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Nuevas fuentes de energías

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ciencia futura    ~    Comentarios Comments (11)

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Fusión de Deuterio con Tritio produciendo helio-4 liberando un neutrón, y generando 17,59 MeV de energía, como cantidad de masa apropiada convertida de la energía cinética de los productos, de acuerdo con E = Δm c2. En física nuclear , la fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

Instalación para fusión nuclear

Este proceso puede liberar enormes cantidades de energía. Sin embargo el proceso no es tan simple, requiere de una enorme energía de activación a una temperatura del orden de los millones de grados. De haber esta energía, surge otra dificultad: la estructura material de un reactor puede fundirse a tan elevada temperatura.

Dentro de unos treinta años estaremos en el camino correcto, la energía de fusión sería una realidad que estará en plena expansión de un comenzar floreciente. Sin residuos nocivos peligrosos como las radiaciones de la fisión nuclear, la fusión, nos dará energía limpia y barata en base a una materia prima muy abundante en el planeta Tierra.

Nuestro Sol fusiona Hidrogeno en Helio a razón de 4.654.000 toneladas por segundo. De esta enorme cantidad de Hidrógeno, 4.650.000 toneladas se convierten en Helio. Las 4.000 toneladas restantes, son lanzadas al espacio en forma de luz y calor, energía termonuclear de la que, una parte, llega al planeta Tierra y hace posible la vida.

Resulta pues que, el combustible nuclear de las estrellas es el Hidrógeno que mediante su fusión hace posible que genere tal enormidad de energía. Así lleva el Sol unos 4.500 millones de años, y se espera que, al menos durante un período similar, nos esté regalando su luz y su calor.

No debemos confundir la Fisión con la Fusión, la primera es la que se emplea en las Centrales nucleares para producir energía y, ya sabemos todo lo peligrosa que resulta (Japón, en sus propias carnes ha sufrido y sufre sus consecuencias), las radiaciones del Uranio y del Plutonio son fatales para la vida. Por el contrario, la fusión es limpia pero…de momento, inalcanzable.

Pero ¿tenemos Hidrógeno en el planeta Tierra para tal empresa?

La verdad es que sí. La fuente de suministro de Hidrógeno con la que podemos contar, es prácticamente inagotable…

¡El agua de los mares y de los Océanos!

Todos sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero y abundante del Universo. Está presente en el agua y en todos los compuestos orgánicos. Químicamente, el hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos. Fue descubierto por Henry Cavendisch en 1.776. El hidrógeno se utiliza en muchos procesos industriales, como la reducción de óxidos minerales el refinado del petróleo, la producción, de hidrocarburos a partir de carbón y la hidrogenación de los aceites vegetales y, actualmente, es un candidato muy firme para su uso potencial en la economía de los combustibles de hidrógeno en la que se usan fuentes primarias distintas a las energías derivadas de combustibles fósiles (por ejemplo, energía nuclear, solar o geotérmica) para producir electricidad, que se emplea en la electrolisis del agua. El hidrógeno formado se almacena como hidrógeno líquido o como hidruros de metal.

Bueno tanta palabrería y explicaciones solo tiene por objeto hacer notar la enorme importancia del Hidrógeno. Es la materia prima del Universo, sin él no habría estrellas, no existiría el agua y, lógicamente, tampoco nosotros podríamos estar aquí sin hidrógeno.

Si finalmente somos capaces de conseguir energía a través de la fusión nuclear, la Humanidad habrá dado un paso gigante hacia su futuro. Pero sigamos con las explicaciones. Cuándo dos moléculas de Hidrógeno se junta con una de Oxígeno (H2O), tenemos el preciado líquido que llamamos agua y sin el cual la vida no sería posible.

Así las cosas, parece lógico pensar que, conforme a todo lo antes dicho, los seres humanos, deberán fijarse en los procesos naturales (en este caso el Sol y su producción de energía), y, teniendo como tiene a su disposición la materia prima (el Hidrógeno de los océanos), procurar investigar y construir las máquinas que sean necesarias para conseguir la fusión, la energía del Sol.

Esa empresa está ya en marcha y, como he dicho al principio de este comentario, posiblemente, en unos treinta años, sería una realidad que nos dará nuevas perspectivas para continuar el imparable avance en el que estamos inmersos. La energía, a lo largo de la historia, ha permitido elevar el nivel de vida del ser humano. La energía es la base de todo sistema económico, de ella depende el coste de todos los productos, desde un chicle a una limusina: a más escasez de energía, más cuesta ganarse la vida. El carbón, en primer lugar, posibilitó la extinción de la servidumbre; el petróleo, mientras fue abudante, logró que la economía mundial viviese su época dorada durante 1950-1973; la energía de fisión actual se presenta, a veces, como única alternativa. Sin embargo, todas estas energías tienen un vicio común: o son escasas o contaminan.

central nuclear 1 Fotos de centrales nucleares

Tenemos que huir de esto, la Fisión nuclear no es la solución Pero no me gustaría cerrar este comentario sobre la fusión sin contestar a una importante pregunta… ¿por qué la fusión?

