"El sistema energético actual tiene próxima su fecha de caducidad.
Las reservas de fuentes fósiles no renovables son insuficientes para las crecientes demandas, las políticas de descarbonización lo hacen obsoleto y las crisis sucesivas lo tensionan hasta límites inéditos. El futuro pasa por una mezcla de fuentes renovables y la fusión nuclear, la generación de energía a partir de la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar otro núcleo. Es imitar al Sol para disponer de una fuente inagotable, no contaminante y segura.
“Con un vaso de agua se abastecerá de energía a una familia durante 80 años”, asegura Eleonora Viezzer, integrante del departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla (US) y fundadora del grupo Ciencias de Plasma y Tecnologías de Fusión junto con el profesor Manuel García Muñoz. Ambos han participado hoy en la presentación del tokamak, un reactor para la fusión de partículas de plasma, instalado en el puerto de la capital andaluza para conectarse a la red eléctrica tras tres fases que se ejecutarán a lo largo de 10 años. La inversión inicial supera los cinco millones de euros.
El proyecto que ha incorporado Sevilla a esta carrera energética se denomina Fusion2Grid y en él participan la Universidad de Princeton, el Instituto de Física del Plasma de esta, General Atomics (California, EEUU), el Centro para Energía de Fusión de Culham (Reino Unido), el consorcio europeo de fusión EUROfusion, la Universidad de Seúl y Skylife, una empresa surgida de la US y responsable de las bobinas. Este equipo ha desarrollado el tokamak de confinamiento magnético SMART (acrónimo en inglés de Small Aspect Ratio Tokamak).
Este reactor confina el plasma de fusión (combustible) a temperaturas de hasta 100 millones de grados Celsius y altas presiones. Se utiliza deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno más pesados y que se pueden extraer del agua del mar (deuterio) o de la corteza terrestre (tritio). Al fusionarse, se crea una nueva partícula (Alfa) que es helio y libera una energía de 17,6 mega-electrón voltios [MeV]. Según explica Viezzer, premio Princesa de Girona de Investigación, una cantidad de deuterio y tritio similar a la que cabe en una cucharilla de café (2,5 gramos), por ejemplo, puede generar una cantidad similar de energía a la que produciría un campo de fútbol lleno de carbón en combustión.
El tokamak funciona a partir de la inyección de un haz de partículas neutras a alta energía para acceder al modo-H, de alto confinamiento, que se caracteriza por la formación de una barrera muy fina donde el transporte de energía y de partículas es más reducido que en el modo-L utilizado en otros reactores. Este modo-H produce altos gradientes de presión necesarios para la fusión y, consecuentemente, para aumentar la potencia del reactor.
Pero este proceso de alto confinamiento, al registrar gradientes de presión en el borde tan altos, genera perturbaciones magnetohidrodinámicas que producen altas cargas térmicas intermitentes en las paredes del reactor, conocidas como Edge Localized Modes (ELMs). Para afrontarlas y conseguir el equilibrio de fuerzas (compensación de la presión del plasma con los campos producidos por las bobinas y el propio combustible), el dispositivo de la US se ha diseñado como un tokamak esférico compacto, diferente al diseño tradicional en forma de rosquilla, con electroimanes superconductores de alta temperatura y que opera con triangularidad negativa del plasma (forma de D invertida). Estas características se traducen en la capacidad de obtener el mismo confinamiento de plasma con la mitad de potencia externa, algo fundamental para la eficiencia del sistema. “Más electricidad con menor coste”, resume García Muñoz. El inconveniente es que aún no se ha estudiado la estabilidad del plasma con este modelo.
El resultado es un reactor que, por primera vez en el mundo, utilizará esta triangularidad negativa, más compacto, eficiente y robusto, capaz de alcanzar mayor presión y temperaturas de fusión con las que generar hasta diez millones más de energía por gramo que en la combustión de combustibles fósiles.
Con este reactor, Sevilla se incorpora a una carrera por la fusión nuclear que ya ha alcanzado el hito necesario para hacerla eficiente: generar más energía que la que necesita para el proceso, lo que se conoce como ganancia neta. Lo consiguió el pasado diciembre un equipo científico estadounidense en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, donde 192 haces de láser se concentraron en un plasma de hidrógeno del tamaño de un “grano de pimienta” para generar tres megajulios de energía empleando solo dos.
