La búsqueda de una startup neozelandesa para crear una alternativa a los combustibles fósiles con un reactor de fusión nuclear

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“No sé si dije esto al principio, pero estamos construyendo un reactor de fusión nuclear”, me dice Ratu Mataira a mitad de un recorrido por el anodino almacén de Wellington que sirve como sede de OpenStar Technologies.

Un par de máquinas cuadradas y de aspecto caro que se utilizan para fabricar piezas hechas a medida se encuentran en un extremo de la sala. Una cámara de vacío de acero inoxidable (con una ventana que recuerda a la portilla del desafortunado sumergible Titán) y algunos recipientes de nitrógeno líquido sugieren una actividad industrial altamente especializada.

Pero pocos visitantes que salen de la autopista estatal 1 hacia el parque industrial escondido en el desfiladero de Ngauranga adivinarían lo que Mataira y su equipo de 29 personas están cocinando en esta startup.

Para finales de año, OpenStar –respaldado por inversores por una suma de 11,3 millones de dólares– planea haber construido un prototipo de dispositivo de fusión y haber provocado su primera reacción de plasma. Esto por sí solo sería una novedad para Nueva Zelanda y constituiría un primer paso pequeño pero crucial en el camino hacia aprovechar la fusión nuclear para crear energía limpia.

A diferencia de las centrales de fisión nuclear que hay repartidas por todo el mundo y que dividen átomos para generar energía, la fusión nuclear fuerza a los átomos más ligeros a unirse, liberando energía en el proceso.

Un reactor de fusión intenta replicar el proceso en curso en medio de nuestro sol y otras estrellas del universo: producción perpetua de energía, pero sin las emisiones de dióxido de carbono asociadas con las centrales eléctricas alimentadas con carbón o gas.

Es la fuente definitiva de electricidad segura, limpia y barata. Con el tiempo, dice Mataira, se construirán reactores de fusión para reemplazar las centrales eléctricas de carbón y gas desmanteladas, suministrando energía limpia a la red nacional de manera más eficiente que la generación solar o eólica. Pero controlar una reacción de fusión nuclear es una tarea tremendamente difícil. El chiste en física nuclear es que faltan 30 años para que se realice la fusión, y siempre faltarán 30 años.

Sin embargo, la urgencia de la crisis climática ha estimulado una nueva ola de interés e inversión en la fusión nuclear con el objetivo de acelerar el progreso. Algunos expertos sugieren que podríamos ver avances en la fusión en los próximos 6 a 10 años que allanarán el camino para su papel en la generación de electricidad. Después de décadas de progreso marginal, los científicos han alcanzado recientemente algunos hitos importantes.

En diciembre pasado, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California logró la ignición por fusión en un reactor, que es el punto en el que una reacción de fusión se vuelve autosostenida y produce más energía de la que se invirtió en crearla. Esto ha dado al Departamento de Energía de EE.UU. la confianza para ampliar la financiación a ocho empresas estadounidenses para que desarrollen plantas de energía de fusión a escala piloto “dentro de una década”.

Hay al menos 30 nuevas empresas de fusión nuclear en todo el mundo trabajando en esta tecnología, siendo OpenStar posiblemente la más nueva y más remota del grupo. Muchos de los grupos de investigación de fusión establecidos, como el Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), se han centrado en un tipo de reactor llamado tokamak, una máquina con forma de donut o esférica que utiliza campos magnéticos creados por metales. bobinas para confinar plasma o gases sobrecalentados. El combustible (normalmente a base de hidrógeno) que se alimenta al tokamak está sujeto a una intensa presión y temperaturas de más de 100.000.000°C. Los átomos del combustible se fusionan, liberando enormes cantidades de energía en forma de calor.

El objetivo final es convertir ese calor en vapor y accionar una turbina que genere electricidad. Las bobinas magnéticas contienen el plasma increíblemente caliente y evitan que derrita las paredes del reactor. El truco consiste en mantener estable el plasma, un remolino de partículas subatómicas, el tiempo suficiente para que se produzcan reacciones de fusión.

Este es el concepto detrás del Reactor Experimental Termonuclear Internacional, el tokamak más grande del mundo, actualmente en construcción en el sur de Francia. Es un proyecto ambicioso, pero en noviembre pasado se anunció que defectos graves en los componentes retrasarían por tiempo indefinido el objetivo inicial de 2025 de producir plasma. Su coste estimado de 20.000 millones de euros (36.000 millones de dólares) también podría dispararse.

“El tokamak es una tecnología muy madura y muy bien comprendida”, afirma Mataira (Ngāti Kahungunu o Wairoa, Ngāti Porou), que completó su doctorado en superconductividad aplicada en la Universidad Victoria de Wellington el año pasado. "Pero sabemos exactamente dónde están sus límites; desafortunadamente, no es un camino hacia la fusión económica".

Mataira, de 31 años, y su equipo están adoptando un enfoque diferente. Al hacerlo, han revisado lo que algunos en el campo consideran un callejón sin salida para la fusión: el reactor dipolo levitado. El reactor de OpenStar hará levitar un imán en forma de rosquilla en el vacío para crear el fuerte campo magnético necesario para mantener el plasma en su lugar.

