Daniel Carralero, ingeniero: “La energía de fusión está muy bien, pero la gran esperanza son las renovables”

Daniel-CarraleroUn día, el hombre miró al Sol y a las estrellas y se preguntó qué harían para ser capaces de generar tanta energía. Hoy sabemos que este mecanismo es la fusión nuclear, y desde hace décadas el hombre trabaja para desarrollar una tecnología que imite este proceso. El objetivo: conseguir una forma de energía con una fuente de combustible casi inagotable y, en principio, con menos riesgos e impactos que la energía de fisión.

El desafío es enorme, pues, entre otras cosas, la reacción de fusión se produce a altísimas temperaturas, y para conseguirlas es necesario invertir mucha energía. En la actualidad, algunas de las naciones más influyentes del planeta han aunado esfuerzos y en Francia ya se está construyendo el ITER, un prototipo de reactor de fusión nuclear que deberá producir más de diez veces la energía invertida. Mientras tanto, los laboratorios de investigación en fusión nuclear trabajan para sortear todo tipo de problemas técnicos a los que se deberán enfrentar cuando el ITER entre en funcionamiento.

Daniel lleva más de seis años dedicado a estudiar la fusión nuclear, primero en el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), en Madrid, y ahora como investigador posdoctoral en el Instituto Max Planck de Física de Plasmas (Munich, Alemania). Su trabajo, como el de tantos otros, supone tan solo una pieza muy pequeñita, pero seguramente imprescindible para completar el complejo puzle que supone el reto de generar una energía tan eficiente como la de los astros.

Eres ingeniero aeronáutico, pero te dedicas a la investigación en un campo más relacionado con la física experimental. ¿Es casualidad?

Uno acaba un poco donde le toca y otro poco donde le interesa. A mí la ingeniería pura no me gustaba, me llamaba más la investigación. Mi proyecto de fin de carrera fue sobre física de plasmas, que ya tenía que ver con la fusión, y al acabar me di cuenta de que quería hacer la tesis.

Quienes os dedicáis a investigar en fusión siempre habláis de las grandes ventajas que podría tener esta forma de energía. ¿Cuáles son?

En primer lugar, las reacciones nucleares de fusión son mucho más energéticas que las de fisión. Además, se producen a partir del hidrógeno y no a partir del uranio como en la fisión, por lo que el combustible disponible es en principio casi inagotable. Por otro lado, no se generan tantos residuos radiactivos porque estamos hablando de dos átomos de hidrógeno que se combinan y dan lugar a un átomo de helio. Este residuo, el helio, es inocuo. Y otra ventaja es que en una central de fusión no corres riesgo de accidente, cosa que no sucede en una central de fisión.

¿Por qué?

En la fisión se producen reacciones en cadena: cada vez que se rompe un átomo de uranio se liberan dos neutrones que son los que van a romper otros átomos. En las centrales nucleares convencionales lo que se hace es parar todo el tiempo esa reacción y, si algo falla, la reacción se acelera demasiado y se descontrola, como pasó en Fukushima. Sin embargo en una central de fusión es imposible que tengas un accidente similar a esos, ya que no hay reacción en cadena. Allí lo que tú tienes que conseguir son unas condiciones de temperatura y presión muy altas, es el requisito para que los átomos de hidrógeno se unan. Si algo pasa en la central de fusión -una brecha, un corte de luz…- , lo que sucede es que se pierden esas condiciones, el gas se enfría y la reacción se detiene. Nunca se descontrola.

Suena muy bien… ¿cuáles con los inconvenientes?

Como te decía, para provocar la reacción de fusión el hidrógeno tiene que estar en unas condiciones de alta presión y temperatura, y te estoy hablando de unos 500 millones de grados. El problema, además de generar esas condiciones y mantenerlas de forma más o menos indefinida, es que cuando tú calientas tanto un gas, este pasa el estado de plasma, y no puedes mantenerlo en un recipiente.

¿Y cómo se soluciona esto?

