Ciencia

Estos científicos podrían revivir la búsqueda de la fusión fría

Los primeros resultados públicos de un proyecto financiado por Google revelan un interés renovado en esta fuente tan anhelada y polémica de energía nuclear.jueves, 30 de mayo de 2019

Por Michael Greshko
Estos investigadores utilizan este sistema para estudiar los procesos de fusión a energías relativamente bajas como parte de la reevaluación de la fusión fría financiada por Google. Las partículas del interior del aparato tienen energías iguales a temperaturas superiores a los 10 millones de grados Celsius. Aunque parezca una temperatura muy alta, es mucho más «fría» que las condiciones de fusión habituales.

Hace 30 años, un par de químicos coparon titulares de todo el mundo cuando afirmaron que habían logrado la «fusión fría»: la producción de energía empleando la misma reacción nuclear que potencia el sol, pero a temperatura ambiente. De confirmarse, el descubrimiento podría haber transformado el panorama global de la energía de la noche a la mañana, pero los hallazgos de los químicos no se replicaron claramente.

Los intentos de desencadenar la fusión fría, tachada de causa perdida por la física convencional, están regresando gracias al esfuerzo furtivo del gigante tecnológico estadounidense Google.

En un artículo de revisión publicado en Nature, un equipo de investigadores estadounidenses y canadienses financiados por Google hicieron públicos sus esfuerzos de reconsiderar la fusión fría. Como muchos investigadores externos, el equipo de Google no ha hallado pruebas del fenómeno tal y como se describía originalmente. Sin embargo, desde 2015, sus esfuerzos han dado lugar a tres prepublicaciones y nueve publicaciones revisadas por pares, entre ellas la reciente revisión, que aportan nueva información sobre materiales fundamentales y que han mejorado las técnicas de medición de altas temperaturas y presiones.

Con estos avances, el equipo reconoce que aún queda mucha ciencia básica por delante, una investigación que probablemente no se ha hecho por su relación con la fusión fría.

«Por eso nos implicamos y en realidad es el trabajo que seguimos haciendo», afirma Yet-Ming Chiang, miembro del equipo y científico de materiales en el MIT. «Este proyecto no ha terminado en absoluto. Hay mucho trabajo en curso que nos interesa hacer».

Aunque la investigación puede suscitar sorpresa, Google era consciente de los riesgos. Dos de los coautores de la revisión, los ingenieros de Google Ross Koningstein y David Fork, han argumentado que para trasladar una innovación significativa al sector de la energía, el 70 por ciento de la financiación de la investigación debería destinarse a tecnologías básicas, el 20 por ciento debería dedicarse a la investigación pionera, y el 10 por ciento debería respaldar ideas de alto riesgo que podrían funcionar, como la fusión fría.

Independientemente de si sus experimentos dan lugar a avances en la energía, el equipo de investigación espera que hayan dado cobertura a los jóvenes investigadores y a las agencias de financiación gubernamentales para que reconsideren este área de la ciencia con una mente abierta.

«Es el momento perfecto para esto», afirma Curtis Berlinguette, autor principal y químico de la Universidad de la Columbia Británica. «Me emociona mucho demostrar a las generaciones más jóvenes de científicos que está bien correr riesgos, hacer apuestas arriesgadas».

Una investigación polémica

La fusión nuclear tiene lugar cuando los pares de núcleos ligeros se fusionan para formar un núcleo de masa neta más ligera, liberando enormes cantidades de energía, según se describe en la emblemática ecuación de Einstein E = mc2. Dentro del sol, los átomos de hidrógeno se fusionan para producir helio y energía. Si se consigue aprovechar en la Tierra, la fusión podría aportar a la humanidad una energía abundante y sin emisiones, una gran bendición para combatir el cambio climático.

Pero conseguir que la fusión funcione en la Tierra es complicado, ya que cuesta acercar dos núcleos lo suficiente como para que se combinen. Los núcleos atómicos tienen carga positiva, así que se repelen, un obstáculo conocido como barrera de Coulomb. Atravesar esta barrera y lograr la energía de fusión es posible a altas densidades y temperaturas, si los núcleos están confinados durante el tiempo suficiente. Pero para conseguir estas condiciones, los científicos necesitarían máquinas grandes y caras, y enormes cantidades de energía inicial. El interior del ITER, un reactor de fusión que se está construyendo en Francia, tendrá que alcanzar 150 millones de grados Celsius para desencadenar la fusión, una temperatura diez veces más cálida que el núcleo del sol.