Porque tiene una serie de ventajas muy significativas en seguridad, funcionamiento, medio ambiente, facilidad en conseguir su materia prima, ausencia de residuos peligrosos, posibilidad de reciclar los escasos residuos que genere, etc. Los recursos combustibles básicos (deuterio y Litio) para la fusión son abundantes y fáciles de obtener.

  • Los residuos son de helio, no radiactivos.
  • El combustible intermedio, Tritio, se produce del Litio.
  • Las centrales eléctricas de fusión no estarán expuestas a peligrosos accidentes como las centrales nucleares de fisión.
  • Con una elección adecuada de los materiales para el propio dispositivo de fusión, sus residuos no serán ninguna carga para las generaciones futuras.
  • La fuente de energía de fusión es sostenible, inagotable e independiente de las condiciones climáticas.

Para producir la energía de fusión solo tenemos que imitar lo que hace el Sol. Tenemos que hacer chocar átomos ligeros de Hidrógeno para que se fusionen entre sí a una temperatura de 15 millones de grados Celsius, lo que, en condiciones de altas presiones (como ocurre en el núcleo del Sol) produce enormes energías según la formula E=mc2 que nos legó Einstein demostrando la igualdad de la masa y la energía.

Claro que, el problema que surge en la fusión es que para que este tipo de reacciones se produzca se necesita un enorme aporte energético que logre que los nucleos venzxan la fuerza de repulsión que existe entre ellos (ambos cargados positivamente), y puedan universe. Este aporte energético se logra mediante el calor, aplicando temperaturas de millones de grados.

El problema comentado anteriormente proviene de la dificultad de conseguir un reactor nuclear que pueda aguantar esas temperaturas sin destruirse. El estado de la materia a fusionar a esta temperatura se denomina plasma, y su estructura atómica es un completo desorden en este punto. Sí, es verdad que estamos jugando con fuerzas muy poderosas, ¡querer imitar lo que hacen las estrellas!

Actualmente se está investigando en este tipo de reactores en un consorcio denominado ITER.

ITER

Las dos formas que se están experimentando para poder confinar la materia a fusionar son el confinamiento magnético y confinamiento inercial.

  • Confinamiento magnético: Se logra crear y mantener la reacción de fusión gracias a grandes cargas magnéticas.
  • Confinamiento inercial: El calentamiento se obtiene mediante láseres y el confinamiento del plasma con la inercia de la materia que se encuentra en el interior.

Todas las respuestas a nuestras necesidades están en la Naturaleza. Sin embargo, debemos ir con exquisito cuidado, tantear suavemente los resortes que nos puedan llevar a conseguir las respuestas deseadas, ya que, no podemos jugar a ser dioses cuando sólo somos humanos, y, existen fuerzas que ni podemos imaginar. Tratar de buscar soluciones…Sí, hacerlo de cualquier manera…No.

Archivo:Fusión solar.png

                                                                                             En el proceso de la fusión Solar está la respuesta

¿Te imaginas una fuente de energía limpia, barata y casi inagotable? ¿Que utilizara agua como combustible y no produjera ningún tipo de residuo? Son estos sueños los que alimentan la esperanza de la fusión nuclear. Pero, ¿es factible? Pues parece ser que todavía no pero, estamos en el camino.

El ojo humano tiene sus limitaciones para ver, sin embargo, la imaginación no tiene barreras y, a lo largo de la historia de la Humanidad se han dado pruebas de lo lejos que pueden llegar nuestros pensamientos. Hasta no hace mucho se creía imposible que se pudieran lograr muchos de los avances que ahora, nos parecen cosas cotidianas, y, en el futuro no muy lejano, es posible que podamos gozar de esa energía limpia y de contaminación ausente que nos pueda abrir el camino hacia una nueva era. Nuestra Casita Azul necesita que la cuidemos y, un paso muy importante para ello sería…La Fusión Nuclear.

De todas las maneras y a pesar de lo mucho que nuestras mentes pueden imaginar, no será fácil lograr,  aquí en la Tierra el mismo proceso que se produce en nuestro Sol, y, tantas dificultades se presentan para ello que, por eso, muchos hablan de la fusión fría.

