Estados Unidos lideró la fusión nuclear durante décadas. Ahora China está en posición de ganar la carrera
(CNN) -- La bulliciosa ciudad de Shanghái celebra las fiestas nacionales con espectáculos de luces de fama mundial, que iluminan sus rascacielos con colores deslumbrantes, como faros de la innovación china.
Es aquí donde científicos e ingenieros trabajan día y noche en pos de la próxima gran revolución tecnológica mundial, desde internet 6G y la IA avanzada hasta la robótica de última generación. También es aquí, en una discreta calle del centro, donde una pequeña empresa llamada Energy Singularity trabaja en algo extraordinario: la energía de fusión nuclear.
A las empresas estadounidenses y a los expertos del sector les preocupa que Estados Unidos esté perdiendo su ventaja de décadas en la carrera por dominar esta forma casi ilimitada de energía limpia, a medida que surgen nuevas empresas de fusión en China y Beijing gasta más que Washington.
La fusión nuclear, el proceso que alimenta al Sol y otras estrellas, es difícil de reproducir en la Tierra. Muchos países han logrado reacciones de fusión, pero mantenerlas el tiempo suficiente para utilizarlas en el mundo real sigue siendo difícil.
Dominar la fusión es una perspectiva tentadora que promete riqueza e influencia mundial al país que lo logre primero.
La ciudad de Shanghái de noche. (Crédito: Lam Yik Fei/The New York Times/Redux)
El premio de esta energía es su enorme eficacia. Una reacción de fusión controlada libera unos cuatro millones de veces más energía que la combustión de carbón, petróleo o gas, y cuatro veces más que la fisión, el tipo de energía nuclear que se utiliza hoy en día. No se desarrollará a tiempo para luchar contra el cambio climático en esta década crucial, pero podría ser la solución al calentamiento futuro.
El Gobierno chino está invirtiendo entre US$ 1.000 y 1.500 millones anuales en la fusión, Según Jean Paul Allain, director de la Oficina de Ciencias de la Energía de Fusión del Departamento de Energía estadouidense. En comparación, el Gobierno de Biden ha gastado unos US$ 800 millones al año.
"Para mí, lo más importante no es la cifra sino la rapidez con que se hace", declaró Allain a CNN.
Las empresas privadas de ambos países son optimistas y afirman que pueden poner en funcionamiento la energía de fusión a mediados de la década de 2030, a pesar de los enormes retos técnicos que aún quedan por superar.
Estados Unidos fue uno de los primeros países del mundo en lanzarse a esta táctica futurista, investigando seriamente la fusión desde principios de la década de 1950. La incursión de China en la fusión se produjo a finales de esa década. Más recientemente, su ritmo se ha acelerado: desde 2015, las patentes de fusión chinas se han disparado, y ahora tiene más que cualquier otro país, según datos de la industria publicados por Nikkei.
Energy Singularity, la startup de Shanghái, es solo un ejemplo de la vertiginosa velocidad de China.
Construyó su propio tokamak en los tres años transcurridos desde su creación, más rápido de lo que se ha construido nunca un reactor comparable. Un tokamak es una máquina cilíndrica o en forma de dona muy compleja que calienta hidrógeno a temperaturas extremas, formando un plasma similar a una sopa en el que se produce la reacción de fusión nuclear.
Plasma confinado en el tokamak de Energy Singularity durante un experimento. (Crédito: Energy Singularity)
Para ser una empresa en ciernes que trabaja en uno de los rompecabezas físicos más difíciles del mundo, Energy Singularity es increíblemente optimista. Y tiene motivos para serlo: ha recibido más de US$ 112 millones de inversión privada y también ha logrado un hito mundial: su actual tokamak es el único que ha utilizado imanes avanzados en un experimento con plasma.
Conocidos como superconductores de alta temperatura, los imanes son más potentes que los de cobre utilizados en los tokamaks más antiguos. Según los científicos del MIT que investigan la misma tecnología, permiten crear tokamaks más pequeños que pueden generar tanta energía de fusión como los más grandes, y pueden confinar mejor el plasma.
La empresa tiene previsto construir un tokamak de segunda generación para demostrar que sus métodos son comercialmente viables antes de 2027, y espera disponer de un dispositivo de tercera generación que pueda suministrar energía a la red antes de 2035, según la empresa.
En cambio, los tokamaks de Estados Unidos están envejeciendo, según Andrew Holland, director general de la Asociación de la Industria de la Fusión, con sede en la ciudad de Washington. Por ello, Estados Unidos depende de las máquinas de sus aliados en Japón, Europa y el Reino Unido para avanzar en su investigación.
Holland se refirió a un nuevo parque de investigación de la fusión de US$ 570 millones en construcción en el este de China, denominado CRAFT, cuya finalización está prevista para el año que viene.
"Nosotros no tenemos nada parecido», declaró a CNN. "El Laboratorio de Física de Plasma de Princeton lleva 10 años modernizando su tokamak. El otro tokamak operativo en Estados Unidos, el DIII-D, es una máquina de 30 años. No hay instalaciones de fusión modernas en los laboratorios nacionales estadounidenses".