En este maratón científico hay muchos corredores. El Reino Unido espera disponer del primer prototipo de reactor en 2032 y el ITER (el consorcio de tres continentes que construye el mayor complejo en Francia) lucha por mantener los plazos dentro de esta década. El grupo energético italiano Eni, en colaboración con el Massachusetts Institute of Technology (MIT), asegura que “dispondrá de una primera planta en Estados Unidos en 2025″, según Mónica Spada, jefa de Investigación e Innovación Tecnológica de la compañía italiana. Madrid cuenta con un reactor de tecnología diferente (TJ II Stellarator) al de Sevilla en el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.
La Universidad sevillana también ha
participado en un reciente récord de generación de energía por fusión:
59 megajulios durante cinco segundos. El experimento, del consorcio
EUROFusion, se llevó a cabo en el dispositivo europeo Joint European
Torus (JET), ubicado en Oxford y que supone la mayor instalación de
fusión por confinamiento magnético actualmente en operación a nivel
mundial. Pero el resultado arrojó una energía que suponía un 70% de la
empleada para generarla." (Raúl Limón , El País, 22/02/23)
"Tanto la OMS como la Agencia Europea del Medioambiente coinciden: tenemos problemas con la escasez de agua y la cosa va a peor.
El organismo internacional advierte que de aquí a 2025 la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua, lo que dicen los segundos nos toca todavía más de cerca: el estrés hídrico de España es insostenible. Si se confirman algunos de los pronósticos, en el año 2030 el 65% de la población española tendrá problemas con el abastecimiento de agua.
Ante este panorama muchos investigadores se están poniendo las pilas para ofrecer soluciones. Además de buscar maneras más eficientes de purificar el agua que desechamos necesitamos encontrar un método eficiente y barato para conseguir desalinizar la del mar.
Entre todos los métodos con los que contamos hoy en día la desalinización por membrana es uno de los sistemas más eficientes para eliminar la sal y otros minerales del agua de mar. Se trata de un proceso en el que hay agua salada caliente a un lado y agua dulce fría en el otro. Los dos líquidos están separados por una membrana hidrofóbica que repele el agua líquida mientras que permite el paso del vapor de agua del lado caliente. La diferencia de presión del vapor hace que se desplace hacia el lado frío, donde se recondensa como agua dulce.
El problema que ha habido hasta ahora con esta tecnología está en la propia membrana. Las que se utilizan en la actualidad se saturan tras unas 50 horas de uso y hay que cambiarlas si no se quiere que el agua salada acabe contaminando a la dulce. La nueva membrana que han presentado los científicos del Instituto de Ingeniería Civil y Tecnología de la Construcción de Corea (KICT), pretende ser una solución.
Los investigadores aseguran que mientras las membranas actuales se fabrican mediante un proceso llamado electrospinning –que utiliza una fuerza eléctrica para extraer nanofibras cargadas de unas boquillas— ellos han utilizado una versión llamada electrospinning coaxial. Con este método se consigue que se mezclen un polímero llamado PVDF-HFP y un aerogel de sílice para obtener una superficie de la membrana superhidrofóbica que a la vez permite el paso del vapor.
En sus experimentos, cuyos resultados han sido publicados por la revista Journal of Membrane Science, el equipo comprobó como la nueva membrana fue capaz de mantener una eficacia del 99,99% durante un mes, 15 veces más que las membranas estándar que tienen que ser cambiadas cada 50 horas porque empiezan a gotear.
El método de destilación por membrana es uno de los más eficientes y a la vez de los más baratos al no requerir demasiada energía. La membrana que propone el grupo de investigadores coreano hace que ese coste se reduzca todavía más gracias a su durabilidad y a características como su baja conductividad térmica que reduce los problemas de humedad y suciedad, al tiempo que mantiene un alto alto flujo de vapor de agua.
