¡Fusión!

Un avance reciente en un reactor de fusión experimental ha creado una onda expansiva de noticias en los principales medios de comunicación. Escritores de todas las tendencias expresaron líricamente cómo este es un gran paso adelante y cómo nos acerca a una fuente de energía 'limpia, segura, casi ilimitada'. Sin embargo, la realidad es un poco más matizada.

Como siempre, lo que es insostenible, no se sostiene. La física, parte del libro de reglas de la naturaleza, funciona con principios simples como ese. No es complicado: el sistema debe producir más (mucha más) energía de la que necesita para sostenerse a sí mismo para ser útil como fuente de energía. Debe producir un excedente de energía; no es de extrañar que los científicos que buscan la fusión hayan hecho de este su objetivo principal. Según los informes, la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de EE. UU. que produce el resultado sobresaliente ha logrado precisamente eso:

La instalación utilizó su conjunto de 192 láseres para entregar 2,05 megajulios de energía en un cilindro de oro del tamaño de un guisante que contenía una pastilla congelada de los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio. El pulso de energía del láser hizo que la cápsula colapsara, alcanzando temperaturas que solo se ven en estrellas y armas termonucleares, y los isótopos de hidrógeno se fusionaron en helio, liberando energía adicional y creando una cascada de reacciones de fusión. El análisis del laboratorio sugiere que la reacción liberó unos 3,15 MJ de energía, aproximadamente un 54 % más de lo que se utilizó en la reacción, y más del doble del récord anterior de 1,3 MJ.

Traducido al lenguaje humano: un grupo de personas usaron la fuerza bruta para encender una bomba de hidrógeno en miniatura en una cámara de prueba (sin usar una bomba atómica como fusible). ¡Toda una hazaña! ¿Produjo excedente de energía? Demonios lo hizo. Como en aquel ominoso experimento de hace setenta años. Como referencia, pregunte a los habitantes del atolón Enewetak qué tan alto excedente de energía de este tipo puede arrojar coral a la atmósfera.

¿Es esta una fuente de energía sostenible? ¿Pueden los experimentos realizados en NIF producir un flujo continuo de energía, en lugar de una explosión en miniatura? Por supuesto no. Nunca tuvieron la intención de hacerlo. Si lees el artículo detenidamente, quizás descubras cuál era el propósito real del experimento:

Pero los resultados tienen un significado particular en NIF: la instalación fue diseñada para ayudar a los científicos de armas nucleares a estudiar el intenso calor y las presiones dentro de las explosiones, y eso solo es posible si el laboratorio produce reacciones de fusión de alto rendimiento. […] la gran pregunta ahora es qué hará el Departamento de Energía a continuación: duplicar la investigación de armas en el NIF o pasar a un programa láser orientado a la investigación de energía de fusión.

No sé usted, querido lector, pero la palabra 'pivote' me sugiere que todo este experimento fue 100% investigación militar en su propósito, reempaquetado como un gran avance en la energía de fusión... En otras palabras: en lugar de encontrar una energía sostenible fuente NIF ha encontrado una nueva forma de encender una bomba H.

Para lograr una reacción de fusión sostenida , necesitaría un recipiente capaz de contener plasma a una temperatura de hasta 150 millones de grados. Y aquí es donde empieza el rascarse la cabeza. En el mundo no tan publicitado de la realidad de la ingeniería, un reactor de fusión es un cerdo de energía turboalimentado con esteroides. Para evitar que el plasma caliente de varios millones de grados se queme a través de su carcasa, el reactor necesita generar un campo electromagnético lo suficientemente fuerte como para mantener las partículas extremadamente calientes en el centro del reactor, lejos de sus paredes.

ITER , el reactor de fusión más grande y prometedor del mundo, también logrará esta hazaña mediante imanes superconductores, que requieren un enfriamiento constante hasta temperaturas cercanas al cero absoluto. Generar este campo magnético por sí solo dispara la factura de electricidad de uno por las nubes, sin mencionar la multitud de otros equipos, todos juntos igualan el consumo de electricidad de una ciudad mediana:

Los requisitos de electricidad para la planta y las instalaciones de ITER variarán desde 110 MW hasta 620 MW para períodos pico de 30 segundos durante la operación de plasma.

Esta no es la tetera eléctrica de tu abuela: estamos hablando de 365 MW de electricidad consumida (en promedio) para un espectáculo de fuegos artificiales de 30 segundos. Sin embargo, de esta cantidad, solo 50 MW se utilizarán para encender el plasma, el resto será absorbido por el agua de refrigeración y los sistemas criogénicos. Sin embargo, según el sitio web del proyecto , esa parte no tan insignificante del consumo quedará completamente fuera del logro del objetivo:

ITER está diseñado para producir en su plasma un retorno de potencia diez veces mayor (Q=10), o 500 MW de potencia de fusión a partir de 50 MW de potencia de calentamiento de entrada .

