Impulsada por miles de millones de dólares, la fusión nuclear entra en una nueva era

Habiendo recaudado más de $ 3 mil millones en 2021 de personas como Bill Gates y Jeff Bezos, los desarrolladores de fusión insisten en que esta fuente de energía sin carbono podría ser una realidad dentro de una década.

Está claro que la fusión nuclear puede funcionar a escala, solo mire las estrellas. Durante 70 años, los físicos han soñado con embotellar esa energía estelar en forma de reactores de fusión que alimentarían la red eléctrica con las mismas reacciones ilimitadas sin carbono que hacen brillar el sol. Este Santo Grial se ha anunciado durante mucho tiempo como a solo 20 o 30 años de distancia, pero los fanáticos de la fusión se han negado a renunciar a la fe. Y por una buena razón. La fusión (rompiendo átomos de hidrógeno en helio) promete energía eléctrica ilimitada sin carbono con cero riesgo de fusión y prácticamente ninguno de los desechos radiactivos asociados con las centrales nucleares existentes que funcionan con fisión (la división de los átomos de uranio en elementos más pequeños). 

El sueño inspiró a Ajay Royan, cofundador de Mithril Capital (con el multimillonario Peter Thiel), quien en 2013 invirtió por primera vez 2 millones de dólares en Helion Energy, con sede en Redmond, Washington, para poder construir un prototipo de máquina de "potencia de pulso repetitivo". Mithril ha invertido en Helion desde entonces, incluida su reciente ronda de $ 500 millones (valorando la compañía en $ 3 mil millones), con la promesa de $ 1.7 mil millones más si el séptimo prototipo de la compañía funciona como se esperaba. La ronda de Helion fue dirigida por Sam Altman de Y Combinator. 

El año 2021 fue importante tanto para el financiamiento como para las proyecciones de fusión, ya que los desarrolladores recaudaron más de $ 3 mil millones para financiar su próxima ronda de máquinas, y algunas ahora prometen una fusión comercialmente viable en solo cinco años. Royan está feliz de ver que la fusión recibe más atención; "Seguro que 2021 puede ser un punto de inflexión para la fusión según Google Analytics, pero el verdadero punto de inflexión ocurrió hace una década cuando la electrónica de potencia superó un umbral". 

El director ejecutivo David Kirtley explica que el trabajo inicial de I + D detrás de Helion se realizó en laboratorios federales, de los cuales Helion se separó en 2013. Liberado de la burocracia federal de I + D, Helion ha estado construyendo nuevos prototipos uno tras otro desde entonces. “La mentalidad de startup no es agradable, es un requisito. y en lo que nos hemos centrado desde el principio ”, dice Kirtley.

En 2020, Helion completó su sexto prototipo de reactor, denominado Trenta. Ahora está construyendo una séptima, Polaris, mientras que ya diseña la octava, Antares, que Kirtley pretende ser la primera máquina de fusión en producir más energía de la que consume. Además de la iteración rápida, Helion se beneficia de la experiencia local. Está construyendo la máquina Polaris en Everett, Washington, cerca de las fábricas más grandes de Boeing, donde pueden aprovechar un acogedor ecosistema de ingenieros contratados y fabricantes de precisión. Kirtley dice que pasan las mañanas retocando, actualizando sistemas y encendiendo condensadores. “Todas las tardes a las 3 pm comenzamos a hacer fusión”.

Para comprender el enfoque de Helion, primero considere la repulsión magnética que ocurre cuando intenta forzar los polos positivos de dos imanes de barra juntos. Es el principio que habilita la tecnología "mag-lev", como los famosos trenes bala de Japón, que utilizan la repulsión magnética para flotar sobre un colchón de aire. 

Los investigadores de la fusión durante décadas han buscado idear los electroimanes más fuertes del mundo, con los que diseñan cámaras de reacción con campos magnéticos tan fuertes que pueden contener y comprimir una corriente inyectada de protones cargados positivamente en una bola de plasma tan caliente que se fusionan en helio. 

En el nuevo sistema de Helion, la energía liberada en las reacciones de fusión empuja continuamente contra su campo de contención magnético, que empuja hacia atrás, provocando oscilaciones ("como un pistón", dice Kirtley) que generan una corriente eléctrica, que Helion captura directamente desde el reactor. . (Para obtener más información, lea sobre la ley de inducción de Faraday). 

Royan de Mithril dice que quizás el mayor atractivo del método de generación de electricidad directa de Helion es su simplicidad. Otros enfoques de fusión tienen como objetivo generar calor para hervir agua y hacer funcionar turbinas de vapor, que producen electricidad, como en las centrales nucleares tradicionales. “Podemos hacerlo sin turbinas de vapor ni torres de enfriamiento. Nos deshacemos de la planta de energía ". 

Sin duda, Kirtley comprende el escepticismo de la fusión, especialmente en torno a su horario agresivo. Comenzó su carrera en el campo de la fusión, inspirado por los científicos de los laboratorios nacionales en la década de 1960 que hicieron grandes avances en la contención magnética (compitiendo con los científicos rusos para diseñar reactores en forma de rosquilla llamados tokamaks) incluso antes de la invención de los transistores. Pero Kirtley perdió la fe después de determinar que los primeros enfoques simplemente no podían evolucionar lo suficientemente rápido como para producir una solución comercial, por lo que se puso a trabajar en la propulsión avanzada de naves espaciales utilizando chorros de plasma controlados por electroimanes. Regresó al campo en 2008 para ayudar a comercializar la tecnología de Helion. 