Los investigadores aseguran que mientras las membranas actuales se fabrican mediante un proceso llamado electrospinning –que utiliza una fuerza eléctrica para extraer nanofibras cargadas de unas boquillas— ellos han utilizado una versión llamada electrospinning coaxial. Con este método se consigue que se mezclen un polímero llamado PVDF-HFP y un aerogel de sílice para obtener una superficie de la membrana superhidrofóbica que a la vez permite el paso del vapor.
Foto: Un revolucionario sistema de purificación de agua. (Unsplash/@kimdonkey)
En sus experimentos, cuyos resultados han sido publicados por la revista Journal of Membrane Science, el equipo comprobó como la nueva membrana fue capaz de mantener una eficacia del 99,99% durante un mes, 15 veces más que las membranas estándar que tienen que ser cambiadas cada 50 horas porque empiezan a gotear.
El método de destilación por membrana es uno de los más eficientes y a la vez de los más baratos al no requerir demasiada energía. La membrana que propone el grupo de investigadores coreano hace que ese coste se reduzca todavía más gracias a su durabilidad y a características como su baja conductividad térmica que reduce los problemas de humedad y suciedad, al tiempo que mantiene un alto alto flujo de vapor de agua.
Foto: El nuevo material bajo el microscopio electrónico (MIT/Caltech/ETH Zürich)
El equipo de investigadores señala que en este tipo de destilación por membrana es más importante tener un proceso estable que una alta tasa de flujo de vapor de agua disponible.
"La membrana coaxial de nanofibras electrospun tiene un gran potencial para el tratamiento de soluciones de agua de mar sin sufrir problemas de humectación y puede ser la membrana adecuada para aplicaciones de destilación por membrana a escala piloto y real", ha comentado el Dr. Yunchul Woo, investigador principal del estudio.
Los investigadores no han dado pistas del posible desarrollo comercial de esta tecnología, pero un ahorro así en el coste de producción de agua nos vendría al pelo teniendo en cuenta los problemas que hay en España con este tipo de tecnologías. Llevamos años viendo como nuestras plantas desaladoras están paradas o infrautilizadas por distintas razones que van de las políticas a las económicas. Una de esas plantas está en Torrevieja, Alicante, y es la más grande de toda la Union Europea con capacidad de generar hasta 80 hectómetros cúbicos de agua al año y que se puede ampliar hasta los 120.
Tanto la OMS como la Agencia Europea del Medioambiente coinciden: tenemos problemas con la escasez de agua y la cosa va a peor. El organismo internacional advierte que de aquí a 2025 la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua, lo que dicen los segundos nos toca todavía más de cerca: el estrés hídrico de España es insostenible. Si se confirman algunos de los pronósticos, en el año 2030 el 65% de la población española tendrá problemas con el abastecimiento de agua.
El equipo de investigadores señala que en este tipo de destilación por membrana es más importante tener un proceso estable que una alta tasa de flujo de vapor de agua disponible.
"La membrana coaxial de nanofibras electrospun tiene un gran potencial para el tratamiento de soluciones de agua de mar sin sufrir problemas de humectación y puede ser la membrana adecuada para aplicaciones de destilación por membrana a escala piloto y real", ha comentado el Dr. Yunchul Woo, investigador principal del estudio.
Los investigadores no han dado pistas del posible desarrollo comercial de esta tecnología, pero un ahorro así en el coste de producción de agua nos vendría al pelo teniendo en cuenta los problemas que hay en España con este tipo de tecnologías. Llevamos años viendo como nuestras plantas desaladoras están paradas o infrautilizadas por distintas razones que van de las políticas a las económicas. Una de esas plantas está en Torrevieja, Alicante, y es la más grande de toda la Union Europea con capacidad de generar hasta 80 hectómetros cúbicos de agua al año y que se puede ampliar hasta los 120.
Tanto la OMS como la Agencia Europea del Medioambiente coinciden:
tenemos problemas con la escasez de agua y la cosa va a peor. El
organismo internacional advierte
que de aquí a 2025 la mitad de la población mundial vivirá en zonas con
escasez de agua, lo que dicen los segundos nos toca todavía más de
cerca: el estrés hídrico de España es insostenible. Si se confirman algunos de los pronósticos, en el año 2030 el 65% de la población española tendrá problemas con el abastecimiento de agua." (Omar Kardoudi , El Confidencial, 07/07/21)
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