10 agosto 2006

Elogio de la fusión: lo general

La solución a la demanda energética existe aunque hay que ser un buen malabarista para manejarla

Ya sabemos que la factura de nuestro consumo energético no es sólo monetaria. El uso de los recursos no renovables es, por pura definición, insostenible, lo que descarta a medio plazo las centrales térmicas convencionales y el uso del petróleo como producto milagro. También sabemos que el control del petróleo. Un recursos muy concentrado, ha motivado guerras al estilo de Mad Max pero de verdad.
Las alternativas también están sometidas a un fuerte debate porque no hay una buena solución. Hay gente que defiende la energía de fisión nuclear (las actuales centrales) como única opción realista para cubrir la creciente demanda energética de forma inmediata. Muchos países ven aquí su única opción de desarrollo y en un futuro inmediato veremos sin duda un notable crecimiento de estas centrales. En países con las necesidades básicas mejor cubiertas y que pueden permitirse una mayor conciencia ambiental, están los partidarios de un incremento drástico del aprovechamiento de los recursos energéticos renovables, especialmente los aerogeneradores y la energía solar.
Todas estas opciones tienen problemas aunque de diferente pelaje. Las centrales de fisión generan residuos que, por el momento, son intratables, peligrosos y de muy larga vida. La energía eólica es poco fiable, muy irregular y no hay forma de almacenarla para darle salida según la demanda de cada momento. La energía solar fotovoltaica es ineficiente ya que hacen falta grandes superficies para modestas producciones; por el momento, además, también es muy cara. En cualquier caso, tampoco son energías inocuas debido a factores diversos como las grandes superficies de suelo necesarias y el impacto de las líneas de evacuación y de las infraestructuras de acceso, que puede ser enorme en zonas aún bien conservadas. Lo único que está siendo instalado en España en cantidades significativas son los colectores de energía solar térmica para surtir de agua caliente.
El mayor problema, de todas formas, es que no es previsible que las energías renovables puedan aportar un porcentaje importante de la demanda general. La opción de reducir esa demanda ahorrando energía es lógica pero poco realista y yo no volcaría mis expectativas en ella a corto plazo.

La energía solar fotovoltaica merece un comentario ideológico: es la única que puede usarse de forma descentralizada, cada uno surtiendo su casa, libre de los oligopolios energéticos. Por eso no deberíamos perderla de vista a pesar de que el coste actual es muy alto comparado con engancharse a la red eléctrica convencional.

La solución definitiva al problema se conoce desde hace tiempo: la energía de fusión nuclear. Se trata de fundir dos núcleos atómicos ligeros en uno más pesado. Si los núcleos originales son más ligeros que el hierro el proceso es exotérmico ya que la masa del núcleo pesado es menor que la suma de los originales. La diferencia de masa se transforma en energía de acuerdo con la ecuación más conocida de la física después de las leyes de Murphy: E=m·c2. Existen múltiples candidatos para intervenir en reacciones de fusión nuclear: deuterio, tritio, helio-3, litio-6, litio-7... Todos son isótopos del elemento básico (hidrógeno en los dos primeros casos). Que el mecanismo funciona ya se demostró con las bombas H, la versión de fusión de las bombas de Hiroshima y Nagasaki, que fueron de fisión.
Al día de hoy se conocen la teoría y varias alternativas prácticas para generar este tipo de energía ¿cuál es el problema entonces? ¿Por qué no disponemos ya de centrales de fusión nuclear?
El problema básico es que las reacciones sólo se producen a muy altas temperaturas y el material debe ser calentado y retenido durante un tiempo para asegurar la reacción. Hablamos de unos poco manejables 100 a 150 millones de ºC lo que, obviamente, no hay recipiente que lo soporte.
Se están ensayando soluciones para confinar este material (en estado de plasma) el tiempo suficiente para generar una reacción rentable. La más comprensible y la más clara candidata a funcionar comercialmente en primer lugar es la del confinamiento magnético, donde el plasma se retiene mediante campos magnéticos en una “cámara” toroidal. Algunas de las opciones técnicas son excitantes: electroimanes superconductores en temperaturas próximas al cero absoluto manteniendo materia en suspensión a 100 millones de grados. La reacción en estos primeros reactores probablemente será D+T ( He4 + n (D: deuterio, T: tritio, n: neutrón). El deuterio es muy abundante en la naturaleza y el tritio debe ser “fabricado” pero no plantea problemas de reservas.