¿Podeis imaginar que pudiéramos producir en la Tierra 15 millones de grados de temperatura? ¿Qué máquinas podrían soportarlo? y, desde luego, aislar esas instalaciones del exterior para que el calor no saliera y se produjera una debacle de proporciones inmensas…no parece nada fácil tampoco. Habrá que esperar y seguir trabajando sin desmayo, nuestro futuro lo necesita.

emilio silvera

 

  1. 1
    ignacio
    el 5 de julio del 2011 a las 20:19

    gracias por este post, he leido solo el comienzo, me lo guardo para la noche porque esto…. es como una buena pelicula, o un buen libro, con tranquilidad y serenidad lo leere.

    Responder
  2. 2
    kike
    el 6 de julio del 2011 a las 1:08

    El problema actual en el que se encuentran los científicos que trabajan en la fusión nuclear, creo que se debe principalmente a la necesidad del aislamiento de temperaturas de varios millones de grados necesarios para esa fusión, ya que es muy complicado mantener aislado el proceso del exterior, que por esas altas temperaturas, los soportes se corrompen y contaminan el proceso(Aislantes no efectivos) 

     Mi opinión es que ante esas dificultades, posiblemente se encuentre la solución en las propiedades electromagneticas de la materia; de ahí que estudiar el funcionamiento de los procesos que se llevan a cabo en nuestra estrella, tanto en su exterior (Cromosfera,fotoesfera, corona, etc; como en su interior (Núcleo, zona radiante, zona convectiva), y que tanto adelanto estamos consiguiendo con los satélites gemelos Stereo, posiblemente nos lleve a conocer los secretos de ese electromagnetismo que en nuestro sol permite la división sin problemas(Capas de cebolla), de muy diferentes temperaturas.

     Como lego en el tema, quiero no obstante opinar que ese pudiera ser el camino para que la fusión nuclear se acabe de completar en nuestro planeta; simplemente seria copiar lo existente (como muchísimas veces se ha hecho con éxito). El problema seguramente radicará en saber copiar bien, dada la complejidad del tema.

     Pero como el hombre ya tiene experiencia en copiar de la naturaleza, no dudo que pronto se conseguirá la fusión nuclear, con lo que podremos al fin dejar atrás mecanismos energéticos que pese a ser necesarios para nuestro desarrollo, se están convirtiendo en un lastre y en un importante deterioro del medio en el que habitamos.

      Si las cosas van como parece, no se tardará mucho en lograr esa energía tan barata, limpia e ilimitada; otra cosa será que las diferentes compañías multinacionales implicadas en los combustibles actuales, nos dejen prosperar (Seguramente primero intentarán obtener el control de los procesos de creación de energía mediante la fusión; pero al ser tan barata (a medio plazo), dudo que se muestren conformes).

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 6 de julio del 2011 a las 4:36

    Sí, ese es uno de los mayores problemas, las grandes compañias que nos sangran con el coste de la energía y que ahora tienen que obtener por medios bien conocidos por todos y que nada bueno nos puede traer. En cuanto a las dificiultades, espero que se vencerán. Algo parecido pasó en las centrales nucleares con la escacez de combustible nuclear y, la imaginación humana (como tantas otras veces) lo solucionó.
    Recordemos, por ejemplo, que el uranio 235 es un combustible práctico, es decir, los neutrones lentos son capaces de hacer que el uranio 235 se fisione (se rompa en dos), produciendo más neutrones lentos, que a su vez inducen otras fisiones atómicas.
    El uranio 233 y el plutonio 239 son también combustibles nucleares prácticos por las mismas razones. Sin embargo, ninguno de los dos (uranio 233 y plutonio 239) existen en estado natural sino en trazas mínimas, y el uranio 235, aunque existe en cantidades apreciables, no deja de ser raro. En cualquier muestra de uranio natural, sólo site de cada mil átomos son uranio 235, el resto es uranio 238, el más común y abundante pero, no sirve como combustible nuclear. Puede conseguirse que se fisione pero sólo con neutrones rápidos.
    Los átomos de uranio 238 que se rompen en dos producen neutrones lentos, que no bastan para inducir nuevas fisiones. Se podría comparar con la madera húmeda: es posible hacer que arda pero acabará apagándose. Sin embargo, utilizando un poco de uranio 235 para hacer funcionar un reactor neclear y rodeamos el reactor de uranio 238 ordinario, el ractor al comenzar a funcionar esparce miríadas de neutrones lentos en todas direcciones y son absorbidos por el uranio 238. Estos neutrones no son suficientemente potentes para que el uranio 238 se fisione pero, sin embargo, sí producen otros cambios que, al final, producirán plutonio 239. Separándo este plutonio 239 del uranio (cosa bastante fácil), puede ser utilizado como combustible nuclear práctico.
    Así que, por medio de esa argucia, el hombre ha sabido contrarrestar la escacez de uranio 235 al ser capaz de convertir, el uranio 238 que no valía, en plutonio 239 que sí vale. Está claro que, el combustible utilizado que es el uranio 235, lo ha sido en una proporción pequeña en comparación al plutonio producido con él.
    De la misma manera, podemos proceder con el torio 232 para producir uranio 233 que también es un combustible práctico y, de esa manera, utilizando en un reactor generador un material que “no sirve” conseguimos otro que “sí sirve”. ¡Imaginación!
    La cantidad total de uranio y de torio que existe en la Tierra es unas 800 veces más abundante que las reservas de uranio 235, así que, utilizando el reactor generador de manera adecuada, se puede multiplicar por 800 las reservas de uranio, o, lo que es lo mismo, las reservas energéticas del planeta proveniente de la fisión nuclear.
    Pero no es necesario insistir en los problemas derivados de éste tipo de energías y, por esa razón, estamos hablando aquí de energía de fusión que puede ser el futuro.
    saludos

