… es razonable esperar que en un futuro no muy lejano seamos aptos para comprender [controlar]* algo tan simple como una estrella.
- S. Eddington, 1926.
Recuerdo cuando la reforma energética del expresidente de México, Enrique Peña Nieto, envió ondas expansivas de interés en todos los frentes de las energías renovables, principalmente. En su momento, un grupo de personas fuimos invitados a un espacio radiofónico para dar a conocer algunos proyectos orientados a establecer la calidad de petrolíferos. Uno de los entrevistadores (palabras más, palabras menos) me hizo el siguiente comentario: “Ahora que el tema energético está de moda…” Respondí su comentario más o menos en estos términos: “Es que la energía no es un asunto de moda. Debería ser un tema de seguridad nacional. Un país sin energía no tiene futuro.” Con la población mundial creciendo año con año, y la dependencia tecnológica de la sociedad en dispositivos electrónicos que, a su vez, demandan más energía, es claro que hallar nuevas formas de generar energía es una actividad que figura en los primeros sitios en la agenda de aquellos países comprometidos seriamente con el futuro de sus ciudadanos.
Durante mis estudios de licenciatura a inicios de este milenio, tuve la oportunidad de obtener un atisbo de la diversidad de proyectos que conformaban la agenda energética mundial a inicios de la década de los 80’s y finales de los 70’s. En concreto, me topé con un libro editado por la revista de divulgación Muy Interesante como parte de su biblioteca científica. El tomo 42 estuvo dedicado a las nuevas energías, y era una compilación de artículos de la revista francesa de ciencia popular La Recherche. Los artículos giraban en torno a tres temáticas: Las energías fósiles, la energía nuclear, y las nuevas energías, en la cual aglutinaban la energías solar, marítima, eólica y la que puede obtenerse a través de residuos agrícolas. Los artículos logran un buen balance entre el aporte (con un lenguaje accesible) de datos y diagramas técnicos y las prospectivas reales (pros y contras) de las fuentes de energía contempladas cuyo futuro (en el libro) es ahora nuestro presente.
A mi parecer, una de las tecnologías más exóticas reportadas en el libro para extraer energía es el reactor de fusión nuclear. Contrario al reactor de fisión nuclear, donde se aprovecha la energía que resulta de la división del átomo y posterior control de las reacciones en cadena, en el reactor de fusión nuclear se busca aprovechar la energía resultante de unir átomos. Para que nos demos una idea, el proceso de fusión nuclear es lo que alimenta a las estrellas, como el Sol. En otras palabras, lo que buscan los consorcios científicos de varios países es crear una especie de mini-Sol en la Tierra.
Suena descabellado, pero en teoría es factible. Pero ¿por qué resulta atractiva esta idea de la fusión nuclear? En primer lugar, el combustible del reactor de fusión sería el deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno, el elemento más abundante del Universo. Estos isótopos pueden obtenerse con relativa facilidad de los océanos, en comparación con el uranio (no tan abundante) que se utiliza en los reactores de fisión nuclear, el cual requiere extraerse por minería y posteriores procesos de enriquecimiento.
En segundo lugar, el balance energético indica que la fusión de estos átomos de hidrógeno aportaría entre cinco y diez veces más que la que se obtiene a través de la fisión. El proceso de fusión permite obtener mucha energía en relación con la cantidad de combustible utilizado (isótopos de hidrógeno), y de forma más limpia ya que el producto de la reacción de fusión son átomos de helio (principalmente), un gas inerte: no hay gases que causen el efecto invernadero o elementos altamente radioactivos.
En tercer lugar, y al menos en teoría, en caso de que el reactor de fusión nuclear se descontrole la reacción se apagaría, contrario a lo que sucedería en un reactor de fisión donde la reacción en cadena podría sobrecalentar el reactor y hacerlo estallar, liberando elementos altamente radioactivos al medioambiente (el fantasma de Chernóbil que acompaña siempre a ésta tecnología).
Estas tres razones hacen atractiva la inversión en el desarrollo científico de reactores de fusión. Sin embargo, como toda tecnología, ésta no está exenta de problemas para su puesta en marcha de manera comercial. Para empezar, el proceso de fusión nuclear (i.e. juntar los átomos) requiere temperaturas tan elevadas como de cien millones de grados centígrados o más. Para que nos demos una idea de esta temperatura, se estima que la temperatura del Sol es de diez millones de grados centígrados.
