Teresa Puig es profesora de Investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y doctora en Física por la Universitat Autònoma de Barcelona. Su investigación se centra en los materiales superconductores, con el objetivo de desarrollar tecnologías innovadoras para un futuro energético más eficiente y sostenible.
Actualmente, dirige el grupo de investigación SUMAN y su actividad científica ha sido reconocida con diversos premios, como el Premio Ciutat de Barcelona o, recientemente, el premio James Wong del Institute of Electrical and Electronics Engineers, la mayor organización profesional técnica del mundo. Con ella hablamos sobre superconductores y su papel en el futuro energético y en la fusión nuclear.
¿Qué es exactamente la superconductividad?
Los materiales superconductores son capaces de conducir la electricidad sin ninguna resistencia. Esto significa que la corriente eléctrica circula sin perder energía, lo que los convierte en materiales de una eficiencia excepcional. Esta propiedad abre la puerta a muchas aplicaciones. Una de las más conocidas es la resonancia magnética de los hospitales, pero también las hay más sorprendentes, como los trenes de levitación magnética.
¿Levitación magnética? ¿Cómo funcionan estos trenes?
La levitación magnética es posible gracias a dos componentes esenciales. Por un lado, los imanes de la vía y, por el otro, el material superconductor del tren. El tren no llega a tocar nunca la vía, sino que queda "guiado" por el campo magnético producido por el material superconductor del tren. Esto hace que solo pueda seguir el recorrido de la vía y lo convierte en un sistema prácticamente inmune al descarrilamiento. Puede parecer ciencia ficción, pero es una tecnología que ya es una realidad.
¿Por qué los superconductores pueden ser tan importantes para nuestro futuro energético?
Porque pueden intervenir en muchas de las etapas de nuestro sistema energético. Por un lado, permiten transportar y distribuir electricidad con una eficiencia muy superior a la actual. Por el otro, hacen posible una de las tecnologías que probablemente marcarán el futuro de la producción energética: la fusión nuclear.
La fusión nuclear es "la energía de las estrellas", ¿qué es exactamente?
Las estrellas obtienen su energía fusionando dos isótopos de hidrógeno. En lugar de romper átomos, como ocurre en las centrales nucleares de fisión, los unen. Cuando dos isótopos del hidrógeno se fusionan, liberan una enorme cantidad de energía. La gran ventaja es que este proceso genera una energía mucho más limpia y evita buena parte de los residuos radiactivos asociados a la fisión convencional. El problema es que reproducir estas condiciones en la Tierra es extraordinariamente difícil. Hay que generar un plasma a temperaturas enormes y mantenerlo estable sin que toque las paredes del reactor. Para conseguirlo solo hay una solución viable que pasa por utilizar campos magnéticos muy intensos generados con imanes superconductores. Los superconductores de alta temperatura crítica en los que trabajamos, que pueden funcionar a -196 °C, la temperatura del nitrógeno líquido, permiten generar estos campos mucho más intensos que los materiales tradicionales y, a la vez, construir reactores mucho más compactos.
¿Por qué despierta tanta expectación?
Porque podría convertirse en el complemento perfecto de las energías renovables. La energía eólica y la solar son imprescindibles, pero tienen una limitación: dependen del viento y del sol. Hay momentos en que producen mucha electricidad y momentos en que prácticamente no generan. La fusión, en cambio, podría producir energía de manera continua. Los estudios indican que podría llegar a aportar aproximadamente un 20% de toda la energía necesaria. Puede parecer una proporción modesta, pero sería suficiente para estabilizar un sistema basado mayoritariamente en fuentes renovables y reducir de manera muy significativa la dependencia de los combustibles fósiles.
¿Llegaremos realmente a obtener esta energía de fusión?