Nota maléfica: en el Sol, el confinamiento es por gravedad. En la Tierra esto no es posible. Tal vez algún monje levitante quisiera echar una mano dadas sus habilidades gravitacionales pero hasta el momento no se han dignado a ello.

La fusión nuclear tiene algunas ventajillas sobre las actuales formas de producción de energía. Las más obvias son que no genera gases de invernadero, que el principal subproducto, el helio, es un gas inerte lo que garantiza la ausencia de reacciones químicas secundarias en la atmósfera y que no es posible un accidente tipo Chernobyl. Tampoco es despreciable que los recursos estén distribuidos de forma dispersa en el mundo por lo que las “complicaciones geoestratégicas” no tendrían opción de producirse como con el petróleo, muy concentrado en unos pocos países.
Por otra parte, la fusión también produce residuos radiactivos aunque de naturaleza bastante diferente que los de la fisión. La fuente de radiactividad es el neutrón resultante de algunas reacciones; la mayor parte de estos neutrones se recicla bombardeando litio para generar el tritio necesario para realimentar la fusión (y que no existe en estado natural). El tritio es radiactivo y deberá ser controlado aunque su peligrosidad es muy baja comparada con lo que se maneja en la fisión. Finalmente, los neutrones no capturados por el litio deberán ser absorbidos usando materiales estructurales adecuados, que los capturen sin volverse radiactivos; actualmente el vanadio es un claro candidato para esta función. Hay otra opción menos desarrollada: la fusión sin producción de neutrones, en cuyo caso estos problemas se eliminarían de forma absoluta. Las reacciones se conocen pero las temperaturas de funcionamiento son bastante más altas por lo que no es previsible que las primeras centrales sean de este tipo.

¿Se podrá hacer esto alguna vez? ¿Se podrá hacer antes de que el agotamiento de los combustibles fósiles empiece a plantear problemas de verdad? No se pierdan el siguiente post de la serie.

10 comentarios:

In I Go dijo...

Muy interesante post, lo que pasa es que la fusión nuclear parace que va para rato.

¿Sabes algo de los gases hidratados del fondo marino, y de su posible utilización como energía?

Adrian dijo...

Dejé un comentario en tu entrada sobre Rulfo. Buen blog. Saludos.

Jack Maybrick dijo...

¿Gases hidratados del fondo marino? ¿Te refieres al hidrato de metano?

Parece ser bastante eficiente, pero tiene sus bemoles: hasta donde yo sé sólo es estable con presiones altas y temperaturas bajas (no sé si ambos a la vez) y el desgraciado se disuelve cuando tratas de levantarlo del lecho marino. Japón está esxperimentando para explotarlo de manera comercial, lo que tiene sentido tomando en cuenta lo escasos de recursos naturales que están los japoneses.

In I Go dijo...

Maybrick,

Sí, me refería al hidrato de metano. Es un tema del que me enteré hace poco (no soy experto) a travé de malaciencia. Y pensando en que (si son ciertas las previsiones que se leen por ahí) tenemos hidrocarburos para poco tiempo, con un consumo que crece exponencialmente, tal vez ésta pudiera ser una alternativa a relativo corto plazo.

Porque el resto de los sistemas de generación de energía, básicamente consiguen electricidad y/o calor. Pero, ¿qué pasa con los automóviles, barcos, aviones...? La electricidad tiene una aplicación muy pequeña o casi nula. Existen automóviles eléctricos e híbridos (que siguen dependiendo de la gasolina), pero no veo que la electricidad sea, hoy por hoy, una alternativa.

Por eso pensaba que, ya que el metano es un hidrocarburo, tal vez pueda sustituir de alguna manera al petróleo en un plazo razonable.