Hay dos aproximaciones. Una de ellas, en la que yo trabajo, es el confinamiento magnético. Cuando, al calentarlo, el gas se convierte en plasma, se separan los iones y los electrones, y digamos que tú los puedes “sujetar” con campos magnéticos. Si tú generas condiciones de vacío y construyes un campo magnético con forma toroidal, -como un donuts-, las partículas se quedan atrapadas ahí. Después las vas calentando hasta el punto en el que pueden empezar a fusionarse. El problema de esto es que, en definitiva, tú tienes en un espacio muy pequeño unas energías muy altas y esto genera unos gradientes muy fuertes que dan pie a todo tipo de inestabilidades. Además, en cuanto empiezas a calentar el plasma, este se vuelve turbulento y es muy difícil de controlar, y tampoco se conocen bien las leyes que definen como funcionan los fluidos turbulentos. Ahora mismo no es posible hacer una simulación por ordenador que defina de forma razonable como se va a comportar el plasma dentro de una máquina de estas.

tokamak

Daniel hace sus experimentos en el tokamak ASDEX-Upgrade.

Y, en todo este fregao, ¿qué haces tú exactamente?

Hay toda una serie de problemas que se deben solventar. Muchos de ellos pasan por entender bien la física del plasma, y cómo se puede confinar para evitar que se escape; y otra rama tiene que ver con el tema de los materiales: el plasma está muy caliente, y emite radiación y neutrones. Aunque no descansa directamente sobre ellas, las paredes que están mirando al plasma sufren bastante. Por otro lado, hay que ir sacando de ahí el helio que se forma como producto de las reacciones, ya que no se puede fusionar, y eso se hace a través de una especie de canal magnético que evacúa el plasma. En definitiva: hay una zona de los componentes que está recibiendo un plasma que está cien veces más caliente que el sol, y necesitamos materiales capaces de aguantarlo. Y, puesto que lo que se pretende es que esto sea una fuente de energía práctica, dichos materiales deben ser resistentes, no podemos estar cambiándolos cada poco.

Yo me dedico a una cosa intermedia entre los dos problemas, que es estudiar la turbulencia del plasma una vez que se ha escapado de la región confinada. Hay que entender exactamente cómo se comporta por esa zona de la pared no confinada.

¿Y cómo estudias eso?

Yo trabajo con un diagnóstico, – es una máquina de medición-, que se llama sonda de Langmuir. Tenemos una especie de brazo robótico que entra y sale del plasma muy rápido. En este brazo colocamos una especie de cabeza y medimos diferentes cosas. Se ha visto que el plasma, al salir a través de las líneas de campo, se extiende en una serie de filamentos que se mueven a través de esa región vacía que hay entre la zona de plasma confinado y la pared. Hay unos modelos que describen el movimiento de estos filamentos, y yo me dedico a validarlos. La idea es comprender cómo funcionan para ser capaces de predecir cómo se van a comportar en el ITER. Ese es el aspecto más práctico, y a un nivel más básico también nos permitirá entender cómo funciona la turbulencia dentro del plasma.

 

A principios de este año, la revista Nature anunciaba que en EEUU se había conseguido producir más energía que la que se había consumido en un reactor nuclear…

Para conseguir energía de fusión hay dos aproximaciones: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. Este último enfoque es mucho más parecido al que se usa en la bomba de hidrógeno, que consiste en hacer un pulso muy corto pero intenso de energía para iniciar la reacción. Para ello hacen una especie de “pelotita” con deuterio y tritio, que son los isótopos del hidrógeno con los que es más fácil conseguir la reacción. Después disparan muchos lásers alrededor de ellos de forma sincronizada. Se genera una onda implosiva que comprime tremendamente la pelota hasta el punto de alcanzar las condiciones de fusión.

Esto hay que tomarlo con precaución: en mi humilde opinión, la fusión inercial es algo que no se hace en absoluto con la intención de generar energía eléctrica, sino que es un banco de pruebas para hacer ensayos de detonaciones termonucleares. Además, la energía que liberaron era muy poca, de unos 8 kJ por pellet. Eso significa que incluso aunque se pudiese repetir la operación a una frecuencia de aproximadamente 50 Hz – lo que es auténtica ciencia ficción- y toda la energía fuera directamente a la salida sin pérdidas, se generarían sólo 400 kW, que es bastante menos que lo que produce hoy un aerogenerador decente. Pero claro, es una instalación del tamaño de un campo de fútbol y con unos láser impresionantes… no es nada razonable suponer que eso se va a poder hacer a nivel práctico.