Yo creo que sí. Hoy en día, ya no hay un problema de física fundamental. Sabemos que el proceso es posible. El gran reto es tecnológico; se tienen que desarrollar todos los materiales y componentes necesarios para que funcione de manera fiable. Actualmente, hay más de diez mil millones de dólares invertidos en todo el mundo en este objetivo, tanto desde el sector público como desde el privado. Cuando un reto es principalmente tecnológico y hay esta inversión, es razonable pensar que acabará llegando. No creo que veamos reactores comerciales en los próximos cinco años, pero sí demostraciones muy importantes de varios de sus componentes. Los imanes superconductores probablemente estarán plenamente validados durante este periodo. Después habrá que completar el resto de tecnologías necesarias hasta llegar al reactor completo. una vez que el primer objetivo esté logrado, el segundo será principalmente una cuestión de ingeniería y de escalado industrial.
¿El proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) sigue siendo la gran referencia mundial en este campo?Sí. El ITER es el gran demostrador internacional de fusión nuclear impulsado por el sector público. Es un proyecto que empezó a finales del siglo XX y que ha requerido una enorme cooperación internacional. Precisamente, esta dimensión también explica parte de los retrasos acumulados. El ITER se diseñó utilizando superconductores de baja temperatura crítica, es decir, que necesitan temperaturas extremadamente bajas, cerca de los -269 °C. Esto obliga a construir reactores muy grandes. Aun así, sigue siendo una infraestructura imprescindible. El objetivo principal no es generar electricidad comercial, sino demostrar que es posible obtener más energía de la que consume el propio reactor durante el proceso de fusión. Se prevé que entre en funcionamiento en 2030. En este sentido, actuará como un gran laboratorio internacional donde también se podrán validar muchos otros componentes indispensables para los futuros reactores comerciales.
Paralelamente, han aparecido numerosas iniciativas privadas. ¿Qué aportan?
Muchas de estas empresas trabajan ya con superconductores de alta temperatura crítica, que permiten construir reactores mucho más compactos. El primer gran impulso llegó desde Estados Unidos, a partir del MIT y de la empresa Commonwealth Fusion Systems. Posteriormente, han aparecido iniciativas muy importantes en Europa, especialmente en Alemania y Francia, pero también en China, Corea del Sur y Japón. La mayoría comenzaron con capital privado, aunque a menudo cuentan también actualmente con participación pública. La gran diferencia respecto al ITER es que estas dimensiones más reducidas que permiten los superconductores de alta temperatura crítica permiten avanzar mucho más rápido en la validación de las tecnologías.
Si los superconductores son tan importantes, ¿en qué punto estamos ahora para poder utilizarlos masivamente?
En estos momentos ya sabemos fabricar cintas superconductoras con unas prestaciones extraordinarias, pero el gran cuello de botella es la capacidad de producción. La demanda que se prevé para los próximos años es muy superior a la capacidad industrial actual. Solo hay que pensar en los reactores compactos de fusión que se están desarrollando. Un solo reactor puede necesitar cerca de 20.000 kilómetros de cinta superconductora, mientras que toda la producción mundial actual es de unos 5.000 kilómetros anuales. Por lo tanto, aunque hoy existen empresas capaces de fabricarlas, simplemente no pueden cubrir la demanda que se espera. Este es uno de los grandes retos tecnológicos de los próximos años.
En este contexto aparece vuestro proyecto TLAG (Transient Liquid Assisted Growth o crecimiento asistido por fase líquida transitoria) en el que habéis trabajado. ¿En qué consiste?
TLAG nace precisamente con el objetivo de resolver este problema. La idea era desarrollar un proceso completamente nuevo que permitiera fabricar estas cintas superconductoras mucho más rápido que los sistemas actuales, sin perder calidad. Empezamos demostrando en el laboratorio que esta idea era viable. Las cintas superconductoras consisten, esencialmente, en una capa muy fina de material superconductor depositada sobre un sustrato metálico flexible. Este sustrato tiene entre 35 y 50 micras de grosor, mientras que la capa superconductora solo tiene aproximadamente dos. A pesar de ser tan fina, es capaz de transportar cientos de amperios trabajando a temperaturas de nitrógeno líquido.