Por otra parte (si el calentamiento global es tan dramático como nos dicen), la liberación del metano a la atmósfera puede acelerar terriblemente el efecto invernadero, y entrar en una espiral de la que sea difícil salir.

Así que, si está ahí, y puede ser tan peligroso, ¡por qué no aprovecharnos de él?

(P.S.: todo esto son reflexiones de un inexperto diletante)

TheoSarapo dijo...

Por favor, por favor, que continúe la serie ¡ya¡
Al fin me entero de qué coños va eso de la revolución energética...

Angel dijo...

El segundo post estará en dos días, tal vez mañana, ya que estoy en fase caótica (¿un nuevo estado de la materia?). No tengo mucha información de los hidratos de metano pero, como dice Jack: alta presión y bajas temperaturas, además de alta profundidad y reservas dispersas = difícil explotación. Los dos problemas básicos son: 1. ¿No deberíamos dejar de extraer la mayor parte de la energía de las combustiones? y 2. ¿Qué porcentaje de la energía necesaria podría esperarse de esta fuente?

In I Go dijo...

1. ¿No deberíamos dejar de extraer la mayor parte de la energía de las combustiones?

Yo creo que sí. Mi duda es si el metano puede acabar liberándose y en qué cantidad. Y, puesto que su efecto es más perjudicial que el del CO2, si no sería conveniente extraerlo en parte y transformarlo en CO2, aprovechando, de paso, la energía de la combustión.

2. ¿Qué porcentaje de la energía necesaria podría esperarse de esta fuente?

Hoy por hoy, supongo que cero. Pero todavía tenemos unos años antes de que se acabe el petróleo, y de que la fusión sea factible, para investigar.

En cualquier caso, esto no deja de ser una reflexión personal de alguien que no sabe del tema.

Gracias por tu respuesta.

El Editor dijo...

Angel
Muy buena entrada.
Te cuento que en mi ciudad, Mar del Plata - Argentina, tenemos el récord de inventar energías alternbativas imposibles. Un profesor de la Facultad de Exactas dice que tiene resuelta la fusión fría, pero que no la da a conocer por miedo a que se la roben. Tambien, este año, un técnico electricista aseguró que inventó una máquina de movimiento perpetuo, fue a dar una demostración .. pero justo se la robaron y lo secuestraron (tan bien que no hubo testigos), pero cuando tuvo otro propotipo la quiso hacer funcionar pero parece que los del aeropuerto se la maltrataron y no funcionó. ¡caramba con la mala suerte!

Sobre la energía nuclear, leí un libro de Guy Sorman "Los Enemigos del Progreso", que me parecio muy bueno en general y valiente, ya que enfrenta directamente al extremismo (y no tan extremismo) verde, aunque algunas partes me resultaron tendenciosas o exageradas.
Lo que siempre dudé y nunca pude verificar, de ese libro, es lo siguiente: dice Sorman que las células fotoeléctricas o paneles solares requieren más electricidad para su construcción de la que van a generar en toda su vida útil. ¿sabes si esto es cierto?
Gracias

CARLOS QUINTANA

Angel dijo...

Me parece imposible. Aunque no he encontrado datos de construcción, sí hay cifras de producción: 1) la vida útil de un panel fotovoltaico es de 25-30 años sin pérdida apreciable de rendimiento, aunque puede extenderse al doble con alguna pérdida, 2) una instalación de 100 m2 (44 paneles de 123 Wp) puede generar algo más de 7000 kWh/año (datos de http://www.aven.es/energia/solar_foto.html)
Sale a 159 kWh/año por panel.
¿Alguien que se sienta cómodo en estos cálculos podría confirmarlos?

El Editor dijo...

Gracias, lo técnico me supera.
Hay varios pasajes de ese libro que se nota lo tendencioso, aún sin que uno maneje el tema, y éste era uno de los que me hacían sospechar seriamente.
Sobre la catástrofe de Chernobyl, en el apartado que defiende la energía nuclear, dice que murieron solo unas pocas personas. El documental que se vio este año mostró otra cosa.

CARLOS Q.

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