Y, en confinamiento magnético, ¿cuál es el récord de producción de energía?

Hasta ahora, el mayor récord se ha conseguido en el JET, en Oxford. Es el tokamak – el tipo de reactor que se usa en el confinamiento magnético – más grande del mundo, y en los años 90 se consiguió generar el 60% de la energía que se había empleado para producir la reacción (por comparación, 16 MW frente a 26 inyectados). La cosa es que para conseguir controlar todas las inestabilidades generadas, se necesitan aparatos cada vez más grandes, de hecho el JET mide como un edificio de cinco plantas. Y el ITER, que tiene que estar funcionando en unos diez años, será probablemente la máquina más compleja que se va a construir hasta ahora. Es algo prácticamente de ciencia ficción. Se supone que en 15-20 años tendría que producir 5-10 veces más energía de la que se ha consumido. De ser así, sería la demostración de que se puede conseguir la energía de fusión, y se pasaría ya a un demo, un prototipo de reactor comercial.

ITER

El ITER se encuentra actualmente en fase de construcción.

Entonces, aún pasarán años hasta tener ese prototipo…

La fusión tiene la leyenda negra de que “es la energía del futuro, y siempre lo será”. Pero el rendimiento de las máquinas de fusión ha crecido mucho, más o menos al mismo ritmo que la potencia de los ordenadores.

Las estimaciones optimistas calculan unos 30 años para obtener este prototipo. Pero bueno, todo esto es una cuestión de cuánto dinero se dedique a esto y como de bien vayan las cosas. Hay gente que dice que a esto se le dedica demasiado dinero. El coste de ITER está en torno a unos 10.000 millones de euros, contando su construcción y operación. Piensa que esta cantidad es más o menos lo que costó soterrar la M30 en Madrid, pero esto es una cosa que se va a pagar a 40 años y entre muchos países del mundo, y se conseguiría energía muy barata… yo creo que no es caro reamente.

Los combustibles fósiles se agotan, la demanda de energía crece… ¿el futuro es la fusión?

Este es un tema que me interesa mucho, de hecho yo formo parte de una asociación llamada “Observatorio Crítico de la Energía” y nos dedicamos a este tipo de cuestiones. Para mí la energía de fusión está muy bien, y dada la situación en la que estamos creo que no podemos prescindir de una forma de energía así, por eso me dedico a ello y creo que merece la pena investigar para conseguirla. Pero la energía de fusión va a llegar tarde, y además presenta otros problemas. Por ejemplo, aunque en el futuro se abaratará, no dejará de ser una tecnología cara que solo va a estar al alcance de los países más desarrollados. Por otro lado, aunque a nivel medioambiental va a ser mucho mejor que la energía de fisión, y llegado el caso también que los combustibles fósiles, tampoco va a ser totalmente inocua. La reacción empieza con deuterio y tritio, y el tritio no existe en la naturaleza, es un material radiactivo, aunque tiene una vida media muy corta, de solo cuatro años. Aparte, como se generan neutrones, los materiales que están alrededor del plasma se van activando y poco a poco se van volviendo radiactivos. Todo el diseño que se está haciendo en el ITER se basa en no incluir ningún material que siga siendo peligroso después de cien años. Cien años, para mí, es razonable y asumible comparado con los cien mil que tienen que pasar en el caso de los materiales de fisión, pero bueno, inocuo no es. En definitiva, que la fusión está bien, pero tampoco va a ser la panacea.

¿Qué hacemos entonces?

Creo que la gran esperanza de la humanidad no es la fusión, sino las energías renovables. La energía de fusión yo la veo como algo que dentro de 50 años será útil para complementar a las renovables y, quizá, poder prescindir de cualquier forma de combustible fósil. Nuestras opciones son el ahorro, la eficiencia energética y las energías renovables.

El cambio energético debe producirse ya. No podemos esperar 30 ni 50 años. La única forma de llegar a tiempo a las metas que nos dice el IPCC pasa por las renovables. En ese sentido soy optimista. Las energías renovables, a pesar de todos los esfuerzos que se están haciendo en su contra, están desarrollándose de una forma exponencial. La energía solar está abaratándose a un ritmo espectacular, y ya a día de hoy es competitiva con las energías convencionales.