Con el tiempo, prevé fabricar generadores de fusión en una fábrica. Un sistema de escala de 50 mw, empaquetado en tres unidades del tamaño de un contenedor de envío, proporcionaría energía a 40,000 hogares. "En 10 años tendremos electricidad comercial a la venta, seguro". 

Eso coloca a Helion en una carrera con Commonwealth Fusion Systems, una empresa derivada del MIT, con sede en Boston, que recaudó 1.8 millones de dólares de inversores como Bill Gates y George Soros. El CEO Bob Mumgaard dice que tendrán un reactor en funcionamiento en 6 años. Su optimismo se ve reforzado por la exitosa prueba de verano de Commonwealth de nuevos electroimanes diseñados con superconductores hechos de óxido de cobre y bario de tierras raras. 

Mumgaard dice que estos imanes superpoderosos permitirán a Commonwealth perfeccionar su enfoque de fusión algo más tradicional de construir un reactor "tokamak" en forma de rosquilla, que Mumgaard llama una "gran botella magnética" donde poderosos campos magnéticos controlan bolas de plasma de 100 millones de grados - " materia estelar." 

Hay aproximadamente 150 tokamaks en todo el mundo; el más grande está en construcción en Francia por $ 30 mil millones por un consorcio internacional llamado ITER. Está previsto que la máquina de 20,000 toneladas, del tamaño de una arena de baloncesto, esté lista para el 2035. 

Pero Mumgaard tiene la intención de Commonwealth Fusion para hacer que ITER sea obsoleto incluso antes de que se complete. Su ventaja está en la aplicación de superconductores de "alta temperatura" hechos con óxido de cobre y bario de tierras raras (también conocido como ReBCO). 

Los superconductores mueven la corriente eléctrica con una pérdida prácticamente nula (mucho más eficiente que el cobre, por ejemplo). Y son clave para fabricar potentes electroimanes. Commonwealth ha descubierto que al fabricar sus imanes con una cinta especial de óxido de cobre y bario (como la cinta que se encuentra en un casete VHS) puede lograr campos magnéticos más potentes que los anticipados en ITER, pero a una veintena de la escala. 

Mientras que los imanes primarios de ITER (llamados solenoides) pesarán unas 400 toneladas y alcanzarán campos más fuertes que 12 tesla, Commonwealth está considerando imanes de 15 toneladas, cada uno con 300 km de cinta de película delgada ReBCO, que generarán 20 tesla (en comparación, un La máquina de imágenes por resonancia magnética hace 1.5 tesla). 

“Esto desbloquea la máquina de fusión”, dice Mumgaard. CES probó los imanes el verano pasado y lo declaró "prueba" de que la ciencia de la fusión estaba ahora prácticamente completa y todo lo que queda es construir el reactor. "Entendemos bien el material y creemos que podemos hacer esto en tres años", dice Mumgaard. "Para el 2030 veremos la fusión en la red". 

CES está listo para construir su máquina de fusión en un sitio de 47 acres en Massachusetts y ya está trabajando para obtener miles de kilómetros de cinta ReBCO. ¿Podría la disponibilidad de tierras raras convertirse en un factor limitante en el despliegue de la fusión? No, dice Mumgaard. “Una planta de fusión tendrá menos tierras raras que una turbina eólica. Fusion no se trata de un recurso que necesite extraer o bombear. Se trata de una tecnología ". 

Debería haber espacio para más de un ganador de fusión. Otros líderes incluyen a General Fusion, con sede en Canadá y respaldado por Jeff Bezos, que recaudó 130 millones de dólares este año. Otros multimillonarios notables en el juego de la fusión son Neal y Linden Blue, propietarios de General Atomics, con sede en San Diego, que durante décadas ha operado un tokamak de investigación en nombre del DOE, y que este año entregó a ITER las entrañas de sus electroimanes tokamak: un solenoide central de 1,000 toneladas. Y está TAE Energy of California, que ha estado experimentando con $ 1 mil millones durante la última década y recaudó $ 130 millones durante la pandemia.

Es posible que la tecnología de fusión haya comenzado en laboratorios financiados por el gobierno, pero su realización tendrá que depender de la financiación privada. Amy Roma, socia de Hogan Lovells en Washington, DC, dice que el proyecto de ley Build Back Better, ahora en el limbo, habría incluido $ 875 millones para energía nuclear avanzada, pero por ahora, la industria tendrá que conformarse con una nueva oficina de demostración de reactores avanzados bajo el Departamento de Energía, financiado por la reciente Ley de Infraestructura. La energía nuclear de cero carbono también se beneficiaría de la reciente orden ejecutiva del presidente Biden que pide que las compras de energía del gobierno federal sean "netas cero" para 2030. 

El legendario inversor en tecnología Steve Jurvetson, un patrocinador de Commonwealth Fusion que hizo su primer cheque para la investigación de la fusión hace 25 años, está casi mareado de que este sueño postergado por mucho tiempo pronto se convierta en realidad. “Hay muchos detractores hasta que se hace. Entonces dicen que es obvio ". 

Royan de Mithril dice que ya está trabajando para ajustar su marco y considerar qué tan diferente se verá el mundo cuando la fusión sea real: “Piense en las oportunidades para la desalinización de agua y la producción de fertilizantes. Esto altera fundamentalmente la economía del agua de la noche a la mañana y, por lo tanto, la economía de la agricultura ". Todo es parte del camino de la humanidad, dice, "seguir demostrando que Malthus era un idiota". 

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