¿Cuál es la innovación de vuestro sistema?
Los procesos actuales hacen crecer esta capa superconductora mediante mecanismos relativamente lentos. Nosotros hemos desarrollado un método que permite que este proceso tenga lugar dentro de un líquido. Esto acelera enormemente la fabricación. Después de los primeros resultados, obtuvimos varios proyectos de prueba de concepto y una ERC Advanced Grant, que nos permitieron demostrar que tanto las cintas superconductoras como el proceso de fabricación se podían escalar industrialmente sin ningún impedimento físico ni químico. Lo más interesante es que este sistema permite fabricar las cintas aproximadamente cien veces más rápido que los procesos actuales. Esta diferencia puede ser determinante si realmente queremos desplegar reactores de fusión, nuevas redes eléctricas y muchas otras aplicaciones durante las próximas décadas.
¿Esta tecnología podría dar lugar a una nueva industria?
Es precisamente lo que nos gustaría. Ya hemos colaborado con varias empresas internacionales que han mostrado mucho interés en esta tecnología. También existe interés en que se pueda crear una empresa capaz de fabricar estas cintas aquí. Actualmente, en Europa prácticamente solo hay un fabricante importante, y ni siquiera produce el tipo de cinta más adecuado para aplicaciones como la fusión nuclear. Por lo tanto, hay una oportunidad industrial muy relevante. Sería una manera de transformar más de diez años de investigación en una actividad productiva capaz de llegar directamente a la sociedad.
A parte de utilizarse para construir reactores de fusión, ¿para qué se podrían utilizar estas cintas superconductoras?
La fusión es probablemente la aplicación más mediática en estos momentos, pero las posibilidades son mucho más amplias. Las mismas cintas pueden utilizarse para fabricar generadores eólicos más compactos y potentes, motores eléctricos de altas prestaciones, cables superconductores, sistemas médicos o cualquier otra aplicación que necesite campos magnéticos muy intensos. Según el uso final, se pueden modificar ligeramente las propiedades del material para optimizarlo para una determinada temperatura o un determinado campo magnético, pero el proceso de fabricación es esencialmente el mismo. Esto convierte esta tecnología en una infraestructura estratégica para el desarrollo de todas las aplicaciones basadas en superconductores de alta temperatura crítica.
La demanda mundial de electricidad sigue aumentando, impulsada también por la digitalización y la inteligencia artificial. ¿Estamos preparados?
Queda claro que la digitalización, la inteligencia artificial, la electrificación del transporte o la industria necesitarán mucha más electricidad. La pregunta es si esto significa que tendremos que consumir mucha más energía. Los estudios disponibles indican que no necesariamente. Si conseguimos electrificar prácticamente todas las actividades que hoy todavía dependen de los combustibles fósiles, hay estudios que dicen que la energía total necesaria en 2050 podría ser similar a la que consumimos hoy. La clave es producirla de otra manera. Hay que avanzar hacia un sistema basado en energías renovables, electrificación y tecnologías mucho más eficientes.
Hay quien defiende reducir el consumo y quien apuesta por la innovación tecnológica para un mundo más sostenible. ¿Cuál es tu punto de vista?
La mayoría de los científicos pensamos que no tiene sentido intentar retroceder tecnológicamente. La tecnología ha mejorado la calidad de vida. El reto no es renunciar a ella, sino desarrollar tecnologías capaces de mantener este bienestar de manera sostenible. Es evidente que en el pasado hemos cometido muchos errores. Pero hoy la sociedad es mucho más consciente de los límites ambientales y también de la necesidad de encontrar un equilibrio entre economía, calidad de vida y sostenibilidad. Este es, precisamente, uno de los grandes compromisos de la ciencia. Nuestro trabajo es demostrar que este equilibrio es posible desarrollando tecnologías que permitan seguir avanzando sin comprometer el futuro del planeta.