Existe un creciente malestar en la industria estadounidense por el hecho de que China esté superando a Estados Unidos en su propio juego. Algunos de los tokamaks de nueva generación que China ha construido, o planea construir, son esencialmente "copias" de diseños estadounidenses y utilizan componentes parecidos a los fabricados en Estados Unidos, según Holland.
Un miembro del personal suelda piezas en el parque de investigación de la fusión CRAFT en Hefei, en el este de China, en septiembre de 2023. El tokamak BEST se construirá junto al CRAFT. (Crédito: Xinhua/Shutterstock)
El tokamak chino BEST, financiado por el Estado y cuya finalización está prevista para 2027, es una copia del diseñado por Commonwealth Fusion Systems, una empresa de Massachusetts que colabora con el MIT, dijo Holland. Ambos diseños incorporan el mismo tipo de imanes avanzados que utiliza Energy Singularity.
Otra máquina que está construyendo una empresa privada china se parece mucho a un tokamak diseñado por la empresa estadounidense Helion, dijo Holland.
Hay "una larga historia" de China copiando tecnología estadounidense, añadió."
"Son rápidos seguidores y luego toman la delantera dominando la cadena de suministro", dijo Holland, poniendo como ejemplo la tecnología de los paneles solares. "Somos conscientes de ello y queremos asegurarnos de que no siga siendo así".
CNN no recibió respuesta de la Administración Nacional de Energía de China cuando se le preguntó si la investigación sobre fusión financiada por el Estado había copiado o se había inspirado en diseños estadounidenses.
Láseres vs. tokamaks
La fusión nuclear es un proceso muy complejo que consiste en forzar la unión de dos núcleos que normalmente se repelerían. Una forma de conseguirlo es aumentar la temperatura de un tokamak hasta 150 millones de grados Celsius, 10 veces por encima de la del núcleo solar.
Al unirse, los núcleos liberan una gran cantidad de energía en forma de calor, que puede utilizarse para hacer girar turbinas y generar electricidad.
Estados Unidos lleva décadas liderando la fusión; fue el primer país que aplicó la energía de fusión en el mundo real: en una bomba de hidrógeno.
A principios de la década de 1950, el ejército estadounidense probó en el Océano Pacífico una serie de armas nucleares "impulsadas" por gases que creaban una reacción de fusión, lo que provocó una explosión 700 veces más potente que la de Hiroshima.
Sostener la fusión nuclear durante largos periodos es mucho más difícil, y mientras China avanza a toda velocidad con sus tokamaks, Estados Unidos está encontrando una ventaja en otra tecnología: los láseres.
A finales de 2022, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California dispararon casi 200 láseres a un cilindro que contenía una cápsula de combustible del tamaño de un grano de pimienta, en el primer experimento del mundo que generó una ganancia neta de energía de fusión. Esto significa que el proceso generó más energía de la que se utilizó para calentar la cápsula (aunque no se contabilizó la energía necesaria para alimentar los láseres).
Un componente del sistema láser del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, donde los científicos lograron con éxito la "ignición" para producir una reacción de fusión. (Crédito: Damien Jemison/Laboratorio Nacional Lawrence Livermore)
Aún hay más formas de lograr la fusión nuclear, y Estados Unidos está apostando por diversas tecnologías.
No es imposible que ese enfoque de sus frutos.
"No sabemos exactamente cuál va a ser el mejor concepto, y puede que no sea uno solo", dijo Melanie Windridge, física del plasma con sede en el Reino Unido y CEO de Fusion Energy Insights, una organización de seguimiento de la industria. En última instancia, puede haber varios enfoques viables para la energía de fusión, dijo a CNN. "A largo plazo, todo dependerá de los costos y otros factores".
Pero el tokamak es el concepto mejor estudiado, dice.
"Con el tiempo, ha sido el más investigado, por lo que es el más avanzado en términos físicos", explicó Windridge. "Y muchas empresas privadas se están construyendo sobre eso".
Con el dinero que China invierte en investigación, el concepto de tokamak evoluciona rápidamente. El tokamak chino EAST de Hefei mantuvo estable el plasma a 70 millones de grados Celsius —cinco veces más caliente que el núcleo del sol— durante más de 17 minutos, un récord mundial y un avance objetivamente asombroso.
Mikhail Maslov, de la Autoridad de la Energía Atómica del Reino Unido, lo describió como un "hito importante", añadiendo que mantener pulsos largos de plasma largos sigue siendo uno de los mayores retos técnicos para comercializar la energía de fusión.
Mientras el Gobierno chino invierte dinero en la fusión, Estados Unidos ha atraído mucha más inversión privada. A escala mundial, el sector privado ha invertido US$ 7.000 millones en fusión en los últimos tres o cuatro años, de los cuales aproximadamente el 80% ha correspondido a empresas estadounidenses, según Allain, del DOE.
"En Estados Unidos existe un espíritu emprendedor capaz de pensar con originalidad e innovar para colmar algunas lagunas, no solo científicas, sino también tecnológicas".
Pero si el Gobierno chino sigue invirtiendo más de mil millones de dólares al año, pronto podría eclipsar el gasto estadounidense, incluso en el sector privado.
Y si esas inversiones dan sus frutos, las coloridas celebraciones de Shanghái no solo estarán impulsadas por la fusión, sino que proyectarán a China bajo una luz totalmente nueva.
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