«Lo que hace la naturaleza con la enorme fuerza de gravedad del núcleo solar es lo que la humanidad ha tratado de hacer en condiciones controladas en el laboratorio», afirma Amitava Bhattacharjee, físico y teórico principal del Laboratorio de Física de Plasmas de Princeton, uno de los principales grupos de investigación de fusión en Estados Unidos.

«Llevamos con esto 60 años y creo que el progreso ha sido enorme», añade. «Pero aún seguimos teniendo problemas para hacer que la energía de fusión nuclear esté disponible para las personas».

Pero ¿y si los materiales con estructuras ingeniosas pudieran reducir la energía necesaria para la fusión? Eso es lo que creían haber logrado los químicos Martin Fleischmann y Stanley Pons en la Universidad de Utah. El dúo hizo pasar electricidad por una vara de paladio en la denominada agua pesada, una forma de agua en la que los átomos de hidrógeno se remplazan con su pariente más pesado, el deuterio.

En una conferencia de prensa celebrada el 23 de marzo de 1989, Fleischmann y Pons anunciaron que su configuración emitía cientos de veces más calor de lo que la química podía explicar. Su interpretación: los núcleos de deuterio dentro del paladio se estaban fusionando. La noticia llegó a titulares de todo el mundo. ¿Se habían resuelto de una vez por todas los problemas de energía de la humanidad?

«[A los físicos] nos emocionó mucho», afirma Bhattacharjee. «Imagine si esto fuera verdad, lo maravilloso que sería, lo sencillo que sería. Este sería el sueño de mucha gente».

 

Pero para muchos, la emoción pronto dio paso al escepticismo. Los primeros intentos externos de replicar los resultados no emitieron grandes cantidades de calor, y la configuración no parecía dar lugar a muchos neutrones de alta energía.

«En marzo de 1989, todos se involucraron en este tema, incluso los físicos de fusión serios (como yo)», escribe por email Hans-Stephan Bosch, director del experimento de fusión Wendelstein 7-X del Instituto Max Planck para la Física de Plasmas. «Sin embargo, no encontramos resultados positivos que confirmasen sus afirmaciones. Por lo tanto, acabamos nuestro trabajo, lo publicamos y cerramos el tema. Mi impresión es que la mayoría de los físicos y químicos hicieron lo mismo, considerar la fusión fría un episodio “interesante”».

Desde entonces, la fusión fría sirvió como parábola sobre los peligros de la irreproducibilidad. Pero un pequeño grupo de investigadores y entusiastas ha seguido convencido de que el fenómeno es real y de naturaleza nuclear, aunque no es necesariamente lo mismo que la fusión. Este círculo científico aún experimenta e informa de los resultados en sus propios congresos y revistas, aunque ha cambiado el nombre «fusión fría» por el de reacciones nucleares a bajas energías, o LENR, por sus siglas en inglés.

«Nunca desapareció del todo, pero tampoco se ha desarrollado de la forma que han hecho otros campos científicos», afirma David Kaiser, historiador científico del MIT que ha escrito acerca de la comunidad de la fusión fría. «Me parecía interesante; era una especie de comunidad en la sombra con diferentes características comunitarias, por no hablar de reivindicaciones intelectuales».

Durante un tiempo, Matt Trevithick formó parte de ese club. Había oído hablar de la fusión fría por primera vez cuando estudiaba en el MIT y, entre 2004 y 2005, Trevithick trabajó para Spindletop, una empresa que contribuía a la investigación de las LENR. Por eso cuando Trevithick acabó formando parte del equipo de investigación de Google como director de proyectos, decidió retomar esta fastidiosa cuestión.

«La historia [de la fusión fría] se decidió en cuestión de meses, y nada en la ciencia se decide tan rápido», afirma. «Se me había quedado atragantada durante años».

Batería de pruebas

Para abril de 2015, Trevithick había identificado a investigadores candidatos para el proyecto y los invitó al campus de Google en California. Ninguno de los investigadores se conocían; aquel día se convirtió en un juego de adivinanzas para descifrar por qué habían sido invitados.

«No voy a mentir, hubo momentos incómodos», afirma Trevithick.

A continuación, los investigadores tuvieron varios meses para proponer experimentos, que redujeron colectivamente a tres prioridades. Desde el principio, los investigadores acordaron revisar su trabajo con rigurosidad y publicar todos sus resultados, aunque su trabajo no diera frutos.