En España no se está apostando precisamente por las renovables…

El de España es un ejemplo patético. Estábamos a la cabeza del mundo en investigación en renovables, y solo por mantener unos pocos años más el privilegio económico que tiene el oligopolio eléctrico están dinamitando totalmente esa posición de liderazgo. Cuando cualquiera que tenga dos dedos de frente se da cuenta de que esto no puede seguir así.

Como te decía, la energía solar tiene un potencial increíble de cambiar las cosas tal y como están. Tú no puedes tener un aerogenerador en tu casa, pero a día de hoy, si no fuera porque tenemos una legislación que prácticamente te lo impide, tú te podrías comprar un panel solar y generar la mayor parte de la energía que necesitas. Si, además, te lo pusieran un poco fácil, por ejemplo con un sistema de créditos blandos o si pudieras conectarte con la red general e intercambiar energía cuando tuvieras exceso o déficit… la gente ya lo estaría haciendo en masa, seguro.

Háblame ahora de tu situación laboral. ¿Cuáles son tus perspectivas?

Yo llegué a Munich hace algo más de año y medio con un contrato posdoctoral, y luego enlacé con una beca, así que en principio tengo posibilidad de estar aquí hasta mayo de 2015. Después la cosa empieza a estar complicada: conseguir posdoctorales es relativamente fácil si tienes un buen currículum, pero encadenar un posdoc con otro significa cambiar de ciudad, de país, o incluso de continente cada dos o tres años. Y llega un momento en la vida en que a uno no le apetece tanto movimiento. El salto grande es, desde luego, conseguir una plaza permanente en algún sitio.

Y eso es lo más complicado…

Esto de la fusión no es uno de los peores sitios en los que uno puede caer: hay más dinero que en otros campos, relativamente poca gente dedicándose a ello… pero en España, prácticamente solo hay un sitio en el que yo puedo trabajar y dedicarme a esto, que es el CIEMAT.

Si no lo consigo eso, la otra opción es quedarme aquí. Las condiciones de trabajo son obviamente mucho mejores, y profesionalmente estoy experimentando ahora lo que es estar en la primera línea de mi campo. Pero yo estaría dispuesto a volver a España, no quiero vivir para siempre en Munich. Además, creo que tengo una responsabilidad social, y me gustaría estar en allí luchando para que España no sea el país en el que lo están convirtiendo. Y eso no lo puedo hacer desde aquí. Pero tampoco estoy dispuesto a volver a cualquier precio, por un sueldo indigno o en condiciones muy precarias.

Me molesta especialmente que me hayan echado de mi país sin ninguna perspectiva de volver. Yo me fui de manera voluntaria, pero lo que no es voluntario es que no haya término de vuelta.

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Un comentario en “Daniel Carralero, ingeniero: “La energía de fusión está muy bien, pero la gran esperanza son las renovables”

  1. Solo añadir algunos comentarios a la entrevista de mi compañero:

    “En las centrales nucleares convencionales lo que se hace es parar todo el tiempo esa reacción y, si algo falla, la reacción se acelera demasiado y se descontrola, como pasó en Fukushima.”

    – En Fukushima no se produjo el descontrol de la reacción en cadena en ningún momento, la fusión del nucleo fue exclusivamente debida al calor residual. Los reactores pararon segundos después del terremoto como estaba previsto.

    – La frecuencia necesaria para el funcionamiento de la fusión inercial es de 10Hz aproximadamente, no 50Hz.

    – El precio actual de la solar NO es competitivo, ni se acerca al de ninguna tecnología convencional, ojalá fuese así y no necesitasen primas. No es verdad que se pueda sostener el consumo de una casa de pisos con unos paneles, ni siquiera en verano en almería, y el coste de la instalación habría que estudiarlo.

    España ha estado, efectivamente a la cabeza de las renovables, especialmente en solar de concentración y eólica, y es una lástima que la burbuja de la solar nos haya llevado a una situación de desconfianza, pero no nos engañemos, la bajada de precio de los paneles fotovoltaicos se debe principalmente al “dumping” chino, y toda la evolución que en ellos ha habido, si bien es verdad que lo hemos pagado los españoles (o lo vamos a ir pagando en un futuro) se ha hecho principalmente en china.

    un saludo y ánimo con esos plasmas

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