Hace ya más de un año del gran apagón eléctrico. ¿Estamos en riesgo de que se vuelva a repetir?
La verdad es que todavía no conocemos del todo qué pasó. La información que se ha hecho pública es limitada y todavía hay muchos interrogantes. Parece que influyó una elevada penetración de energías renovables combinada con una incidencia que desencadenó una reacción en cadena dentro de la red. Si nos fijamos solo en los datos disponibles, se podría pensar que el sistema sigue teniendo vulnerabilidades similares. Ahora bien, me gustaría creer que, desde entonces, se han introducido mejoras que no se han hecho públicas. En otros países, por ejemplo, se están desplegando grandes sistemas de almacenamiento con baterías capaces de absorber estas fluctuaciones y estabilizar la red. Es posible que también se hayan dado pasos en esta dirección aquí, aunque no conozcamos los detalles.
¿Las baterías crees que son suficientes para evitar este tipo de situaciones?
No. Las baterías son solo una parte de la solución. El otro gran reto es la gestión de la red eléctrica. Aquí también pueden tener un papel muy importante los superconductores para el desarrollo de unos dispositivos llamados limitadores de corriente, en los que nosotros mismos también hemos trabajado dentro de varios proyectos europeos. Funcionan como una especie de fusibles. Cuando se produce un pico repentino de corriente, entran automáticamente en funcionamiento, absorben esta sobrecarga y, una vez desaparece el problema, recuperan su estado inicial sin necesidad de sustituir ningún componente. Esta tecnología permitiría construir redes mucho más interconectadas y mucho más resilientes.
¿Por qué es tan importante interconectar las redes?
Las redes mucho más malladas o interconectadas permitirían redistribuir mucho mejor la energía. Hasta ahora, esto es complicado porque un cortocircuito o cualquier incidencia en redes muy malladas puede propagarse rápidamente a toda la red. Con los nuevos sistemas de protección con superconductores, este riesgo disminuye considerablemente. Naturalmente, esto también implica una gestión mucho más sofisticada. No es solo una cuestión de infraestructura física; también hay que desarrollar nuevos sistemas de control, software mucho más avanzado y una forma diferente de operar toda la red eléctrica. Este es, probablemente, uno de los grandes retos de los próximos años.
El modelo actual de red también está cambiando, ¿no?
Sí, profundamente. Cuando se diseñó la red eléctrica, la electricidad se producía en unas pocas centrales y viajaba en una única dirección hasta los consumidores. Hoy esto ha cambiado. La energía solar, la eólica y el autoconsumo hacen que miles de puntos diferentes inyecten electricidad simultáneamente en la red de distribución. La red actual nunca había sido concebida para funcionar así. Ahora debe ser capaz de recibir energía desde muchos puntos diferentes, sincronizarla perfectamente y gestionar situaciones mucho más complejas que las previstas cuando se construyó. Adaptarla a esta nueva realidad es imprescindible.
Las grandes líneas de alta tensión a menudo generan polémica por dónde tienen que pasar. ¿Podemos reformularlas?Necesitaremos seguir transportando grandes cantidades de energía, pero probablemente lo haremos de una manera diferente. Los cables superconductores permiten transportar la misma potencia trabajando a tensiones mucho más bajas gracias a que no tienen resistencia eléctrica. Esto aporta varias ventajas. En primer lugar, aumenta mucho la seguridad. También reduce el impacto territorial porque estos cables se pueden soterrar con mucha más facilidad y no necesitan los grandes corredores de seguridad asociados a las líneas de alta tensión convencionales. Ya se han hecho demostraciones con éxito en Alemania, en Estados Unidos, en Japón y en Corea del Sur. En la ciudad de Essen, por ejemplo, un cable superconductor funcionó durante cuatro años distribuyendo electricidad sin incidencias. Ahora mismo también se está desplegando una nueva instalación de unos doce kilómetros en Múnich. En París, en la zona de Montparnasse, también se está instalando un cable superconductor para aumentar considerablemente la capacidad de transporte sin tener que construir nuevas infraestructuras. Por lo tanto, la tecnología ya existe. El reto es decidir dar el paso y sustituir progresivamente las infraestructuras actuales. El enfriamiento de los cables tampoco es un impedimento hoy en día.
