El CDTI Innovación continúa impulsando la capacitación y el liderazgo de la industria española en la energía de fusión

El próximo 24 de mayo de 2024, el consorcio IFMIF-DONES, en colaboración con el CDTI Innovación, organiza el evento IFMIF-DONES Design&Build, en el que se presentarán a empresas y entidades españolas las oportunidades de contratación en las próximas licitaciones para el Diseño y Construcción de Edificios y Sistemas de Planta y Servicios de Ingeniería de la instalación científica internacional IFMIF-DONES, que ofrecerá grandes oportunidades para España en el ámbito de la energía de fusión. En la sesión, se dará a conocer el estado de esta singular infraestructura y se conocerán los diferentes contratos marcos que se lanzarán en los próximos meses para las obras de los edificios y sistemas de la planta, soporte al contratista, implementación de los sistemas de seguridad e implantación y mantenimiento de un sistema de gestión de ciclo de vida de la planta.

La carrera hacia los futuros reactores de fusión continua a nivel mundial. En los últimos años, hemos asistido a la eclosión de muchas start-ups y múltiples iniciativas de fusión propiciadas por el gran interés de la inversión privada, que han apalancado más de 6.000 millones de dólares en esta energía. Se han producido hitos tecnológicos en el programa europeo de fusión con diferentes récords y numerosos países están incrementando su inversión en tecnologías de fusión y afianzando su posicionamiento. La industria europea ostenta una posición de liderazgo en el desarrollo y construcción de los futuros reactores de fusión, motivado, en parte, por el compromiso adquirido de asumir el 45% de la construcción del proyecto ITER.

El CDTI Innovación viene siendo, desde hace más de 30 años, el punto de contacto industrial (ILO, por sus siglas en inglés) de las principales infraestructuras científicas internacionales en las que España participa en las áreas de física de partículas, astronomía y fusión, ejerciendo una intensa labor de acompañamiento a las empresas en su capacitación para convertirse en suministrador de infraestructuras científicas, de apoyo a la industria mediante ayudas financieras concedidas a numerosos proyectos que han sido claves para que las empresas puedan después ser competitivas en las licitaciones para ITER y de movilización del ecosistema mediante despliegue de eventos sectoriales, ayuda en la formación de consorcios, asesoramiento a las empresas en la presentación de ofertas y seguimiento de los contratos adjudicados a entidades nacionales.

En este contexto, la industria española está desempeñando un papel principal en las últimas décadas por su contribución y suministro de equipos y sistemas de alta tecnología a las grandes infraestructuras científico-tecnológicas a la “Industria de la Ciencia”, un sector muy intensivo en I+D, fundamentalmente exportador y con gran potencial para la transferencia de tecnología bidireccional y constante entre empresas, universidades, centros de investigación y otros agentes innovadores. España es un claro ejemplo de éxito de colaboración público-privada y transferencia de conocimiento en el ámbito de fusión nuclear. En términos globales, el retorno acumulado en Grandes Instalaciones, desde 2005 para las empresas españolas ha representado en torno a 2.000 millones de euros y, sólo en 2023, el retorno español en contrataciones ha superado los 146 millones de euros.

Para el CDTI Innovación, en su interés y apoyo a las tecnologías innovadoras y, en concreto, en el ámbito de las energías eficientes y rentables, la energía de fusión es prioritaria por sus inmensas ventajas y beneficios para la ciencia y la tecnología y por su impacto socioeconómico. Desde 2007, ha financiado proyectos por más de 63 millones de euros en este ámbito, favoreciendo la creación de un ecosistema de empresas, organismos públicos de investigación, centros tecnológicos y universidades que han hecho posible la capacitación de la industria española para poder acceder a los contratos de ITER, DEMO o IFMIF-DONES y han supuesto un factor fundamental en su posicionamiento de liderazgo.

IFMIF-DONES, la apuesta española en el roadmap europeo de fusión

Una de las grandes instalaciones que se perfila como referente tecnológico mundial es el International Fusion Materials Irradiation Facility–Demo Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES), infraestructura de investigación única en el mundo para probar, validar y cualificar los materiales que se utilizarán en futuras plantas de energía de fusión. En diciembre de 2017, Fusion for Energy (F4E) valoró positivamente la propuesta conjunta de España y Croacia para ubicar el IFMIF-DONES en Escúzar (Granada). Con un coste aproximado de más de 700 millones de euros, esta fuente de neutrones es uno de los pilares fundamentales del programa de fusión y representará una oportunidad industrial y tecnológica, sin precedentes, para las empresas del sector de nuestro país.

