Tokamak Energy, una empresa que trabaja en la tecnología de fusión nuclear, ha anunciado recientemente un gran avance en su investigación y desarrollo. Las pruebas de su tecnología de electrónica de potencia criogénica para el funcionamiento de alta eficiencia de su imán superconductor fueron, según todos los indicios, un gran éxito.
La apuesta de la empresa por proporcionar al mundo una energía casi ilimitada utiliza una combinación de tokamaks esféricos e imanes superconductores de alta temperatura (high-temperature superconducting, HTS). Según los informes, las pruebas de la nueva electrónica de potencia mostraron el doble de eficiencia que los sistemas anteriores.
“Hemos inventado un nuevo tipo de fuente de alimentación criogénica, basada en los últimos dispositivos de electrónica de potencia, que es altamente eficiente a bajas temperaturas. Esto significa que tenemos el potencial de reducir los costes de capital y de funcionamiento criogénicos para los imanes HTS en un 50%, o más”.
“Este novedoso enfoque supondrá un importante ahorro de costes y contribuirá a la consecución de la energía de fusión comercial”, ha declarado el director general de Tokamak Energy, Chris Kelsall.
El resultado es una reducción sustancial de la potencia necesaria para refrigerar los imanes HTS, lo que reducirá el coste de las futuras centrales de fusión. Se trata de un paso fundamental para comercializar y ampliar la tecnología de fusión.
El uso de imanes superconductores en los reactores tokamak, como el que está desarrollando Tokamak Energy, es necesario para concentrar y aislar el plasma de modo que pueda alcanzar las increíbles temperaturas necesarias para la fusión nuclear. La refrigeración criogénica es uno de los numerosos problemas energéticos de un sistema de este tipo, de ahí que se intente hacerla lo más eficiente posible. Este nuevo enfoque utiliza un convertidor de potencia de mayor eficiencia dentro de un criostato de vacío.
En 2020, Tokamak Energy recibió una importante financiación plurianual del Departamento de Energía de Estados Unidos para que la empresa pudiera avanzar en sus investigaciones y colaborar con expertos en suelo estadounidense.
El prototipo de reactor ST40 de la empresa se está desarrollando en colaboración con el Oak Ridge National Laboratory y el Princeton Plasma Physics Laboratory. Por su parte, el gobierno del Reino Unido concedió una beca de investigación en el marco de la iniciativa Advanced Modular Reactor.
Los reactores de fusión tipo tokamak no son una idea nueva y pueden remontarse a la década de 1960. En 2005, un tokamak ruso T3 consiguió incluso generar las temperaturas necesarias para la fusión, muy por delante de otros en su época.
Sin embargo, los modelos más antiguos requerían mucha más energía para lograr la fusión de la que se podía obtener de ellos, lo que no era lo ideal. Para intentar superar este problema, Alan Sykes, cofundador de Tokamak Energy, llevó a cabo una investigación en la década de 1980 y descubrió que la modificación de la geometría de los diseños de tokamak existentes aumentaba el rendimiento de forma significativa.
También descubrió que el uso de un mejor confinamiento magnético mediante la tecnología de imanes HTS podría, en teoría, ofrecer una vía para hacer comercialmente viables estos reactores.
Los imanes HTS se componen de óxido de cobre y de bario procedente de tierras raras y se presentan en tiras finas de menos de 0,1 mm de grosor. Estos imanes son capaces de producir campos magnéticos mucho más grandes y ocupar menos superficie cuando se les da forma de bobina, lo que resulta muy útil cuando el espacio es escaso.
Para ello, Tokamak Energy ha colaborado con la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN) en el desarrollo de imanes HTS escalables al tamaño necesario para los módulos de energía de fusión. Por su parte, Tokamak está desarrollando dos tecnologías básicas, el tokamak esférico compacto principal y los imanes HTS.
“Estas tecnologías facilitadoras son esenciales para el desarrollo de la fusión económica”, explica Kelsall.
De hecho, según la empresa, su sistema de energía de fusión debería ser capaz de producir 500MW de calor o 150MW de electricidad. Esto es suficiente para calentar el plasma dentro del reactor a temperaturas de 100 millones de grados Celsius (180 m. F), lo que es más que suficiente para la energía de fusión comercial.
“De ser así, Tokamak Energy será el primer desarrollador de fusión comercial en lograr este hito clave en un plasma controlado”, dijo Kelsall. “Sin embargo, también creemos que hay otros ingredientes clave que son esenciales para lograr la fusión comercial”.
La fusión nuclear es el “Santo Grial” de la generación de energía
El actual reactor ST40 de Tokamak Energy no ha sido capaz, hasta ahora, de alcanzar temperaturas similares. Sin embargo, ha logrado alcanzar 15 millones de grados Celsius (27 m de grados F) en su primer año de funcionamiento. Según la empresa, el avance observado en las pruebas de sus imanes debería permitir a su reactor ST40 superar las fuerzas de repulsión entre los iones de deuterio y tritio, acercándolos lo suficiente como para fusionarse.
Si lo consigue, se convertirá en el primer reactor de fusión financiado con fondos privados que alcance las temperaturas necesarias para la fusión nuclear de forma sostenible.
Y esto es fundamental para producir energía limpia, de bajo coste, segura y casi ilimitada en el futuro. También será increíblemente seguro y fiable.
“La carrera por la comercialización de la fusión se acelerará el año que viene a medida que las empresas de fusión realicen nuevos avances tecnológicos”, predice Kelsall.
“Las aplicaciones desarrolladas en el sector de la fusión presentarán importantes oportunidades transversales en diferentes industrias, como la aeroespacial, la industrial y la sanitaria”. En 2022, los sectores público y privado seguirán colaborando estrechamente para aprovechar las inmensas oportunidades que ofrece la fusión. Esto es un buen augurio para el futuro”, añadió.
La fusión nuclear, una vez que sea comercialmente viable, requerirá menos espacio para su instalación y, con su seguridad inherente, permitirá construir reactores de fusión más cerca de los centros de población e industriales. Esto significa que será más barato y más fácil de desplegar.
Todo ello es una gran ventaja en un mundo que aparentemente tiene la misión de moverse por la seguridad energética. De momento, las cosas se ven muy bien para empresas como Tokamak Energy.
Noticia tomada de: Interesting Engineering / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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