¿Cómo funcionan exactamente?
El cableado con superconductores de alta temperatura crítica trabaja refrigerado con nitrógeno líquido, que es abundante, económico y seguro. Sin embargo, los sistemas de refrigeración actuales son mucho más eficientes que hace unas décadas y, por lo tanto, no suponen ningún problema importante. Además, si se compara la energía necesaria para mantener el cable refrigerado con la energía que se ahorra gracias a la ausencia de pérdidas, el balance sigue siendo claramente favorable.
Imaginar el 2050. Si nos reencontráramos en el año 2050, ¿cómo crees que habrá cambiado el sistema energético?
Me gustaría ver una sociedad prácticamente electrificada. Una sociedad que aproveche todas las tecnologías disponibles para producir y transportar energía de una manera mucho más eficiente. Espero que la superconductividad sea una de las herramientas que hayan hecho posible esta transformación. Ahora tenemos los conocimientos. Disponemos de la tecnología. Lo que hace falta es que administraciones, empresas y centros de investigación trabajen conjuntamente para que estas innovaciones lleguen realmente a la sociedad.
Este año has recibido el premio James Wong del IEEE. ¿Qué ha representado para ti?
Ha sido un gran honor y también una sorpresa. Es un reconocimiento internacional al trabajo realizado durante veinte años y confirma que nuestro grupo es visible y competitivo a escala mundial. También es un estímulo para continuar. Investigar desde aquí no siempre es fácil. Los recursos son más limitados que en otros países, y esto nos obliga a ser especialmente creativos, a identificar muy bien qué problemas podemos resolver y a construir equipos con mucho talento. Este premio es también un reconocimiento a todas las personas que han formado parte del grupo durante estos años.
Prácticamente toda tu carrera ha girado en torno a los superconductores. ¿Qué te ha hecho mantener este interés durante tanto tiempo?
Descubrí la superconductividad mientras estudiaba física, justo cuando se descubrieron los superconductores de alta temperatura crítica. Me fascinaron inmediatamente. Eran materiales capaces de hacer cosas que ningún otro material podía hacer. Hice la tesis doctoral, luego el posdoctorado y, cuando volví, continué trabajando en este campo. Cuando se descubrieron, parecía que revolucionarían el mundo en diez años. Después vimos que eran materiales extraordinariamente complejos. Son cerámicos, pero los tenemos que convertir en hilos, en cintas, en bobinas... y esto ha requerido décadas de desarrollo. Mucha gente que había entrado al principio acabó abandonando esta línea de investigación. Nosotros nos quedamos. Creo que la perseverancia es una parte muy importante de la ciencia. Cuando estás convencido de que una cosa no es imposible, sino simplemente difícil, acabas encontrando el camino. Mirando atrás, pienso que este premio también reconoce esta perseverancia.
¿Los nuevos estudiantes continúan interesándose por este campo?
Sí, y diría que ahora más que hace unos años. Hubo una época en que estos temas despertaban menos interés. En cambio, ahora recibimos muchos estudiantes que ya han oído hablar de superconductividad incluso antes de llegar a la universidad. Algunos llegan después de haber visto vídeos o trabajos sobre fusión nuclear durante el bachillerato. El impulso que vive la fusión nuclear ha hecho que mucha gente descubra que existen nuevos materiales capaces de cambiar completamente la manera como producimos y gestionamos la energía. Esto es muy positivo. Necesitamos una nueva generación de investigadores e investigadoras que continúe desarrollando estas tecnologías. La ciencia es una carrera de relevos. Cada generación avanza un poco más que la anterior, y esta es, probablemente, la mejor manera de construir el futuro.