El primer gran experimento pretendía abordar una afirmación fundamental en la comunidad de la fusión fría: si suficientes átomos de deuterio se introducen eléctricamente en un fragmento de paladio —al menos siete por cada ocho átomos de paladio—, el dispositivo desprende un exceso de calor. Pero los investigadores enseguida se dieron cuenta de que introducir el deuterio en el paladio y medirlo es extremadamente difícil.

En el pasado, los investigadores habían medido el contenido de deuterio del paladio siguiendo los cambios en su resistencia eléctrica. Pero cuando el equipo de Google probó la técnica, se detectó errores. Así que idearon una nueva técnica de medición: atravesar el paladio con rayos X para observar directamente cuánto se había hinchado el metal cargado.

El segundo plan del equipo probó si calentar hidrógeno con varios metales en polvo provoca la fusión, produciendo calor y subproductos de la fusión. Los defensores italianos de la fusión fría lo habían sostenido desde los años 90, entre ellos Andrea Rossi, el pintoresco inventor del E-Cat, un dispositivo que, según Rossi, es un reactor de LENR.

Pero cuando los investigadores intentaron replicar las afirmaciones de Rossi, se dieron cuenta de que sus herramientas podían dar resultados inexactos a las temperaturas y presiones requeridas. Así que Berlinguette y sus alumnos construyeron cuatro de los calorímetros más precisos del mundo, dispositivos que miden el calor emitido por las reacciones que se producen en su interior. Llevaron a cabo 420 ensayos y experimentos independientes, y ninguno de ellos produjo claramente un exceso de calor. El equipo detallará sus ensayos en un futuro artículo preimpreso de arXiv, según indica Trevithick por email.

Su tercer experimento profundizó en los resultados documentados en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en los años 90: que un cable de paladio electrificado rodeado de una nube de deuterio cargada eléctricamente producía determinados subproductos de fusión, específicamente un exceso de tritio, un pariente pesado y radiactivo del hidrógeno.

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Berkeley Peter Seidl (izquierda), Arun Persaud (centro) y Qing Ji (derecha) trabajan en un experimento de fusión.

Cuando el físico Thomas Schenkel del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y su equipo pusieron a prueba esa afirmación, no detectaron un pico de exceso de tritio. Pero aunque las reacciones de fusión aún son muy raras a bajas energías, descubrieron que la fusión ocurría con entre 100 y 160 veces más frecuencia de lo esperado en su experimento. El equipo de Schenkel describe los resultados preliminares en una prepublicación subida a arXiv.

«Cuando veo una discrepancia de factor cien entre mis datos [y] la teoría establecida, normalmente significa que es interesante», afirma. «Creo que me gustaría profundizar en eso».

Para el futuro

Ahora que el equipo ha hecho público su trabajo, Chiang afirma que quieren combinar el trabajo de su laboratorio con el dispositivo de Schenkel, con el objetivo de crear un «experimento de referencia» para que otros laboratorios también avancen la investigación sobre la física nuclear de bajas energías.

Desde 2015, según Trevithick, Google ha invertido 10 millones de dólares en la iniciativa y la financiación continuará hasta finales de 2019. Trevithick insiste en que la fusión fría representa solo una pequeña parte de la investigación energética de Google, que incluye trabajar con la empresa de fusión tradicional TAE Technologies. Independientemente de las futuras inversiones de Google, los investigadores a los que ha apoyado afirman que les interesa continuar la labor a partir de sus méritos científicos básicos.

Y si ellos u otros consiguen descubrimientos nuevos y disruptivos en la ciencia y la ingeniería siguiendo vías menos convencionales, Bhattacharjee recibirá el esfuerzo con agrado.

«No quiero decir si [la fusión fría] en particular será uno de esos candidatos, pero en general estoy a favor de probar cosas nuevas», afirma. «Y esa fue la parte emocionante del experimento Pons-Fleischmann. Es interesante que se atrevieran».

Por otra parte, Bhattacharjee es un veterano de las iniciativas de traer el sol a la Tierra y sabe lo mucho que cuesta interpretar el papel de Prometeo.

«Muchas personas inteligentes se han dedicado a ello durante mucho tiempo y la razón por la que han progresado tanto y aún no lo han resuelto es porque es un problema muy difícil», añade. «Quizá sea el mayor problema de la ciencia y la ingeniería al que nos hayamos enfrentado».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.

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