El futuro es la fusión

Entrevista con el fundador y director general de Commonwealth Fusion Systems sobre su innovador programa de tecnología de fusión.

Commonwealth Fusion Systems (CFS) es una empresa fascinante que opera a la vanguardia de la ciencia y transforma el pensamiento en el sector energético. Desde que se fundó en 2018, como una empresa derivada del Plasma Science and Fusion Center en el ITM, se ha centrado en el desarrollo de imanes superconductores de alta temperatura (HTS) y en la creación del primer sistema de fusión de ganancia de energía neta del mundo. Esta tecnología revolucionaria tiene el potencial de proporcionar al mundo una energía sostenible, limpia y sin límites.

En diciembre de 2021 JIMCO Technology Fund participó en la ronda de financiación de la Serie B de 1800 millones de USD de CFS para acelerar la comercialización de la energía de fusión. La inversión continúa demostrando el apoyo de JIMCO a las tecnologías innovadoras y revolucionarias que influirán positivamente en el futuro de las industrias centrales que impulsan la economía global.

Hablamos con Bob Mumgaard, director general y cofundador de CFS, y con Fady Jameel, presidente adjunto y vicepresidente de Abdul Latif Jameel, sobre la tecnología de la empresa, su visión de una energía verdaderamente sostenible y cómo encaja con la cartera de innovadores y disruptores tecnológicos avanzados de JIMCO.

¿Puede explicar el trasfondo a CFS y su misión?

BM: CFS nació de personas e ideas que surgieron del Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del ITM. El PSFC llevaba décadas trabajando en energía de fusión y podíamos ver que esta tecnología iba a dar el salto del laboratorio a la comercialización. La pregunta era cómo y qué podíamos hacer para acelerar el proceso. En 2016 comenzamos a formular un plan basado en la tecnología avanzada de imanes que estábamos desarrollando en el ITM, con el que todavía trabajamos muy de cerca. Para 2018 CFS se había establecido como una empresa independiente y tenía su primera financiación. El siguiente paso fue ejecutar el plan técnico que habíamos elaborado.

¿Podría explicar en términos sencillos la ciencia detrás de los sistemas de energía de fusión?

La fusión es el proceso opuesto a la fisión (conocida comúnmente como fisión nuclear o energía nuclear en nuestra vida diaria). Mientras que la fisión nuclear divide el átomo, la fusión toma los átomos más ligeros (por ejemplo, hidrógeno) y los combina, o los fusiona.

La fusión es la reacción fundamental del universo. Así es como funcionan todas las estrellas, como el Sol. Es la reacción que creó todos los átomos que están en nuestro interior.

Para hacer que esa reacción se produzca en la Tierra en una máquina, debemos lograr que las condiciones dentro de esa máquina repliquen las condiciones dentro de una estrella. Esto implica muchísimo calor, unos 100 millones de grados [Celsius], así que el material que produce la fusión, el plasma, parece estar en el espacio exterior, no en la Tierra. La mayoría de las tecnologías que se han desarrollado para lograrlo utilizan un campo magnético para aislar el plasma. El plasma se calienta a temperaturas increíbles y, con el tiempo, comienza a producirse la reacción y generarse energía.

© cortesía del Instituto Tecnológico de Massachusetts (ITM) y el Plasma Science and Fusion Center del ITM.

Dos de los elementos críticos para hacer posible este proceso son los imanes y el tamaño y la forma de la máquina. Básicamente, cuanto más fuertes sean los imanes, mejor será el aislamiento. En términos de la máquina, las diferentes formas tienen distintos atributos respecto a cómo se aísla el plasma. La mayoría de sistemas de energía de fusión, incluido CFS, utilizan un tipo de máquina que se denomina tokamak, que es básicamente una “botella magnética” para confinar el plasma de fusión.

Entonces, ¿qué hace que la energía de fusión sea tan revolucionaria?

BM: El proceso de fusión libera enormes cantidades de energía: alrededor de 200 millones de veces más energía por reacción que la quema de combustibles fósiles.

Esto tiene todo un montón de efectos colaterales. Por un lado, significa que básicamente el combustible es gratis. Para el combustible no se necesita ningún recurso. Está en todas partes y es universalmente accesible.

Esto significa que la energía está desacoplada de los recursos, lo cual es un cambio fundamental en cómo pensamos en ella. No estamos extrayendo algo del suelo ni esperando a que el viento sople o el sol brille. Solo estamos construyendo una máquina.

Por otro lado, como es lo opuesto a la energía [de fisión] nuclear, no tiene sus desventajas. No requiere una reacción en cadena atómica y carece de las preocupaciones de la fusión. No emplea materiales que haya que supervisar porque podrían utilizarse para fabricar armas. No genera residuos nucleares de larga duración que haya que eliminar. En ese sentido, es un proceso mucho más limpio y sencillo.