España tendrá que acometer una parte muy relevante de la construcción de este singular proyecto, en torno al 50% de su construcción, y la industria española se beneficiará no sólo de esta fase de lanzamiento sino también de la operación y mantenimiento durante los 25 años de vida de IFMIF-DONES. Se prevé que se generen más de 50.000 empleos en nuestro país, de los que se espera que 11.000 estén centralizados en Granada. Además, la infraestructura atraerá a numerosas empresas y centros que instalarán sedes y fábricas en los alrededores, generando una gran actividad económica en su entorno.

IFMIF-DONES actúa, además, como un polo de estímulo del ecosistema, fomentando la colaboración público-privada, el desarrollo de tecnologías punteras y la transferencia. Actualmente y con el impulso de las diferentes convocatorias del programa Misiones del CDTI Innovación, el ecosistema dinamiza a más de 30 empresas y 14 Centros Público-Privados de Investigación, entre los que destaca el CIEMAT, y se han movilizado cerca de 35 millones de euros. El CDTI Innovación continúa avanzando aún más en su compromiso con la energía de fusión y también está impulsando, en el ámbito de la Compra Pública de Innovación para el fomento de la innovación desde el ámbito público, nuevas actuaciones para la adquisición de servicios de I+D y para el desarrollo de demostradores tecnológicos destinados a IFMIF-DONES. Al mismo tiempo, está avanzando en el despliegue de acuerdos con centros públicos de investigación como PRISMAC o CERN y CIEMAT para el desarrollo de capacidades tecnológicas e industriales en el campo de imanes superconductores.

Foto cedida por IFMIF-DONES. Simulación de la planta IFMIF-DONES

La energía de fusión

La fusión es la energía del Sol y las estrellas. La luz y las elevadas temperaturas que emite el Sol son el resultado de una reacción de fusión producida en su núcleo de forma que los núcleos de hidrógeno colisionan, se fusionan en átomos de helio más pesados y liberan enormes cantidades de energía en el proceso. Si bien la fuerza gravitatoria del Sol induce de manera natural la fusión, para conseguir este efecto en la Tierra se necesitarían temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una presión muy intensa para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen, así como un confinamiento suficiente para retener el plasma como estado en el que se producen estas reacciones. 

Todos estos retos hacen que científicos e ingenieros de todo el mundo continúen investigando nuevos materiales y diseñando nuevas tecnologías muy innovadoras. Aunque en los experimentos actuales se logran habitualmente condiciones muy cercanas a las necesarias en un reactor de fusión, aún es necesario mejorar las propiedades de confinamiento y la estabilidad del plasma para que se produzca este proceso físico. Por este motivo, científicos e ingenieros de todo el mundo siguen poniendo a prueba nuevos materiales y diseñando nuevas tecnologías con miras a lograr esta energía. 

Según el físico Stephen Hawking, la energía de fusión es la tecnología más prometedora para la humanidad y ello explica por qué más de la mitad de la población mundial, que representa el 80% del PIB, está invirtiendo en el proyecto ITER para hacer realidad, por sus numerosas ventajas, este viejo sueño.

Este tipo de energía será sostenible, segura, prácticamente ilimitada, muy eficaz y fácilmente accesible por todos los países. Un aspecto significativo es que la fusión nuclear no emite dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero a la atmósfera, por lo que contribuiría a paliar los efectos negativos del cambio climático en el futuro. Algunas previsiones indican que la fusión podría satisfacer las necesidades energéticas mundiales durante millones de años. Para dar una idea de la eficiencia que alcanzaría la “energía de las estrellas”, la cantidad de combustible necesaria en una central de fusión para suministrar electricidad durante un año a una ciudad de un millón de habitantes bastaría con un camión pequeño de 60 kilogramos, mientras que se necesitarían 400.000 toneladas de carbón ó 250.000 de petróleo. Además, el combustible necesario sería fácilmente accesible para cualquier país: se trataría de deuterio que se obtiene del agua de mar y del litio obtenido de sales marinas o minas de sal distribuidas por todo el planeta.

Dadas las numerosas potencialidades de la energía de fusión para el ámbito tecnológico y científico, en 2007 se estableció en Cadarache (Francia) el “International Thermonuclear Experimental Reactor” (ITER), la mayor instalación mundial de fusión cuyo objetivo es demostrar que es científica y tecnológicamente viable producir este tipo de energía en la Tierra. En este macroproyecto internacional participan 35 naciones, que colaboran para construir el Tokamak más grande del mundo, un dispositivo de fusión magnética que ha sido diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como una fuente de energía a gran escala basada en el mismo principio que alimenta nuestro Sol y las estrellas.
 

España, segundo país en contratación en F4E e ITER

Actualmente, España ocupa la segunda posición, después de Francia, en el ranking europeo de contratación por países tanto en F4E como en ITER Organization (IO). Esta posición se mantiene, incluso, si se excluyen los contratos de obra civil. Este hecho es aún más relevante si se considera que las empresas españolas están compitiendo en un mercado altamente competitivo sin reglas de retorno garantizado. Desde 2008, las empresas españolas han capturado más de 650 contratos para el proyecto ITER, que ascienden a más de 1.468 millones de euros.

