Fusión nuclear y sostenibilidad: la innovación que transforma el panorama energético ambiental
La investigación nuclear y sus aplicaciones están evolucionando rápidamente, dando forma al futuro de la producción de energía, los avances médicos y la seguridad nacional.
A la vanguardia de esta innovación se encuentra el Instituto Nuclear Dalton de la Universidad de Manchester, líder en investigación nuclear en el Reino Unido. Con un enfoque integral que abarca desde la fusión hasta las ciencias sociales, el Instituto está allanando el camino para descubrimientos y desarrollos tecnológicos revolucionarios.
La Plataforma de Innovación habló con Aneeqa Khan y Patrick Hackett del Instituto Nuclear Dalton para descubrir más sobre su trabajo y obtener conocimientos sobre el panorama nuclear.
¿Puede proporcionarnos una descripción general del Instituto Nuclear Dalton y del entorno de investigación nuclear en la Universidad de Manchester?
El Instituto Nuclear Dalton es una organización paraguas que abarca toda la investigación nuclear en la Universidad de Manchester. Esto abarca desde la fisión hasta la fusión, aplicaciones médicas y ciencias sociales. Cuenta con la mayor y más completa capacidad académica de investigación nuclear del Reino Unido.
¿Por qué se consideran esenciales los materiales nucleares en el panorama científico y tecnológico actual? ¿Podría explicarnos su papel en la producción de energía, las aplicaciones médicas y la seguridad nacional?
Los materiales nucleares constituyen un área de investigación fundamental. Necesitamos materiales que resistan los entornos hostiles que se dan en los reactores de fisión y fusión. Estos materiales nos permiten construir reactores de fisión operativos que suministran energía a la red eléctrica, así como reactores de fusión experimentales y, con suerte, reactores de fusión operativos en el futuro. Asimismo, nos permiten realizar diversos diagnósticos y tratamientos en el sector médico.
¿Puedes explicar el proceso de fusión nuclear y cómo se compara con la fisión nuclear?
La fusión nuclear es el proceso que alimenta el Sol, donde dos átomos se fusionan (a diferencia de la fisión, donde los átomos se dividen), liberando enormes cantidades de energía. Recrear las condiciones del centro del Sol en la Tierra es un gran desafío. Necesitamos calentar isótopos de hidrógeno gaseoso (deuterio y tritio) para que se conviertan en el cuarto estado de la materia, llamado plasma. Para que los átomos se fusionan en la Tierra, necesitamos temperaturas diez veces superiores a las del Sol (alrededor de 100 millones de grados Celsius), y una densidad atómica suficientemente alta y durante un tiempo suficientemente prolongado. La reacción entre el deuterio y el tritio produce helio y neutrones de alta energía (14 MeV).
La fusión se considera una fuente de energía verde, ya que no libera dióxido de carbono a la atmósfera. Si logramos que funcione, tiene el potencial de proporcionar una carga base estable de electricidad a la red, así como el potencial para aplicaciones secundarias como la producción de hidrógeno o la calefacción. Aún no está lista y, por lo tanto, no puede ayudarnos a afrontar la crisis climática ahora; sin embargo, si continúa el progreso, tiene el potencial de formar parte de una matriz energética verde en la segunda mitad del siglo y debería formar parte de nuestra estrategia a largo plazo, mientras utilizas otras tecnologías existentes, como la fisión y las energías renovables, a corto plazo.
La fusión ya es demasiado tarde para afrontar la crisis climática. Ya nos enfrentamos a la devastación del cambio climático a escala global. A corto plazo, necesitamos utilizar las tecnologías bajas en carbono existentes, como la fisión y las energías renovables, a la vez que invertimos en fusión a largo plazo para formar parte de una matriz energética diversa y baja en carbono. Necesitamos darlo todo a la crisis climática. En todas estas tecnologías, necesitamos invertir en la formación de personas de todo el mundo para que puedan desarrollar las soluciones necesarias para afrontar el cambio climático. Es importante contar con estrategias tanto a corto como a largo plazo.
