De fusión humana y clonación nuclear (o similar)

En un futuro cercano, la compañía Lunar Industries Ltd ha establecido una base en la Luna con el objetivo de llevar a cabo labores mineras relacionadas con el procesado del regolito lunar y la posterior obtención de helio-3 a partir del mismo. En la base lunar Sarang tan solo hay una presencia humana, la de Sam Bell, encargado del trabajo de recogida de los contenedores donde se almacena el valioso elemento y su envío a la Tierra. El robot-inteligencia-artificial Gerty le acompaña y protege durante los tres años que duran las misiones y tras los cuales Sam es relevado por otro empleado de la compañía minera. El tiempo discurre para Sam entre charlas intranscendentes con Gerty, su trabajo, el visionado de cintas de vídeo y la construcción de una maqueta. Las comunicaciones con la Tierra no funcionan a causa de una avería del satélite y Sam recibe periódicamente mensajes grabados de su esposa y de su empresa transmitidos hasta la Luna vía Júpiter.

El párrafo anterior corresponde al argumento de la película Moon (Moon, 2009) y la acción se desarrolla cuando a su protagonista, Sam Bell, le restan únicamente dos semanas para regresar a la Tierra y reunirse con su esposa e hija, tras permanecer casi tres años aislado en la Luna. Pero entonces empiezan a suceder cosas extrañas...

Durante una incursión hasta una de las tres excavadoras-procesadoras que se encuentran repartidas por la superficie del satélite, Sam sufre un pequeño accidente que le deja inconsciente a bordo de su vehículo lunar. Cuando recobra la consciencia, se encuentra de nuevo en la base, sin saber cómo llegó allí. Gerty le dice que ha sido rescatado y le recomienda descansar hasta recuperarse completamente. Pero entonces, Sam comienza a ver y sentir cosas que no entiende, capta una conversación entre sus jefes en la Tierra y Gerty y comienza a sospechar. Decide entonces salir a investigar al lugar donde recuerda haber tenido el accidente y Gerty se opone, pero al final Sam logra engañarla provocando un pequeño accidente en las instalaciones de la base. Al llegar al vehículo lunar averiado se encuentra en su interior a otro Sam idéntico a él.

Lo cierto es que cuando vi Moon, mis sentimientos fueron encontrados. Por una parte, había no pocas muestras de buena ciencia y, por otra, el argumento y desenlace de la película me parecieron pobres y hasta inconsistentes. También había mala ciencia de la clásica. Empezaré por esta última diciendo que no es de recibo que una cinta del año 2009 y que pretenda ser fiel a las leyes de la ciencia muestre las escenas de paseos y excursiones fuera del edificio de la base lunar con gravedad lunar, mientras en el interior de la base o de los vehículos de transporte, la gravedad no se distingue de la terrestre. Mal, muy mal.

En cuanto a argumento y desenlace, no comentaré nada aquí y ahora, pues para ello sería necesario destrozar la película a quien no la haya visto y luego tengo que aguantar vuestras protestas, pataleos y malas babas. Así que os quedáis con la intriga de no saber mi opinión, mi sabia opinión.

En cambio, sí me detendré un poco más detenidamente en el asunto de la buena ciencia, aunque sea para variar en esta ocasión. Voy con ello.

La Tierra, sabido es, no tardará demasiado tiempo en padecer una crisis energética profunda mientras sigamos dependiendo exclusivamente de fuentes de energía como el petróleo y el carbón. De hecho, la previsión es que para el año 2050 la población humana podría llegar a superar con creces los 10.000 millones y con la demanda también creciente de energía, especialmente entre los países más desarrollados y los que se encuentran en vías de desarrollo desbocado, el asunto ha tomado tintes preocupantes. A todo esto hay que sumar la cuestión del cambio climático, con lo que la búsqueda de nuevas fuentes de energía que sean baratas y poco agresivas con el medio ambiente se vuelve incuestionable y perentoria.

