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...
Me parece que los chinos y sus "conejos" andan precisamente detrás del Helio...Claro, ellos saben que necesitan muuuucha energía, y que el carbón ya no los deja respirar...
ResponderEliminarGracias por las explicaciones, están muy interesantes.