Las empresas españolas han alcanzado una participación muy significativa en la construcción de ITER, con la adjudicación de más de 650 contratos. En este proyecto, cabe resaltar, por su importancia tecnológica, la participación de compañías españolas en el suministro de los imanes superconductores más grandes del planeta. En concreto, España ha contribuido en la fabricación de las bobinas toroidales y liderado el contrato de las herramientas de fabricación de las bobinas poloidales. Las empresas españolas también han sido adjudicatarias con contratos muy importantes en la fabricación de diferentes componentes de MITICA (Megavolt ITER Injector and Concept Advancement), un prototipo a escala real del inyector de neutrones que se utilizará en ITER para calentar el plasma y en otros sistemas de calentamiento del plasma como los Upper Launchers.

En tecnologías de materiales, cabe destacar los contratos adjudicados para la fabricación de la serie de los First Wall o piezas que estarán en contacto con el plasma y actuarán como primera barrera, protegiendo a la cámara de vacío. También son muy relevantes los contratos obtenidos para la fabricación de la cámara de vacío y su ensamblaje, así como otros en diagnósticos, instrumentación y control, proceso de ensamblaje del reactor, soporte en alineamiento y metrología y ensamblaje del Tokamak. Muy significativa ha sido también la contribución española a la obra civil de este Tokamak. 

Foto cedida por ITER. Imagen de Tokamak

España cuenta con infraestructuras singulares en fusión ya construidas, como el stellarator TJ-II del CIEMAT, donde la industria nacional obtuvo más del 70% de la construcción, que han servido para que las empresas españolas adquieran referencias para participar en ITER y han contribuido significativamente a esta posición de liderazgo de nuestra industria.

Las perspectivas de futuro en cuanto a oportunidades para las capacidades empresariales españolas son muy potentes. En el caso de F4E, la industria española competirá para participar en el inyector de neutros, en los sistemas de calentamiento del plasma, en la crioplanta, en componentes internos a la vasija, en el test blanket modules así como en otros contratos de soporte de ingeniería. Con respecto a la obra civil, comenzará la fase II con importantes contratos, entre los que destaca la Hot Cell. Por su parte, en cuanto a ITER, en los próximos años se espera la adjudicación de los grandes contratos de ensamblaje y mantenimiento y España tendrá posibilidades en el desarrollo de componentes mecánicos, sistemas de detritiación, control, diagnósticos y sistemas de monitorización del Tokamak y, sobre todo, en construcción de la “hot cell” de ITER que está valorada en más de 1000 millones de euros.

De ITER a DEMO, el prototipo de reactor de fusión

En paralelo a la construcción de ITER, se prevé el diseño de tecnologías claves para DEMO, un prototipo de reactor de fusión que se creará para demostrar que la fusión nuclear controlada puede entregar energía a la red. Su objetivo es desarrollar y probar tecnologías para operar un reactor de fusión no como un experimento científico, sino como una planta de energía. Con la transición de ITER a DEMO la fusión pasará de ser un ejercicio de laboratorio impulsado por la ciencia a un programa promovido por la industria y la tecnología. La ubicación de DEMO aún está por decidir y en breve se espera que los países interesados en albergar esta infraestructura presenten sus expresiones de interés.

Las fuertes inversiones realizadas por países no europeos en fusión y el gran apalancamiento de financiación privada que se está produciendo puede poner en riesgo ese liderazgo tecnológico-científico de Europa y hace necesario establecer una estrategia que refuerce su posicionamiento en la panorámica actual y garantice una cadena de suministro europea para los futuros reactores de fusión. En este contexto, surge la iniciativa público-privada PPP (Public Private Partnership)  que pretende lanzar la Comisión Europea para acelerar el roadmap europeo de fusión. Las tecnologías que se desarrollarán en este marco estarán relacionadas con materiales (breeding blankets y materiales avanzados estructurales), tecnologías de tritio, manipulación remota, imanes HTS, métodos de refrigeración y tecnologías stellarator, entre otras.

Foto cedida por EUROfusion. Roadmap europeo de fusión

CDTI Innovación

El CDTI Innovación es la entidad pública de financiación de la innovación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades que promueve la innovación y el desarrollo tecnológico de las empresas españolas, canalizando las solicitudes de financiación y apoyo a los proyectos de I+D+I de entidades españolas en los ámbitos estatal e internacional. Contribuimos a la mejora del nivel tecnológico de las empresas españolas e impulsamos y, con una red internacional con cobertura de 51 países, acompañamos la participación española en programas internacionales de cooperación tecnológica y la transferencia internacional de su tecnología empresarial. El CDTI también apoya la creación y consolidación de empresas de base tecnológica en España.

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