Una de las soluciones más prometedoras ha sido, en las últimas décadas, la fusión nuclear (aquí podéis leer un artículo que escribí recientemente y que os puede servir como introducción para aclarar algunas dudas). En efecto, la energía nuclear de fusión, a diferencia de la que utilizamos en la actualidad, que está basada en la fisión nuclear, parece ofrecer la solución cuasi definitiva al problema de los residuos radiactivos que nos plantean las centrales nucleares de fisión, por no decir que la producción de energía en sí misma resultaría mucho más elevada y usando un combustible al alcance de la mano como es el agua de mar, del que se podría extraer el deuterio necesario. El deuterio es un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo está constituido, además de por un protón como en el hidrógeno ordinario, por un neutrón.

A día de hoy, la investigación en fusión nuclear aboga por la idea de hacer fusionar núcleos de deuterio con núcleos de tritio (el otro isótopo del hidrógeno, cuyo núcleo contiene un protón y dos neutrones). Ahora bien, existen propuestas alternativas, y una de ellas consiste en utilizar uno de los isótopos del helio, en lugar del hidrógeno. En concreto, el isótopo elegido no es otro que el helio-3, precisamente el protagonista de nuestra película de hoy, Moon.

El helio-3 posee un núcleo compuesto por dos protones y un neutrón, esto es, un neutrón menos que el isótopo más común, el helio ordinario. La existencia del helio-3 fue propuesta por primera vez por el físico australiano Mark Oliphant en 1934 mientras trabajaba en el célebre Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Cinco años más tarde, en 1939, Luis Álvarez y Robert Cornog lo obtuvieron experimentalmente con ayuda de un ciclotrón.

En nuestro planeta podemos encontrar helio-3 pero en cantidades no demasiado generosas. Esto es debido a que, generalmente, se produce en el interior de las estrellas, que no son otra cosa que gigantescos reactores nucleares de fusión. Cuando una estrella expulsa material al espacio en forma de viento solar, algunos de estos núcleos de helio-3 llegan hasta la Tierra pero son rechazados tanto por el campo magnético como por la atmósfera, haciendo que muy poca cantidad caiga y se deposite sobre la superficie. Sin embargo, no todo el helio-3 que se detecta en la atmósfera procede del Sol; una porción procede de antiguas detonaciones nucleares llevadas a cabo desde la década de los años 1950. Asimismo, en el manto terrestre también hay helio-3 como consecuencia de los procesos que tuvieron lugar durante la formación primigenia de la Tierra. Se estima que la atmósfera contiene unas 37.000 toneladas de helio-3, el fondo de los océanos otras 1.200 toneladas y el manto terrestre podría contener entre 0,1 y 1 millón de toneladas, aunque esto es tan solo una sospecha, ya que no es accesible y únicamente tenemos constancia a través de las emisiones observadas durante las erupciones volcánicas o las dorsales oceánicas. Aunque podríamos plantearnos extraer todo este helio, lo cierto es que el coste sería más elevado que la energía obtenida posteriormente por fusión nuclear, lo que hace inviable la misión en la práctica.

El verdadero interés en la utilización del helio-3 como combustible nuclear se encuentra más allá de nuestro planeta. En los últimos años hemos vuelto nuestros ojos hacia la Luna. Debido a la ausencia de atmósfera y campo magnético, todo el helio-3 procedente del Sol se deposita sobre el regolito lunar, la capa de polvo y escombros que descansa en el suelo de nuestro satélite y que ha ido acumulándose durante más de 4.500 millones de años. Aunque no se conoce con exactitud, se estima que podría haber hasta 5 millones de toneladas.

Debido a que el helio es un gas, para extraerlo del regolito habría que cribar enormes extensiones de terreno (lo que podría alterar enormemente la superficie lunar) y posteriormente calentar el polvo hasta temperaturas cercanas a los 700 °C. Una vez procesado y almacenado sería enviado a la Tierra. Los expertos han calculado que el precio de extraer y transportar el helio rondaría los 1.000 dólares por gramo. Aunque parezca un coste elevado, resulta más barato que lo que ahora mismo se gasta con el carbón o el gas natural. Además, sacar una nave de transporte de la Luna es bastante menos costoso que hacerlo de nuestro planeta, ya que la gravedad lunar es tan solo un 17 % de la terrestre.

