Empresarios Agrupados y el grupo Leading fabricarán los paneles de la primera pared del ITER

Foto ITER Organization/EJF Riche. Panorámica de las instalaciones del ITER

Desde el lanzamiento del proyecto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) la industria española ha recibido más de 1.200 millones de euros en contratos para el desarrollo de proyectos tecnológicos en áreas tan específicas como la fabricación de imanes superconductores, bobinas toroidales, diagnóstico e instrumentación y tecnología de materiales, entre otras.

Desafíos del ITER

El ITER, con sus más de 23.000 toneladas y 73 metros de altura, es un first of a kind cuyos componentes representan algunos de los retos tecnológicos más desafiantes de las próximas décadas. Los retos que persigue el ITER son conseguir 500 MW de potencia, es decir, 30 veces más que el reactor de fusión JET; una ganancia de 10, y obtener, además, un funcionamiento de manera autosostenida durante 8 minutos.

Recrear en la Tierra el mecanismo que se produce de manera natural en las estrellas no es tarea fácil. El objetivo de conseguir fusionar dos isotopos de hidrógeno es uno de los mayores desafíos tecnológicos a los que nos podemos enfrentar. En las estrellas este proceso se produce gracias a su enorme fuerza de la gravedad, pero reproducir en la Tierra esas condiciones pasa por lograr un plasma confinado magnéticamente a más de 150 millones de grados centígrados, es decir, 10 veces más que la temperatura en el Sol y separado sólo a una distancia de 10 metros de los imanes superconductores más potentes del Universo, cuya temperatura alcanzará los -269ºC.

Vídeo ITER Organization

Calentar el plasma hasta los 150 millones de grados necesarios no es, evidentemente, nada fácil y para conseguirlo será necesario usar la radiofrecuencia –mismo principio que los microondas–, así como inyectar iones acelerados que aumenten las colisiones de las partículas.

El éxito del ITER depende de la integración de multitud de tecnologías críticas como son los materiales de primera pared, sistemas de control, diagnósticos, criogenia y mantenimiento remoto, entre otras. Así, por ejemplo, los materiales que constituyen la primera pared se encontrarán en la parte de la cámara más cercana al plasma y estarán sometidos al intenso bombardeo de neutrones calientes por lo que deberán ser muy eficientes en la evacuación del calor.

Controlar el plasma es también uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta el proyecto. Habrá que evitar, por una parte, las pérdidas, turbulencias e inestabilidades que se generan en los límites del plasma, teniendo en cuenta, además, que cualquier mínima impureza pararía la reacción.

Foto ITER Organization. Plasma dentro del Tokamak

Referentes tecnológicos

En el ámbito de las tecnologías de materiales cabe destacar el último contrato que ha sido adjudicado a Empresarios Agrupados y al grupo Leading para el diseño y fabricación de los First Wall Panels. Estos paneles de berilio se ubicarán en la primera pared de la vasija de vacío del ITER donde se producirá la reacción nuclear.

Su función es esencial porque permitirán transferir el calor generado al circuito de refrigeración y, además, protegerán a la vasija de vacío de las elevadas temperaturas superiores a los 150 millones de ºC del plasma generado en el proceso de fusión. Todo ello conlleva que el diseño y los procesos de fabricación e inspección sean complejos y requieran tecnologías muy precisas.

Los desarrollos se realizarán en dos fases. En la primera se fabricará una pre-serie de 30 paneles. Tras esta primera fase se inicia la fabricación en serie del resto de paneles que podría llegar hasta alrededor de 200. Se prevé que gracias a este contrato se generará más de 100 empleos de gran cualificación.