¿Ha habido algún avance tecnológico que haya servido particularmente para impulsar esta tecnología?

BM: Sí, por supuesto. El tokamak es, con diferencia, el enfoque más conocido de la fusión. Se ha demostrado que confina el plasma en el que se produce la fusión y tiene un mayor rendimiento que ningún otro concepto, por un factor de alrededor de 1000.

Sin embargo, hay un gran inconveniente: la tecnología actual necesita que los tokamak sean muy grandes para crear el campo magnético y lograr la energía neta para la fusión, un requisito para una planta de energía. Por ejemplo, una colaboración internacional está construyendo una planta llamada ITER en el sur de Francia y es una instalación enorme. La plataforma para la máquina del tokamak por sí sola mide 1 km de largo y 400 m de ancho, lo que equivale a unos 60 campos de fútbol.

Creíamos que, si pudiéramos construir imanes más potentes con un campo magnético significativamente más alto, podríamos reducir drásticamente el tamaño del tokamak y lograr energía neta a partir de la fusión con una máquina más pequeña y menos costosa.

Por lo tanto, utilizamos los nuevos superconductores de alta temperatura (HTS) disponibles para construir nuevos imanes revolucionarios, mucho más pequeños y con campos magnéticos mucho más altos que los imanes de fusión actuales.

El resultado es que, al desarrollar estos imanes HTS en las configuraciones correctas, ahora podemos hacer tokamaks mucho más pequeños, unas 40 veces más pequeños que ITER, lo que cambia las reglas del juego para los sistemas de fusión.

¿Cómo de potentes son estos imanes HTS?

BM: Los imanes que utilizamos son de 20 Tesla[1] (20T), que es la unidad utilizada para medir el magnetismo. Este es el imán de fusión más fuerte de su tipo. En comparación, un imán 15T podría levantar 31 torres Eiffel, un imán 19T podría levantar 403 aviones Boeing 747 y nuestro imán 20T podría levantar un buque acorazado.

¿Estos imanes de HTS se desarrollaron en el ITM?

BM: Cuando empezamos, había muy pocos imanes de HTS. Parte del material ya existía y la gente había hecho imanes más pequeños, pero nada cerca de lo que se necesitaba para una máquina de fusión.

Al principio de CFS nos centramos en desarrollar esta tecnología de imanes lo más rápido posible. Ese era el objetivo para los tres primeros años de nuestra empresa, en colaboración con el ITM. La gente dijo que llevaría al menos 10 años. Teníamos confianza en que podíamos hacerlo en tres, y lo logramos.

Fady, Abdul Latif Jameel tiene un largo historial de inversión en tecnologías energéticas sostenibles. ¿Qué es lo que más llama su atención sobre Commonwealth Fusion Systems?

FJ: Conocimos CFS a través de nuestra relación con el ITM. El ITM está muy cerca de nuestros corazones y de nuestro negocio, así que nos tomamos muy en serio lo que dicen. Mantenemos una relación bastante exitosa en términos de negocios y de filantropía.

Cuando nos enteramos de la existencia de CFS, nos interesamos inmediatamente debido a nuestra participación en tecnologías de energías renovables, tanto solares como eólicas, y más recientemente en hidrógeno verde. Gracias a su revolucionaria tecnología, CFS es pionera en una vía de transformación que podría ayudar a la descarbonización global a un ritmo mucho más rápido. Por supuesto, nosotros estuvimos dispuestos a participar y proporcionar nuestro apoyo para acelerar ese proceso.

Estuve con nuestro presidente en la COP26 en Glasgow y fuimos testigos del gran interés por la energía de fusión. Está generando mucha emoción en términos de lo que podría lograrse, posiblemente mucho antes que otras tecnologías disponibles en la actualidad.

¿Cree que el capital privado tiene una oportunidad, si no una responsabilidad, de acelerar el desarrollo de tecnologías revolucionarias como esta y crear un futuro sostenible?

FJ: Sí. Creo que tanto el capital privado como las empresas familiares tienen la ventaja de la paciencia. Pueden permitirse invertir a largo plazo porque no están obligados a responder a una serie de accionistas que exigen rentabilidades en un plazo de tres a cinco años. Como tal, creo que tienen una oportunidad única, posiblemente una responsabilidad, para invertir en estos tipos de tecnologías futuras innovadoras como parte de su continuidad comercial, y también como una responsabilidad con las generaciones futuras.

En el mundo hay otros proyectos de energía de fusión. ¿Qué diferencia a la tecnología de CFS? ¿Todo gira en torno a los imanes?