    Responder
  4. 4
    Roberto Conde
    el 18 de junio del 2012 a las 11:29

    Plasma, plasma, ¡plasma everywhere! :)

    http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell

    Responder
    • 4.1
      Emilio Silvera
      el 19 de junio del 2012 a las 8:46

      Sí, ahí puede estar la solución tan buscada: ¡El Plasma! Y, el enlace que adjuntas es muy esclarecedor.

      Saludos.

      Responder
  5. 5
    Filomeno Augusto
    el 19 de junio del 2012 a las 16:41

    Hola, que me cuentan de este tipo de energía que se ha descubierto?
    http://www.abc.es/20120104/ciencia/abci-inventor-catalan-halla-casualidad-201201040815.html

    Saludos!

    Responder
    • 5.1
      Roberto Conde
      el 19 de junio del 2012 a las 17:55

      No hay ni una explicación de cómo funciona. Yo lo que no entiendo, de base no me lo creo, así que si te enteras de cómo se supone que funciona y nos lo explicas, te lo agradezco.

      Responder
      • 5.1.1
        Filomeno Augusto
        el 19 de junio del 2012 a las 19:26

        Bueno no seré un experto en el tema, pero buscando un poco se puede hallar algo de información en la web sobre el tema: http://www.stbsystems.cat/es/stb-systems

        Saludos!

        Responder
        • 5.1.1.1
          Roberto Conde
          el 19 de junio del 2012 a las 22:38

          Gracias Filomeno, pero ya había visto ese esquema y sin una explicación no me sirve de mucho.

    • 5.2
      Roberto Conde
      el 19 de junio del 2012 a las 23:33

      Le podría dar crédito si la energía proviniera de otra fuente, y ésta se especificara. Por ejemplo del calor interno de la Tierra. O si lo viera funcionando (en cuyo caso le buscaría otra explicación a su funcionamiento xD). Pero decir que saca energía de la presión del agua, así sin más, enseñando unos esquemas… pues no me lo creo. 

      Responder
  6. 6
    Roberto Conde
    el 19 de junio del 2012 a las 23:26

    Dándole vueltas al tema de aprovechar la presión del agua, sólo conozco otra manera de aprovecharla que no sea la típica de las centrales hidroeléctricas (es decir, teniendo un reservorio que se rellena “sin coste”, dejarla caer). Seguro que hay más pero ahora mismo no se me ocurren.

    Se trata de la bomba de ariete.
    http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_ariete 
    Lo que hace en definitiva es darle más energía cinética (y potencial si se “apunta” la tubería de descarga hacia arriba) a una pequeña cantidad de agua quitándole energía potencial a otra. Mientras haya agua en el reservorio, funciona.
    Lo más seguro es que el artilugio del inventor catalán que comenta Filomeno sea un imposible y estemos hablando sencillamente de máquinas de movimiento perpetuo. Es lo primero que uno debe considerar, porque los reservorios de agua en una central hidráulica o en una bomba de ariete se llenan en definitiva por la energía solar, que evapora el agua añadiéndole energía potencial, mientras que en el mar, el “reservorio” de agua “”más energética”" (doble entrecomillado a propósito), la del fondo, acaba ahí por acción de la gravedad, cuyo campo es conservativo, luego no ejerce trabajo, luego no puede añadir energía, luego no es más energética que la que está al nivel del mar.
    Puedes verlo más claro recordando que si tienes agua en el fondo del mar a una presión alta y por arte de lo que sea le dejas espacio para subir, no subirá más que hasta… ¡Sorpresa! ¡El nivel del mar! 

    Por cierto, ¿a que no saben cuál fue, entre otras cosas, probablemente la bomba de ariete más grande jamás construída?

    Responder

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