Se apoya en otro fenómeno natural, la magnetosfera que rodea la Tierra, que se produce por movimientos en el centro de metal fundido del planeta. “Ese campo magnético se extiende alrededor del planeta y atrapa el plasma que normalmente proviene del viento solar. Esos plasmas son estables y de larga vida”, dice Mataira.

Cuando llegan a la atmósfera, aparecen de manera espectacular en nuestra parte del mundo como el tono verde violeta de la aurora australis. La idea es que el reactor pueda replicar esos campos magnéticos pero mantenga el plasma contenido y agregue combustible para sobrecargar todo, creando una densa cantidad de energía en el proceso.

El MIT desarrolló su propio reactor dipolo levitado, que tiene algunas ventajas técnicas importantes sobre los tokamaks. Pero su experimento perdió financiación hace aproximadamente una década y fue cancelado. “Resultó que había problemas de ingeniería difíciles, tan difíciles que la comunidad básicamente abandonó este concepto”, dice Mataira.

Entonces, ¿por qué su pequeño y modesto equipo lo está resucitando? Sugiere que la clave de su éxito podría residir en una nueva forma de alimentar el imán del reactor, mediante el uso inteligente de superconductores de alta temperatura. Los materiales superconductores son capaces de conducir corriente eléctrica prácticamente sin resistencia y son esenciales para operar un reactor de fusión. Pero los empleados en el reactor del MIT eran superconductores de baja temperatura, que necesitan estar superenfriados para funcionar.

Los superconductores de alta temperatura (HTS), fabricados a partir de diferentes materiales, se vuelven superconductores a una temperatura relativamente cálida de -196,2°C. Resulta que Nueva Zelanda es líder mundial en su fabricación. Los científicos de Wellington, Jeff Tallon y Bob Buckley, emprendieron investigaciones pioneras sobre ellos a finales de los años 1980 en el antiguo Departamento de Investigación Científica e Industrial. Su trabajo finalmente condujo a la creación de una empresa derivada, HTS-110, que logró vender con éxito electroimanes de alto campo en todo el mundo. La pareja recibió conjuntamente el primer Premio de Ciencias del Primer Ministro por su trabajo en 2009.

El potencial de los materiales HTS para ser utilizados en reactores de fusión ha pasado a primer plano en la última década. Permiten la creación de reactores más pequeños y potentes. Mataira completó su doctorado en el Instituto de Investigación Robinson de Victoria, conocido por su investigación HTS de clase mundial. Su doctorado se centró en el desarrollo de aviones eléctricos híbridos utilizando una tecnología muy similar. "Era el mismo argumento: que se necesitan corrientes realmente altas de estos suministros de energía superconductores para que esos aviones eléctricos híbridos funcionen".

Pero se dio cuenta de que el cambio hacia motores de aviones híbridos estaría dominado por las grandes empresas aeroespaciales y su atención se centró en el santo grial de la producción de energía limpia: la fusión nuclear.

“La innovación que hizo que OpenStar apareciera en Nueva Zelanda es lo que hay en este cubo de poliestireno”, le dice Mataira al Listener en el frío almacén de Wellington.

"Lo que estás viendo aquí es un circuito superconductor, justo como lo que un estudiante de electrónica armaría para lograr algún tipo de resultado".

Él cree que un componente HTS integrado en el imán levitado le ayudará a lograr resultados que han eludido experimentos anteriores.

¿Tiene la empresa posibilidades reales de éxito? El profesor Dennis Whyte, director del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT y experto líder mundial en fusión nuclear, dice que aprovechar la experiencia del instituto Robinson en superconductores de alta temperatura le da al equipo una gran ventaja. "Alguien en el mundo debería estar construyendo un dipolo levitado a partir de superconductores de alta temperatura que puedan generar campos magnéticos mucho más altos", le dice a Listener. “Va a ser más estable térmicamente, probablemente será más liviano, por lo que será un poco más fácil de construir. Robinson conoce la física de arriba, abajo y de lado”.

Pero Whyte también es realista acerca de los principales desafíos técnicos que tenemos por delante. El experimento del dipolo levitado del propio MIT, una colaboración con la Universidad de Columbia, fue en realidad un éxito: demostró que la física subyacente para el confinamiento del plasma en un campo dipolar funcionaba. Pero el Departamento de Energía de Estados Unidos optó por respaldar los experimentos con tokamak.

"Su madurez física relativa es todavía bastante baja", dice Whyte sobre el enfoque alternativo. Pero tiene ventajas convincentes.

“Creo que miraremos hacia atrás, a principios de 2023, como una especie de verdadero punto de inflexión para la fusión. ¿Es arriesgado? Maldita sea, es arriesgado. ¿Es ciencia dura? Maldita sea, es difícil. ¿Pero vale la pena intentarlo? Por supuesto. Del otro lado, hay una industria de 10 billones de dólares y hay un pequeño problema llamado cambio climático que tenemos que resolver”.