La manera en que los científicos han logrado temperaturas tan extremas es a través del plasma (el cuarto estado de la materia), un gas ionizado y en extremo caliente. El objetivo es mantener “unido” este plasma en el reactor el tiempo suficiente para que la reacción de fusión se lleve a cabo. Como no existe ningún material que soporte estas temperaturas, el plasma se confina utilizando imanes y láseres, de tal manera que nunca llega a tocar las paredes del reactor. También, aquí parece que la geometría del reactor juega un papel importante en la estabilidad de la operación. Hasta ahora se ha descubierto que una cámara en forma de dona (técnicamente llamada geometría toroidal) proporciona una mejor estabilidad para controlar el plasma. Este diseño es conocido como Tokamak, un acrónimo ruso para cámara toroidal con bobinas magnéticas, y es el más empleado.
Desde 1954 a la fecha se han construido poco más de 200 Tokamaks de distintos tamaños alrededor del mundo, y aproximadamente 50 de ellos se encuentran en funcionamiento. Y por funcionamiento no quiero decir que ya estén completamente operativos y entregando energía para iluminar ciudades enteras. Para dimensionar un poco los resultados hasta ahora, el Tokamak operado en Reino Unido (conocido como JET) este año logró producir energía suficiente en un lapso de 11 segundos para calentar aproximadamente 60 teteras. Este resultado energético es el doble de lo que había alcanzado allá en 1997, un cuarto de siglo atrás.
Uno de los problemas fundamentales en los reactores Tokamak es el control de la temperatura del plasma. Para controlar el plasma se requiere manipular el campo magnético para garantizar que el plasma posea la corriente, posición y forma requerida. Los científicos han abordado este problema de control utilizando varias herramientas matemáticas propias del control clásico y avanzado que requieren el cálculo de ciertas propiedades en tiempo real. Hasta ahora, estas herramientas matemáticas han resultados favorables, pero una reciente publicación en la revista Nature podría abrir la puerta a una mejora sustancial utilizando algoritmos de aprendizaje profundo.
DeepMind, la empresa de inteligencia artificial de Reino Unido logró entrenar una red neuronal de aprendizaje profundo para controlar los imanes de un Tokamak de Configuración Variable ubicado en Lausana (Suiza). Una vez entrenada la red neuronal usando una simulación del reactor (ambiente virtual), echaron a andar la red para que controlara el plasma en el Tokamak real: obtuvo control total sin ajustes adicionales…por dos segundos, el máximo tiempo que puede funcionar el reactor antes de sobrecalentarse. Dos segundos puede sonar a broma, pero en el ambiente de los reactores de fusión nuclear eso es mucho tiempo.
La red neuronal entrenada es capaz de tomar 90 medidas que dan la forma y posición del plasma, para ajustar los 19 imanes del Tokamak. Esto lo hace 10 mil veces por segundo. Esta retroalimentación es increíblemente rápida, y está abriendo la posibilidad de explorar nuevas configuraciones y condiciones de operación que antes no se habían probado por no contar con un control que realmente lleve al reactor a sus límites de manera segura. El abanico de posibilidades se ha abierto un poco más con ayuda de la inteligencia artificial, y quizá lleva a un descubrimiento que haga avanzar la tecnología más rápidamente.
Dada la velocidad a la que avanza el desarrollo de la tecnología de fusión nuclear, los planes asociados a este tipo de energía son de largo plazo en el mejor de los casos. Pero los recientes hechos bélicos de Rusia hacia Ucrania han levantado alertas en la comunidad europea y han puesto sobre la mesa una vez más la dependencia energética que tienen con Rusia y su gas natural. Por ejemplo, Alemania ha dado marcha atrás el gasoducto Nord Stream 2, y ha aumentado su inversión militar y energética. Dudo que otros países de la unión europea no estén considerando lo mismo pues la energía es un asunto de seguridad nacional.
Haciendo hincapié una vez más en tratar a la generación de energía como un tema de seguridad nacional e invertir en consecuencia, ¿qué sucede con México? Sin entrar en mucho detalle, cito el libro editado en 1982 por El Colegio Nacional, “Planeación energética en México ¿Mito o Realidad?”, el cual, me parece, invita a la reflexión:
“Volviendo a la pregunta, ¿transición forzada o planeada?, me voy a centrar en la palabra planeación. Tenemos muchos planes pero no tenemos planeación; no la hemos tenido nunca. Es decir, se ha dicho que todo lo que habría que hacer en principio; por ejemplo, poner en línea otras fuentes como el carbón, la energía solar, la eólica, etc. Pero esto es como una pianola donde está el rollo de música pero que luego nadie le echa el quinto para que toque, ni nadie se preocupa de tener suficientes quintos para que el plan sea implementado sistemáticamente.”
*Los corchetes son del autor de la columna.