Si define el éxito como lo hicieron los diseñadores de ITER centrándose en la entrada de calefacción de 50 MW a la cámara de prueba (excluyendo el consumo bruto de TODOS los equipos que brindan soporte vital a la cámara), entonces sí, probablemente podría dar por terminado el día y tomar la dinero. Sin embargo, calculado honestamente, el ITER logrará un retorno de la energía invertida de 1,37:1, apenas por encima del nivel de equilibrio, en el mejor de los casos. Esto ni siquiera está considerando la energía necesaria para construir una estructura similar.

El problema es que a la física no le interesa en lo más mínimo lo que medimos: o todo el sistema es sostenible, o nada.

Si fuéramos realmente serios acerca de salvar esta civilización, en lugar de actuar como si tuviéramos todo el tiempo del mundo mientras recaudamos felizmente grandes de los gobiernos y pedidos de la industria de armas, entonces estaríamos haciendo cálculos brutos de entrada frente a salida. Entonces nos daríamos cuenta de que un objetivo de uno a diez de calor dentro vs calor fuera definitivamente no será suficiente aquí. Usando la métrica proporcionada por los experimentos actuales, tendríamos que apuntar a un objetivo neto de 500: 1 (o 70: 1 bruto), para demostrar que al menos podemos igualar el rendimiento actual del reactor nuclear . Si esto suena imposible, entonces tal vez lo sea, pero tampoco deberíamos perder el tiempo en eso.

Agregue los hechos, que a) no tenemos ni idea de si podemos mantener la fusión durante una hora y mucho menos un día sin arruinar por completo el equipo (probablemente no), y b) ITER no producirá electricidad (que será alguien el problema de else (1)), y verás que este experimento es realmente un puente a ninguna parte.

Aquí es donde realmente me golpea la incapacidad de la humanidad para comprender la naturaleza finita de nuestra civilización. Los días de la alta tecnología están contados. Con las tasas de consumo actuales, necesitaríamos extraer tantos minerales en los próximos veinte o treinta años como en los últimos diez milenios; tal es la naturaleza del crecimiento exponencial.

El problema es que no nos quedan muchos recursos, pero lo intentaremos de todos modos. La escasez actual no es nada comparada con lo que estaremos experimentando dentro de diez o quince años... Solo mire. ITER todavía se estará inicializando entonces (programado para comenzar en 2035). Ponerlo en marcha será nuestro menor problema…. Aparte de otros problemas, tomemos el tritio, por ejemplo, un isótopo de hidrógeno extremadamente raro:

Hoy en día, el tritio es generado por 19 reactores de fisión CANDU canadienses, la mitad de ellos programados para cerrar. […] Esto significa que la reserva de tritio de unos 25 kilogramos alcanzará su punto máximo en 2030 y comenzará una disminución constante a medida que se vende y se descompone.

Y ¿Por qué es esto importante? Claro, la fusión podría funcionar con isótopos mucho más abundantes una vez que esté funcionando... Sin embargo, para encenderla, siempre necesitarás una pequeña cantidad de estas cosas realmente raras.

Los investigadores se dieron cuenta hace más de 20 años de que la "ventana de tritio" de la fusión eventualmente se cerraría de golpe, y las cosas solo han empeorado desde entonces. ITER no quemará DT hasta 2035 como muy pronto, cuando el suministro de tritio se haya reducido. Una vez que ITER termine su trabajo en la década de 2050, si no hay más demoras, solo quedarán 5 kilogramos o menos de tritio.

Lea el artículo completo sobre el tema aquí : lo encontré extremadamente perspicaz y con buenas fuentes. La fusión, en cierto sentido, es un subproducto del intento único de la humanidad de construir una civilización impulsada por energía nuclear... Todo basado en metales no renovables, combustibles fósiles y arena, materiales que estamos destinados a agotar en el futuro. próximas décadas.

Mientras seguimos soñando con energía infinita, ya sea capturada por paneles solares o creada aquí en la Tierra a través de la fusión, nos estamos olvidando deliberadamente de la cantidad de materiales no renovables necesarios para incorporar, y eventualmente consumir, por estas intrincadas tecnologías.

Para ver un buen ejemplo, eche un vistazo a las seis bobinas de campo poloidal (que generan el fuerte campo magnético; por cierto, me encantó su nombre), hechas de cables de niobio-titanio. Estos no son algo que compre en Home Depot:

Con un diámetro de 17 a 24 metros y un peso de 200 a 400 toneladas , las bobinas PF2, PF3, PF4 y PF5 son simplemente demasiado grandes para fabricarlas fuera del sitio y enviarlas a ITER.

La gente de ITER no oculta en absoluto el hecho de que su proyecto es un unicornio totalmente inescalable. Solo intente imaginar toda la cadena de suministro detrás de la operación, comenzando con las minas de tierras raras en China: extrayendo una reserva finita de niobio mediante camiones volquete y excavadoras quemando galones de diésel por minuto, y refinerías dejando una cola tóxica y altamente radiactiva. estanque detrás. Luego imagine la cantidad de carbón y gas natural quemado en las fundiciones para derretir estos metales exóticos y hacer esta aleación especial... La cantidad de diesel (nuevamente) quemado en barcos y camiones que transportaban cientos de toneladas en el lugar, la electricidad consumida el proceso de ensamblaje de fabricación, etc. Ahora, comienza a tener una idea de qué tipo de insumos de energía y materiales finitos estoy hablando, necesarios para construir, mantener y hacer funcionar un reactor de fusión. De nuevo,

¿Por qué deberíamos apuntar a construir una planta de energía de fusión prácticamente ilimitada en la Tierra de todos modos, cuando fue exactamente eso, el uso de energía ilimitada (en forma de combustibles fósiles) lo que ha llevado a la sexta extinción masiva que estamos presenciando en este momento? ¿A quién queremos impresionar con todo esto?