¿Cuáles son los principales objetivos de investigación que se persiguen actualmente en los programas de fusión nuclear y cómo estos objetivos pretenden abordar los desafíos de la producción de energía?
- Existen objetivos para demostrar la ganancia neta de energía de ingeniería:
- Un objetivo clave es demostrar la ganancia neta de energía de ingeniería.
- Desarrollar materiales que puedan soportar los neutrones de alta energía y las cargas de calor extremas asociadas con la fusión nuclear,
- Cría y manejo del tritio,
- Confinado y demostrando un plasma ardiente,
- Mayor desarrollo de técnicas de manipulación remota/mantenimiento robótico,
- Nuevas técnicas de fabricación y desarrollo de la cadena de suministro asociada.
- Ingeniería digital,
- Desarrollar regulaciones para que cuando la tecnología esté lista, podamos obtener energía de fusión en la red.
¿Cuáles son algunos de los principales desafíos que enfrenta actualmente la investigación sobre la fusión nuclear? ¿Cómo se compara la seguridad de la energía de fusión con la de la fisión nuclear y otras fuentes de energía?
Aún estamos lejos de la fusión comercial. Necesitamos una ganancia neta de energía de ingeniería para todo el dispositivo que tenga en cuenta todas las ineficiencias de la planta. La construcción de una central de fusión también presenta numerosos desafíos de ingeniería y materiales. Sin embargo, la inversión en fusión está creciendo y estamos logrando avances significativos. Necesitamos capacitar a un gran número de personas con las habilidades necesarias para trabajar en este campo, y espero que la tecnología se utilice en la segunda mitad del siglo. La colaboración global es clave para lograrlo.
Toda tecnología conlleva riesgos. La fisión y la fusión cuentan con sistemas para gestionarlos.
¿Qué estrategias se están desarrollando en el Reino Unido para la gestión de residuos nucleares? ¿Cómo contribuye la investigación en instituciones como el Instituto Nuclear Dalton a la búsqueda de soluciones eficaces?
Abordar el desmantelamiento y la remediación de material radiactivo heredado es un desafío mundial importante, cuyo objetivo final es el almacenamiento seguro, protegido y ambientalmente responsable de los desechos radiactivos a un costo asequible.
Recibimos financiación de Investigación e Innovación del Reino Unido y de la industria (p. ej., Servicios de Residuos Nucleares, Sellafield Ltd.) y lideramos la Oficina de Apoyo a la Investigación de Servicios de Residuos Nucleares (NWS RSO), el Centro de Plutonio de la NDA y el Centro de Especialización en Efluentes y Descontaminación de Sellafield (SEDCoE), en colaboración con socios universitarios clave. Una característica clave de nuestra investigación es la estrecha colaboración entre expertos académicos y de la industria para definir investigaciones que sustenten los desafíos ambientales nucleares del mundo real.
Más allá de la producción de energía, ¿Qué posibles aplicaciones podrían surgir de los avances en la tecnología de fusión nuclear? ¿Cómo podría integrarse la fusión en otros sectores, como el transporte o la industria?
La generación de calor de proceso podría ser otra aplicación de la fusión nuclear en el futuro. Cualquier industria que requiera grandes cantidades de calor se beneficiaría de ello.
Las tecnologías facilitadoras, como los imanes superconductores de alta temperatura y la robótica, que se están desarrollando para la fusión también son aplicables en una amplia gama de industrias.
¿Cuál es el plazo estimado para lograr una fusión nuclear exitosa y qué factores podrían influir en su desarrollo como fuente confiable de producción de energía?
La fusión nuclear tiene el potencial de ser parte de una combinación de energía verde en la segunda mitad del siglo y debería ser parte de nuestra estrategia a largo plazo mientras utilizas otras tecnologías existentes, como la fisión y las energías renovables, en el corto plazo.
[Este contenido procede de Innovation News Network Lee el original aquí]
