las estrategias en las que estáis trabajando para lidiar con la irradiación de los materiales de la cámara de vacío del reactor debido a la acción de los neutrones de alta energía?

Se están diseñando toda una serie de aceros que, debido a su estructura, cuando se someten a estos flujos neutrónicos tan importantes solamente se activan durante periodos del orden de los cien años. Al cabo de ese tiempo se pueden reciclar. Aquí tenemos investigadores que están trabajando en esta área experimentalmente, y fundamentalmente para esto es para lo que necesitamos el proyecto DONES.

Nos permitirá poner a prueba estos materiales en situaciones reales con unos flujos neutrónicos de 14 MeV y durante años. Un experimento típico en DONES podrá durar uno o dos años durante los que se estarán irradiando de forma permanente esos materiales.

¿Qué posibilidades reales hay de que el proyecto IFMIF-DONES se lleve a cabo en Granada?

Yo creo que muchas. En este momento es el emplazamiento europeo. Si se construye en Europa se va a construir en Granada, y hay un consenso generalizado de que va a llegar a España. Estamos ya en las últimas fases del proceso de elección. Yo siempre digo que esto es un maratón, y creo que ahora estamos en el último kilómetro.

«Hay un consenso generalizado de que DONES va a llegar a Granada. Estamos ya en las últimas fases del proceso de elección»

Espero que pronto llegue la decisión final. Ahora estamos esperando los resultados de un grupo que está analizando qué contribución pueden realizar los diferentes países, pero CIEMAT junto con la Universidad de Granada ya estamos llevando a cabo en Granada muchos trabajos que van a ser válidos para el futuro DONES.

¿Son los reactores de tipo stellarator una alternativa atractiva al tokamak que está siendo utilizado en JET, y que será empleado en ITER?

A la larga creo que sí. Estas dos concepciones surgieron prácticamente al mismo tiempo (el tokamak en la Unión Soviética y el stellarator en Estados Unidos), y cuando se probó que la fusión nuclear por confinamiento magnético no tiene ninguna relación con las aplicaciones militares de la energía nuclear todo el mundo publicó sus resultados.

En ese momento se comprobó que los resultados del tokamak del Instituto Kurchátov eran uno o dos órdenes de magnitud mejores que los del stellarator de la Universidad de Princeton. A partir de ese momento todo el mundo se volcó en los reactores tokamak, y el stellarator quedó un poco marginado. Solamente hay un esfuerzo residual en Estados Unidos, Alemania sigue trabajando en él, Japón lo mantiene y Rusia hasta cierto punto también trabaja un poco en él.

Itercamara
En esta fotografía vemos una de las descomunales bobinas de campo poloidal de ITER. Es uno de los elementos que se responsabilizan de generar el campo magnético que se encarga de confinar el plasma.

La diferencia fundamental entre ambos diseños consiste en que en el tokamak necesitas generar los campos magnéticos por un lado con bobinas, y por otro lado lo induce el propio plasma. La ventaja de esta estrategia es que el reactor no es tan sensible a los defectos de construcción porque el propio plasma es capaz de ‘acomodarse’.

Sin embargo, en los reactores de tipo stellarator todo se hace mediante ingeniería. Todo se hace con bobinas. No hay corriente dentro del plasma. Si te equivocas y construyes mal, tu plasma no se confina. Aun así, sinceramente, yo creo que el futuro de la fusión magnética a largo plazo pasará por el stellarator, y no por el tokamak, porque resuelve con eficacia la disrupción que se produce cuando se desequilibran los campos magnéticos en este último.

El confinamiento inercial es una posible alternativa al confinamiento magnético

¿Qué opinas acerca del grado de desarrollo de la fusión nuclear mediante confinamiento inercial en la que está trabajando, entre otros centros de investigación, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos? ¿Llegará su aplicación comercial antes que la de la fusión mediante confinamiento magnético?

