¿Cuándo dejará la fusión nuclear del petróleo y el gas fuera del negocio?

Esta temporada navideña es un tiempo de agradecimiento y esperanza por los imponentes saltos que se están dando en la ciencia:

En primer lugar, El príncipe William, quien fundó el Premio Earthshots, anunció premios en Boston en 2022. Una categoría se llamó Revive Nuestros Océanos. El ganador fue un grupo llamado Mujeres Indígenas de la Gran Barrera de Coral. El Arrecife ha estado bajo ataque y los ganadores están comprometidos con su defensa. Trabajan para proteger playas y tortugas y preservar pastos marinos que capturan diez veces más CO2 que los bosques amazónicos. Utilizan conocimientos ancestrales aborígenes y utilizan herramientas modernas como drones para monitorear los cambios en el coral del arrecife, así como los incendios forestales en el interior.

En segundo lugar, durante 20 años, el Departamento de Energía de EE. UU. ha financiado el concepto y el desarrollo de un reactor nuclear modular pequeño (SMR) denominado módulo de potencia NuScale. Más seguro, más barato, escalable y libre de carbono son las ventajas. Es el único SMR que recibió la aprobación de diseño de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC). Con menos de 100 pies de altura, el módulo es un cilindro de 15 pies de ancho que se encuentra en un baño de agua debajo del nivel del suelo. Puede producir 77 megavatios de electricidad que pueden alimentar 60,000 hogares. El objetivo es estar en funcionamiento en Idaho para 2029.

En tercer lugar, el establecimiento médico tiene un gran avance en el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. El método extrae las células T, que son parte del sistema inmunológico que combate el cáncer, fuera del cuerpo para modificarlas genéticamente, utilizando la técnica CRISPR, y luego reinyectarlas nuevamente en el cuerpo como una "droga viva". Usando CRISPR, las células T pueden ajustarse con precisión y volverse más letales en su ataque a células cancerosas particulares.

Estas células T "listas para usar" se pueden fabricar en grandes cantidades rápidamente utilizando CRISPR, en lugar de tener que esperar semanas o meses antes. El 12 de diciembre de 2022, el Dr. McGuirk, de la Universidad de Kansas, anunció los resultados del ensayo que fueron sorprendentemente buenos y abrieron una nueva puerta al tratamiento del cáncer: los tumores se habían reducido en el 67 % de 32 pacientes con cáncer de linfoma. El 40% de los pacientes lograron la remisión completa. Existe un gran entusiasmo por el potencial de esta técnica para curar muchos otros tipos de cáncer.

El cuarto es un gran avance en la fusión nuclear que es bastante sorprendente.

Avance de la fusión nuclear.

En el siglo pasado, el siglo más grande de la física, uno de los descubrimientos fue la fisión nuclear. Cuando un átomo pesado como el plutonio se rompe, se pierde una pequeña cantidad de masa y reaparece como una gran cantidad de energía, porque E = mc^2, donde c es la velocidad de la luz y un número muy grande.

Bajo la amenaza de que Alemania desarrollaría una bomba de reacción en cadena basada en esta reacción, el gobierno de EE. UU. invirtió una enorme cantidad de fondos en la construcción de una bomba de fisión en Los Alamos, Nuevo México, no lejos de donde vivo. Se probó en el desierto de White Sands, al sur de Albuquerque, y finalmente se usó para poner fin a la guerra con Japón.

La aplicación comercial condujo rápidamente a reactores nucleares del tamaño de una red en diferentes países. Algunos tuvieron éxito: Francia obtiene el 70 % de su energía eléctrica de 56 reactores nucleares, mientras que EE. UU. obtiene alrededor del 20 % de su energía de 93 reactores nucleares.

Pero el éxito es difícil cuando ocurren accidentes terribles, como Chernobyl, Rusia, en 1986 y Fukushima, Japón, en 2011, y la preocupación siempre presente sobre la eliminación de desechos nucleares en los EE. UU.

Una reacción nuclear hermana es cuando dos núcleos de hidrógeno se ven obligados a fusionarse en helio superando las fuerzas de repulsión y una vez más se libera una enorme cantidad de energía. Esta fue la base de las pruebas de bombas de hidrógeno estadounidenses en el Pacífico Sur (Atolón Bikini) en la década de 1950 antes del tratado de prohibición de pruebas de 1963.