Nuestros descendientes, que heredarán una biosfera medio muerta, llena de desechos radiactivos, productos químicos para siempre, baterías usadas y metrópolis inundadas entre desiertos vacíos, ciertamente no se divertirán ni un poco. Con cada aumento en el consumo de energía, como hemos visto, viene un aumento en las actividades ecocidas desde la minería hasta la manufactura, desde la deforestación hasta la desertificación y, en última instancia, el desperdicio, y si crees que esta vez será diferente... Bueno, entonces tengo una puente para venderte. Las corporaciones, armadas con una fuente de energía tan “limpia y abundante”, ciertamente destruirían lo poco que queda del planeta Tierra en cuestión de décadas en busca de recursos y, en última instancia, ganancias.

Amigos, esto es una tontería. Estamos al borde del precipicio de una larga caída en la producción de petróleo y gas, en un planeta sobrecalentado con un ecosistema que muere lentamente. Y nuestra mejor esperanza es que podamos lograr mantener esta tasa verdaderamente suicida de extracción de recursos durante muchas décadas más hasta que nuestra mejor y más brillante fusión descubra. ¿En serio? Solo para darnos cuenta de que para entonces nos habremos quedado sin combustible de ignición, y nuestro magnífico unicornio no será más que un montón de miles de millones de dólares de chatarra radiactiva (2), incapaz de autoalimentarse, y mucho menos de la producción de nuevos reactores. ¿de su tipo? ¿Alguien, alguien , ha pensado en esto seriamente? ¿Quién en su sano juicio aprobó el presupuesto para todo esto?

En serio, sabiendo la terrible situación en la que nos encontramos, deberíamos estar ocupados aprendiendo y volviendo a aprender cómo producir alimentos, ropa y vivienda en un planeta en transición hacia un clima radicalmente diferente. Necesitamos desesperadamente un plan sobre cómo reducir el uso de la tecnología, junto con la disminución natural de la disponibilidad de recursos y energía. Deberíamos echar un vistazo a cómo vivía la gente antes de nuestra era, y ver qué tecnologías y conocimientos científicos pueden ser útiles en un mundo gravemente agotado, tanto en términos de recursos minerales/energía como de vida misma.

Los combustibles fósiles y los minerales nos dejarán antes debido al agotamiento de lo que podríamos dejarlos. Como resultado, la civilización industrial se desvanecerá en el transcurso de los próximos cien años, sin importar lo que hagamos. Sin embargo, suponiendo que no nos sumerjamos en el olvido a medida que se desarrolla la historia, podríamos aprender algo en el proceso... El declive de la alta tecnología también dará una oportunidad para que la Naturaleza se recupere y seamos más sabios y mucho, mucho más. , sostenible. Fusion, a pesar de este gran "éxito", seguirá siendo un pastel en el cielo para siempre. Siempre será dentro de 25 años, tal como fue hace medio siglo... hasta que la gente finalmente lo olvide. Dentro de unos cien años en el futuro, la gente ni siquiera podrá explicarles a sus hijos para qué estaba destinado.

Sin embargo, para el aquí y ahora, la fusión es una pérdida de tiempo, dinero y recursos a una escala gigantesca. Nos resta valor y nos impide hacer las muchas otras cosas que en realidad podrían tener mucho sentido en nuestra situación y podrían ayudarnos a superar el cuello de botella que tenemos por delante. Centrémonos en ellos entonces, y dejemos la tecnutopía impulsada por fusión donde pertenece: para las páginas de los libros de historia que aún no se han escrito.

Hasta la proxima vez,

B

Notas:

(1) Por el momento solo podemos adivinar cómo aprovechar la inmensa energía liberada durante la fusión. La mayor parte viene en forma de calor y radiación electromagnética, además de algunas partículas de alta energía. ¿Qué haremos con eso? ¿Hervir agua y hacer girar una turbina de vapor? ¿Cuál sería la tasa de conversión de energía? 30% en el mejor de los casos? Espera, ¿planeamos usar esto en ráfagas de 30 segundos? Solo imagine una planta de energía nuclear que tuvo que enfriarse, desmontarse y repararse cada 30 segundos: simplemente no funcionará.

(2) Los neutrones se generan y se precipitan hacia las paredes de la cámara de reacción durante la fusión. Al ser neutrales a cargo, los campos electromagnéticos no pueden hacer nada para evitar que causen daños estructurales en las paredes de la cámara, convirtiéndola con el tiempo en una pieza quebradiza de chatarra radiactiva. Un desecho peligroso que debía enterrarse junto con las barras de combustible de uranio gastado, sin esperanza de reciclaje. Buena suerte encontrando un lugar seguro para ambos.