“La teoría sólo te llevará hasta cierto punto”, dice el actor Cillian Murphy en Oppenheimer, la película biográfica de Hollywood de Christopher Nolan sobre J. Robert Oppenheimer, quien dirigió el proyecto para desarrollar la primera bomba atómica.

Mataira se enfrenta ahora a la misma realidad. En 2021, en su apartamento de Mt Victoria, trazó su plan para el reactor de fusión en una pizarra. Su enfoque, dice su colega de OpenStar y ex compañero de piso Al Simpson, fue intentar "matar" su concepto de fusión sobre el papel lo más rápido posible. Pero Simpson, que en ese momento estaba completando sus estudios sobre gravedad cuántica, se dio cuenta de que su amigo tenía una idea que funcionaba maravillosamente en teoría: no se podía matar. "Tiene la brillantez necesaria para abordar estos aspectos técnicos realmente difíciles", dice sobre Mataira.

Convenció a Simpson, de 28 años, para unirse a OpenStar, fundada a finales de 2021. “No podía ignorarlo. Esto fue súper convincente. Es como, cierto, esto tiene que ser algo que si puedo aportar algún valor, debería hacerlo. Ahora tenemos que agachar la cabeza y demostrarlo”.

Una cinta verde en el suelo del almacén de la empresa marca el lugar donde se construirá el reactor de fusión. Los ingenieros estaban examinando el área el día de la visita del Listener, discutiendo los cimientos reforzados que será necesario construir para albergar el reactor, que se bajará a su lugar mediante una grúa a través de un agujero en el techo. Si Mataira sentía la presión de hacer malabarismos con un proyecto de construcción y ejecutar una nueva empresa con una fecha límite cada vez más cercana para provocar la importante reacción de fusión, no lo estaba demostrando.

El uso de reactores de fusión nuclear no cambiaría nuestra condición de libres de armas nucleares, afirma. Las actividades de la empresa se ajustan a la Ley de seguridad y salud en el trabajo y a la Ley de seguridad radiológica. La fusión plantea riesgos menores que las plantas de energía de fisión nuclear y podrían desarrollarse regulaciones específicas si la tecnología va más allá del uso experimental. Aunque los reactores de fusión no se funden ni producen materiales radiactivos que sean difíciles de eliminar, las cosas aún pueden salir mal cuando se trata de materiales y presiones increíblemente calientes. “Francamente, probablemente seguiremos teniendo accidentes, porque los accidentes ocurren”, reconoce Mataira. "Pero no estamos hablando de que estas cosas se conviertan en riesgos masivos para las comunidades".

Robbie Paul, director ejecutivo de Icehouse Ventures, dice que Mataira no sólo tiene los conocimientos de física necesarios, sino también el impulso empresarial que será crucial para darle a la empresa una oportunidad de éxito.

"No hay muchos fundadores que conozcas cada año que tengan un intelecto extremadamente significativo y esa versatilidad para abarcar el negocio", dice Paul. Icehouse Ventures gestiona una participación del 23% en OpenStar en nombre de su socio inversor Outset Ventures. Las empresas de capital riesgo poseen alrededor de un tercio de la empresa, y Mataira conserva la mayor parte del resto por ahora. El fondo gubernamental Aspire NZ Seed Fund tiene una participación del 2,35%.

El premio al que apuestan los inversores es que el equipo de Mataira demuestre un reactor de fusión nuclear viable. Angus Blair, socio de Outset Ventures, califica a Mataira como el fundador neozelandés más ambicioso desde Peter Beck de Rocket Lab. "Ratu está trabajando en el problema más importante, sin excepción".

Paul dice que incluso las ganancias incrementales que superen los obstáculos de ingeniería podrían justificar la inversión. Y si bien no somos exactamente un centro de experiencia en fusión nuclear, nuestra historia de innovación nacional está plagada de ejemplos de empresas improbables que surgieron de proyectos de investigación. Señala a PowerbyProxi, la filial de la Universidad de Auckland cuya tecnología de carga inalámbrica para dispositivos de consumo como teléfonos inteligentes fue comprada por Apple por una enorme suma en 2017.

Como lo ve Whyte del MIT, Nueva Zelanda es un candidato tan probable como cualquier otro para desempeñar un papel importante en el advenimiento de la fusión nuclear. "No se descarte", dice. "Podrías lograr el jonrón o al menos desempeñar algún papel en el ecosistema de fusión".

Paul no está obsesionado con las fechas previstas de OpenStar, aunque encender el plasma será fundamental para recaudar más fondos. Se da cuenta de que los desafíos de ingeniería son increíblemente complejos. "Si no comete errores y no incumple los plazos, probablemente no sea lo suficientemente difícil".

Mataira está preparada para el desafío y parece tener la paciencia para llevar a cabo un proyecto que probablemente requerirá años de trabajo. Su abuela, Dame Kāterina Mataira, dedicó décadas de trabajo a ayudar a revivir el te reo maorí. "Recuerdo estar sentado en la mesa del comedor y darme cuenta de que si no lo hacía, si no construía esta empresa para que todos pudiéramos hacerlo, entonces no sucedería", dice. "No importa lo estresante que sea, ese es el resultado final".

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