La aplicación comercial de la fusión nuclear se ha buscado durante décadas desde entonces. Por ejemplo, un esfuerzo se basa en los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, donde el plasma cargado caliente está confinado por campos eléctricos. La idea era confinar, comprimir y calentar el plasma (entrada de energía) hasta que los núcleos de hidrógeno se fusionaran (salida de energía). Pero la entrada de energía siempre fue mayor que la salida de energía.

Otra aplicación comercial fue en el Laboratorio Lawrence Livermore en el área de la Bahía de San Francisco en California. Aquí Se utilizaron 192 láseres para confinar, comprimir y calentar el plasma haciendo estallar una bolita de isótopos mixtos de hidrógeno de un millón de dólares. Los resultados fueron siempre los mismos, hasta ahora. Anunciado en la semana que finalizó el 1 de diciembre de 16, la salida de energía (2022 megajulios) fue mayor que la entrada de energía (3.1 megajulios) por primera vez. Es un auténtico avance. La temperatura alcanzada fue de 2.1 millones de grados C.

Poniendo esto en perspectiva.

En primer lugar, la entrada de energía frente a la salida de energía es demasiado simple, porque para encender los láseres se requiere una energía mucho mayor: 400 megajulios. Ver referencia 1.

En segundo lugar, la historia de éxito fue sobre un solo evento: un encendido por fusión. Para estar cerca de la práctica, se requerirían muchos, muchos eventos de fusión por minuto, y se necesitaría un láser que sea miles de veces más poderoso. Además, el costo tendría que ser un millón de veces más barato (Ref 1). En una palabra, este éxito, aunque inspirador, no está ni remotamente cerca de siquiera imaginar una aplicación práctica.

Así que no es barato ni práctico, pero produciría energía de alta intensidad y sería libre de carbono.

La energía de fisión nuclear es un millón de veces más poderoso que cualquier otra fuente de energía en la tierra. Y esta es una gran razón por la que se han realizado inversiones en países como Francia y EE. UU. para construir decenas de plantas de energía nuclear.

La fusión nuclear genera de 3 a 4 veces más energía que la fisión nuclear. Esa es una parte del sueño. Otra parte del sueño de la fusión es que no hay productos de desecho nuclear que eliminar, productos de desecho que pueden tardar cientos o miles de años en descomponerse. Una tercera parte es que la fusión no es una reacción en cadena, por lo que el peligro de reacciones y explosiones nucleares fuera de control es inexistente.

Dado que la generación de electricidad es responsable de aproximadamente un tercio de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, la parte final del sueño es que las plantas de fusión nuclear se dispersen por todo el país para proporcionar energía eléctrica libre de carbono de alta intensidad.

Pero recuerda, es sólo un sueño. A pesar de sus ventajas, la fusión nuclear libre de carbono no hará que la industria del petróleo y el gas quede fuera del negocio para 2050 y tal vez ni siquiera para 2100.

Para llevar.

La humanidad ha replicado la fuente de luz y calor del sol. A unos 15 millones de grados C, el interior gaseoso del sol se comprime bajo una tremenda presión: una cucharadita pesa 750 g o 1.65 libras. ) es una hazaña impresionante.

Pero la fusión nuclear no está ni remotamente cerca de siquiera imaginar una aplicación comercial.

Entonces, ¿por qué estamos gastando mucho dinero en investigarlo? Porque eso es lo que hacen los países avanzados. Construyen telescopios como el James Webb y los instalan en satélites para estudiar el universo. Construyen cohetes para llevar hombres y mujeres a la luna. Construyen pistas de carreras magnéticas para acelerar los protones a la velocidad de la luz antes de que choquen y revelen en los fragmentos partículas subatómicas escurridizas como el bosón de Higgs.

La política juega un papel importante a la hora de decidir dónde se distribuye el apoyo gubernamental y los fondos para la ciencia. Afortunadamente, como se informó anteriormente, existen muchos ejemplos de países que utilizan la ciencia para resolver problemas apremiantes que benefician directamente a la humanidad.

Referencia 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 de diciembre de 2022.