BM: Nuestro objetivo es hacer avanzar la tecnología de fusión lo más rápido posible, utilizando la ciencia probada y desarrollando nuevas tecnologías que permitan su comercialización.

Por eso utilizamos el tokamak, el enfoque de fusión de mayor rendimiento y mejor entendido. Luego añadimos lo que faltaba, la capacidad de construirlo en una escala adecuada, que se logró gracias a los imanes HTS. Al añadir la tecnología de imanes HTS a los tokamaks, podremos comercializar la energía de fusión en el menor tiempo posible.

Pero lo que hace que CFS sea único no es solo nuestra tecnología de imanes. Somos un grupo muy colaborativo. Trabajamos en colaboración con diferentes laboratorios e instituciones. Publicamos nuestras investigaciones, obtenemos revisiones de expertos y planteamos preguntas. Nos preguntamos constantemente: “¿Cómo podemos mejorar?” El nivel de críticas al que hacemos frente es bastante inusitado. Lo hacemos porque sabemos que este enfoque se ha probado en la industria, una y otra vez, como la mejor forma de acelerar el progreso, para hacer que las cosas lleguen al mercado más rápido. Con el cambio climático, estamos en una lucha contrarreloj, así que queremos avanzar tan rápido como podamos.

Una vez comercializada, ¿esta tecnología sustituirá a la energía solar y eólica, o la complementará?

BM: Es claramente un complemento. La energía es el mayor mercado de la historia humana, pero tenemos que cambiarlo radicalmente. Es una tarea abrumadora, pero es lo que requiere la transición energética.

Debemos implementar las tecnologías que tenemos hoy, es decir, la eólica y la solar, tan rápido como podamos. No son perfectas, pero son mucho mejores que añadir más carbono al aire. Si no resolvemos la cuestión de la energía, no remediaremos el cambio climático.

La fusión ofrece la capacidad de tener otra herramienta complementaria, sin emisiones, sin carbono, sin extracción de recursos, sin residuos nucleares de alto nivel y muy, muy potente, lo que significa que una planta pequeña generaría mucha energía. Es algo único que debemos añadir a la mezcla energética.

Bob, habla de estar preparado para comercializar la energía de fusión a principios de la década de 2030. ¿Cuáles son los siguientes pasos para lograrlo?

BM: Nuestro primer hito fue construir el imán HTS y demostrar que podía funcionar. Acabamos de lograrlo en septiembre [2021]. Lo siguiente es construir y operar SPARC. SPARC es un tokamak de fusión de energía neta comercialmente relevante que utiliza tecnología de imanes HTS. Será el primer tokamak de energía neta que se haya construido, lo que significa que produce mucha más energía que la que necesita para calentar el plasma. SPARC está diseñado para producir 10 veces más potencia de la que consume, un requisito indispensable para un sistema comercial, y nuestro objetivo es terminarlo para 2025.

SPARC en sí no suministra energía a la red. Para esto estamos construyendo otro sistema, la primera planta de energía de fusión que llamamos ARC.

SPARC ya está en construcción y debería comenzar a funcionar en 2025. Nos permitirá aumentar enormemente nuestros conocimientos, no solo de la física del plasma y de un tokamak, sino también sobre la experiencia de construir una planta y lo que cuesta. Nos dará mucha confianza acerca de cómo funcionará la unidad comercial, ARC. Con SPARC aprenderemos más sobre cómo funcionará, lo que costará y lo que se necesitará para ponerla en la red. Nuestro objetivo es tener ARC en funcionamiento a principios de la década de 2030.

A medida que CFS trabaja para alcanzar sus objetivos, ¿qué es lo que más le entusiasma en los próximos años?

FJ: Estamos muy entusiasmados y tenemos muchas ganas de continuar este viaje juntos.

Estamos aquí para ayudar. Estamos aquí para dar un verdadero impulso. Esto es mucho más para nosotros que una simple empresa rentable.

Se trata de una nueva dirección para JIMCO y, con suerte, una nueva dirección para la industria y nuestra sociedad.

BM: En este viaje vamos por el buen camino. Ya estamos haciéndolo. Estamos entusiasmados. Nos sentimos seguros de nosotros mismos. En el pasado siempre nos marcamos plazos ambiciosos y hemos hecho un trabajo bastante bueno para cumplirlos, incluso ante el escepticismo. Estamos entusiasmados de seguir haciéndolo en el futuro, aprovechando el impulso, trabajando con más socios y allanando el camino para que la siguiente etapa esté lista.

[1]Tesla (T) es una unidad derivada de la fuerza del campo magnético B en el Sistema Internacional de Unidades. Un tesla equivale a un weber por metro cuadrado. 1 T in: es igual a unidades base SI: 1 kg⋅s−2⋅A−1 Símbolo: T Derivación: 1 T = 1 Wb/m2