Zap Energy acerca la energía de fusión a su comercialización con una plataforma de investigación única

Zap Energy ha mejorado su plataforma de pruebas de ingeniería de fusión Century para operar con más de cien disparos de plasma a 0,2 Hz, o un disparo cada cinco segundos. El calor resultante es capturado por superficies recubiertas de metal líquido circulante. Concentrado dentro de una cámara de vacío del tamaño aproximado de un calentador de agua, cada plasma transportaba hasta 500 kA de corriente —unas 20 veces más potente que un rayo— descargada en un recipiente revestido de bismuto líquido. Durante la prueba récord, la potencia total de entrada de Century fue de 57 kilovatios, de los cuales 39 se suministraron directamente a los cables que conducen a la cámara de plasma.

En comparación con el hito de puesta en servicio de Century en 2024, este logro representa un aumento de 20 veces en la potencia promedio sostenida y es un paso importante hacia el desarrollo de plantas de energía de fusión comerciales que utilicen energía pulsada repetitiva y transferencia de energía de metal líquido.

Integración de tecnologías de plantas de fusión

Century replica las condiciones de ingeniería comercial del singular enfoque de fusión de Zap, que no se basa en imanes superconductores ni láseres de alta intensidad. En su lugar, los módulos de fusión Z-pinch estabilizados por flujo de cizallamiento (SFS) de Zap impulsan un pulso de electricidad a través de una corriente de plasma en movimiento, generando un campo magnético que comprime el plasma y las fuerzas estabilizadoras que lo sustentan.

“La operación prolongada de un sistema totalmente integrado y de pulsos repetitivos a 30 kilovatios nos da una visión mucho más clara de cómo será realmente una planta de energía de fusión Z-pinch de flujo cizallado”, afirmó Matthew Thompson, vicepresidente de Ingeniería de Sistemas de Zap Energy. “Las pruebas reales realizadas por Century a nuestros subsistemas de ingeniería nos permiten ya haber comenzado a identificar y resolver muchos de los desafíos tecnológicos comerciales más complejos”.

Uno de los objetivos de Century es caracterizar la transferencia de energía entre tres subsistemas clave de las centrales eléctricas: potencia pulsada repetitiva (ráfagas frecuentes de energía), paredes de metal líquido (para absorber y transferir la energía de fusión fuera de la cámara de plasma) y electrodos duraderos (componentes capaces de resistir condiciones extremas). Estas tecnologías son esenciales para construir un sistema de fusión comercial que genere energía de forma constante durante un período prolongado.

Desde su inicio en operaciones el año pasado, cada uno de los subsistemas de Century se ha modernizado con el objetivo de alcanzar los 30 kW. Las mejoras incluyen:

• Un circuito de metal líquido que circula 1100 kilogramos (2500 libras) de bismuto líquido. El bismuto líquido actúa como vía de conducción eléctrica, barrera protectora frente al plasma y fluido de transferencia de calor.
• Una primera pared de metal líquido que utiliza fuerzas centrífugas para cubrir más superficies metálicas sólidas expuestas, mejorando su capacidad para absorber el calor del plasma.
• Un intercambiador de calor refrigerado por aire de 200 kilovatios construido a medida que ayuda a mantener el equilibrio térmico.
• Un cono nasal rediseñado, recubierto con metal líquido para evitar la erosión del cátodo.
• Un sistema de enfriamiento por sobretensión de cátodo de alto flujo que ayuda a reducir rápidamente la temperatura del sistema entre disparos.

“El siglo está madurando tecnologías que, en última instancia, convertirán la energía de nuestras reacciones de fusión en electricidad o calor industrial. Históricamente, la ingeniería de sistemas se ha pasado por alto en el desarrollo de la fusión”, afirmó Benj Conway, director ejecutivo y cofundador de Zap Energy. “La fusión no es solo un problema de plasma. Es un problema de integración de sistemas”.

Cómo funciona Century

Cada disparo de Century comienza en sus bancos de energía: un conjunto de condensadores de gran tamaño extrae energía de la red, la almacena brevemente y luego libera una breve ráfaga de corriente en la parte superior de la cámara de vacío de Century mediante cableado de gran calibre. Dentro de la cámara de plasma de orientación vertical, diseñada a partir de un dispositivo Zap FuZE , el pulso ioniza una nube de gas hidrógeno en un filamento de plasma denso y extremadamente caliente. (Dado que su objetivo de diseño es la validación de ingeniería, Century opera con hidrógeno o helio puro, en lugar de combustible de deuterio-tritio apto para fusión. Como resultado, sus plasmas no experimentan reacciones de fusión ni emiten neutrones).

Finalmente, la energía térmica del plasma alcanza la pared metálica líquida que recubre la superficie interna de la cámara de plasma. El metal circulante absorbe la energía térmica del plasma, la transfiere a un intercambiador de calor refrigerado por aire y luego regresa a la cámara de vacío.

Ampliación de escala

Desde su puesta en servicio en junio de 2024, Century ha aumentado su capacidad de un disparo de plasma cada 10 segundos, con una potencia promedio de aproximadamente 1,4 kilovatios, a un disparo cada cinco segundos, con una potencia promedio de aproximadamente 30 kilovatios. En febrero de 2025, el Departamento de Energía (DOE) certificó la finalización de una campaña Century de tres horas, que produjo más de mil disparos de plasma consecutivos, cada uno con al menos 100 kiloamperios de corriente. El año pasado, la plataforma disparó más de diez mil disparos en una amplia gama de configuraciones, lo que proporcionó valiosas lecciones sobre cómo operar plasmas Z-pinch de alta tasa de repetición.

A principios de este mes, Fusion Science and Technology publicó un artículo sobre el diseño de Century y su puesta en servicio, prevista para junio y octubre de 2024. Durante los próximos meses, Zap seguirá investigando cuestiones técnicas críticas mientras aumenta gradualmente la tasa de repetición y los niveles de potencia de Century.