Creo que no va a llegar antes. El confinamiento inercial es muy similar a los explosivos termonucleares, lo que ha provocado que las instituciones que respaldan económicamente esta investigación sean mayoritariamente los departamentos de defensa de los países involucrados en su desarrollo, como Estados Unidos o Francia.

Una de sus ventajas fundamentales es que desde un punto de vista tecnológico el confinamiento inercial es más sencillo que el magnético, pero conlleva el desafío de concentrar de forma simétrica la energía de los láseres sobre la diminuta bola de combustible que aglutina el deuterio y el tritio.

Aun así, el laboratorio Lawrence Livermore parece haber dado con la tecla para obtener buenos resultados. Actualmente están actuando sobre una microbola de combustible cada ocho horas, pero para demostrar la rentabilidad energética del confinamiento inercial es necesario que sean capaces de actuar sobre diez bolas por segundo, y hoy no existe un respaldo tecnológico capaz de hacerlo posible.

Sin embargo, en el ámbito del confinamiento magnético este apoyo tecnológico sí está disponible. No obstante, hay ideas que se apoyan en la estrategia inercial para proponer otros métodos de compresión que podrían llegar a resolver este desafío, pero detrás de ellas están empresas privadas que no publican sus resultados.

La reacción de fusión nuclear es intrínsecamente segura

¿Por qué es la fusión nuclear inherentemente más segura que la fisión utilizada actualmente en las centrales nucleares?

Fundamentalmente lo es debido a que la cantidad de combustible que introducimos en un instante determinado en la cámara de vacío es muy pequeña, por lo que su capacidad de ejercer daño es muy limitada.

«Las condiciones para la fusión son tan extremas que cualquier desviación provoca que la reacción se apague por sí sola»

Además, las condiciones que necesitas para que se produzca la fusión de los núcleos de deuterio y tritio son tan extremas que cualquier desviación de las condiciones óptimas provoca que la reacción se apague por sí sola. Esta es una de las razones por las que se dice que la reacción de fusión es intrínsecamente segura. Si se produjese cualquier problema inevitablemente la reacción se detendrá.

En un reactor de fisión nuclear, sin embargo, tienes acumuladas varias toneladas de combustible con toda la energía que contiene, de modo que si algo va mal puede desencadenar problemas, como sucedió en Chernóbil.

En la fusión nuclear, además, no manejamos elementos radiactivos de vida larga y alta actividad, por lo que si se produjese una caída eléctrica o cualquier otra incidencia del tipo que sea la máquina puede resultar dañada, pero no se puede producir un accidente grave. Los ‘polvos’ de deuterio y tritio que se hayan podido generar quedan confinados en el interior de la instalación y no se exponen al medio ambiente.

El itinerario de EUROfusion prevé que si todo sale como está previsto la fusión nuclear comercial llegue durante la década de los 60. ¿Es una previsión plausible?

Si todo va como hasta ahora yo creo que es perfectamente plausible. En la década de los 40 se podrá iniciar la construcción de DEMO, y si todo va como está previsto en los 50 tendremos resultados de este reactor de fusión nuclear de demostración. Necesitas un cierto tiempo para que estas tecnologías se implanten, pero, en cualquier caso, en la segunda mitad de este siglo deberían estar preparadas las primeras centrales eléctricas equipadas con reactores de fusión nuclear.

¿Está destinada la fusión nuclear a convivir con las renovables? ¿O será por sí sola capaz de resolver nuestras necesidades energéticas?

Estoy convencido de que utilizaremos una combinación de ambas. La fusión tiene la capacidad de ser una energía de base, aunque es cierto que es una tecnología complicada, por lo que probablemente se iniciará en los países de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos), mientras que las energías renovables son mucho más fáciles de implementar. En cualquier caso, el problema energético es tan fuerte que necesitamos todas las soluciones eficaces a nuestro alcance para poder sobrevivir en este planeta.

Imágenes | CIEMAT

Temas
Inicio