La proporción en la que se encuentra el helio-3 en la Luna varía enormemente con la geografía. Así, mientras en las áreas iluminadas por el Sol se encuentran entre 1.400 y 15.000 partes por billón, en las regiones en sombra permanente se pueden encontrar hasta 50.000 partes por billón. Sería necesario procesar unos 150 millones de toneladas de regolito para obtener una tonelada de helio-3. En relación a esto, cabe señalar que en la película se ha ubicado la instalación minera en la cara oculta de la Luna, lo cual no tiene mucho sentido, ya que aunque nuestro satélite siempre nos muestre la misma cara eso no significa que ambas caras no sean iluminadas por el Sol. Al igual que en la Tierra, las zonas de menor incidencia de la luz solar se encuentran en las regiones polares.

Pero vamos con lo realmente interesante, que no es otra cosa que la física del asunto. ¿Por qué ha surgido en los últimos años este interés por querer emplear el helio-3 como combustible para fusión nuclear, en detrimento de o como alternativa a la más establecida idea de fusionar deuterio con tritio? Bien, veamos.

En primer lugar, conviene recordar que el deuterio puede obtenerse del agua del mar en cantidades suficientes para abastecer los requerimientos energéticos del planeta durante muchos siglos. En cambio, el tritio es mucho más escaso y solamente se puede obtener con ayuda de un reactor nuclear mediante bombardeo a base de neutrones de blancos de litio, boro, nitrógeno o deuterio. Además, y esta es la clave del problema, cuando se fusiona deuterio con tritio se producen neutrones como resultado. Estos neutrones son altamente penetrantes debido a su masa elevada y su ausencia de carga eléctrica y, por tanto, inciden sobre las paredes del reactor de fusión, interaccionando con los materiales del mismo y provocando lo que se denomina activación neutrónica, es decir, hacen que los materiales con los que colisionan se vuelvan radiactivos y, en consecuencia, requieran un mantenimiento y precauciones añadidas, como el almacenamiento. Aunque el problema no es demasiado serio y se han contemplado medidas que subsanen estos contratiempos, lo cierto es que resultaría más deseable poseer una reacción de fusión nuclear "completamente limpia" y ausente de neutrones. Y aquí es donde entra el helio-3. En efecto, si se fusiona deuterio con helio-3 en lugar de tritio, los neutrones desaparecen; y lo mismo sucede cuando se fusiona helio-3 con helio-3. Lo que aparece como producto de la fusión son protones, con carga positiva, que pueden aprovecharse incluso para generar energía eléctrica mediante un tratamiento adecuado con campos eléctricos. Con neutrones no hay paraíso.

En vista de los argumentos anteriores podríamos pensar que todo está resuelto. Perfecto, de acuerdo, utilicemos helio-3 y prescindamos del tritio. Pues la verdad es que no resulta tan sencillo porque hay inconvenientes. Pensemos por un momento en qué es necesario para que dos núcleos atómicos se fusionen. Dado que los núcleos tienen carga positiva para acercarlos a suficiente distancia y ocurra la fusión hay que vencer la repulsión eléctrica entre ambos. Esto se hace sometiendo a los núcleos a temperaturas elevadísimas, del orden de varios millones de grados centígrados, lo que consume gran parte de la energía que luego se pretende obtener del proceso. Pues bien, resulta que cuantos más protones haya en el interior de los núcleos que se pretende fusionar tanto peor, pues la repulsión eléctrica aumenta muy rápidamente. El deuterio y el tritio tan solo poseen un protón cada uno; en cambio, el helio-3 posee dos protones. Diferencia tan nimia a simple vista hace necesarias unas temperaturas todavía mucho mayores, si cabe. Por añadidura, la fusión de deuterio con helio-3, a pesar de no generar neutrones directamente; lo cierto es que al encontrarse en el combustible nuclear muchos núcleos tanto de uno como del otro, se producirán fusiones indeseadas de deuterio con deuterio y éstas sí que dan lugar a los odiados neutrones.

En definitiva, y como cada vez que una nueva y prometedora fuente de energía buena, bonita y barata, se vislumbra en el horizonte, ésta presenta ventajas e inconvenientes, aparecen defensores y detractores de la misma. Mientras tanto, la ciencia sigue avanzando y proporcionando nuevos conocimientos que, a su vez, volverán a suscitar nuevas preguntas, debates encendidos y películas como Moon, tan cargada de inconsistencias...