Foto Fusion For Energy: Vista frontal del prototipo de los paneles NHF FW del ITER

Empresarios Agrupados

Para Javier Perea Sáenz de Buruaga, Consejero Delegado de Empresarios Agrupados: “Los proyectos de las grandes instalaciones siempre llevan consigo innovación y valor añadido siendo, por ello, uno de los pilares de la estrategia de nuestra compañía. En concreto, el proyecto para la fabricación de los paneles de la primera pared de la vasija de vacío del ITER nos permitirá avanzar en las herramientas de cálculo e ingeniería necesarias para la simulación del comportamiento de los materiales y procesos de fabricación avanzados como son tratamientos mecánico-térmicos bajo presión (HIP), limpiezas químicas, dopaje de Cu y Be con iones robótica, taladrados profundos, todos ellos utilizados en la fabricación de los First Wall Panels (FWP)”.

“Además de estos aspectos técnicos –prosigue–, el contrato requiere, por su complejidad, métodos avanzados de dirección del proyecto; evaluación de riesgos; medidas de valor añadido; planificación; control de costes y gestión de subcontratistas que, sin duda, mejorarán y ampliarán la capacidad de nuestros procesos”.

Empresarios Agrupados es una ingeniería española que se ha consolidado como un referente en el ITER. Su apuesta visionaria nace mucho tiempo atrás cuando se constituyó EFET para apoyar este proyecto. ¿Hasta qué punto cree que este posicionamiento inicial y su apuesta estratégica ha contribuido al éxito de esta ingeniería en el ITER?

Efectivamente, Empresarios Agrupados se incorporó, allá por los años 90, en el programa de fusión. En aquel momento, la industria nuclear buscaba una transformación ante la parada de los programas nucleares en Europa, avanzando en fisión nuclear y en los desarrollos de reactores avanzados. En fusión, se iniciaba una etapa de consolidación de la tecnología mediante la demostración de su capacidad de generación con ganancia energética que se materializó en la decisión de la construcción del ITER.

Esta empresa consideró que su experiencia en el diseño, construcción y operación de centrales nucleares era un valor añadido para el nuevo programa de fusión y ha propiciado que haya sido un camino de éxito, con contratos muy relevantes en el ITER entre los que destacan, por su alcance y complejidad, el del diseño y construcción de todos los edificios (ITER Buildings); el contrato para el diseño y soportado de toda la tubería de refrigeración de los paneles de prueba de la primera pared (TBMs-CP); el de diseño y fabricación del sistema de control de seguridad (SCS-N); el de instalación de tuberías y cables en el edificio del Tokamak (TCC2) y, por último, el contrato para la fabricación en serie de los paneles de la primera pared.

Este éxito se fundamenta, en mi opinión, en tres pilares: por un lado, la gran capacidad de Empresarios Agrupados, su excelente coordinación y colaboración con los clientes del ITER Organization (IO) y Fusion for Energy (F4E), así como con los socios en los consorcios creados para la ejecución de los mismos y, también, el apoyo de la Administración española a la que luego me referiré.

El consorcio español ha conseguido ser adjudicatario de este contrato en competición con líderes mundiales en el ámbito nuclear como Framatome, ¿cuáles han sido las claves del consorcio español para conseguir este éxito?

Varias han sido las claves del éxito en esta competición que, sin duda, ha sido complicada y exigente por el calibre de algunos ofertantes como son el Grupo Alcen y Framatome.

Un factor importante ha sido la buena dirección realizada por F4E en todo este proceso, proporcionándonos, en todo momento, instrucciones claras y respetando, exhaustivamente, las reglas de esta competición.

Por otra parte, quisiera poner en valor el gran conocimiento, por parte de Leading, de la tecnología necesaria para la fabricación de prototipos de estos mismos componentes que han resultado ser de gran ayuda.

Otro elemento importante a la hora de ganar este contrato ha sido la constitución de un grupo muy cualificado para la preparación de la oferta. Diría que la oferta fue el inicio del proyecto.

Por último, la decisión de la dirección de Empresarios Agrupados de apoyar esta oportunidad sin cuestionar los recursos necesarios para la preparación de la oferta y llevar a cabo las negociaciones posteriores hasta la firma del contrato.

 

Foto F4E. Vista trasera del prototipo de los paneles NHF FW del ITER

¿Cuáles son los principales retos a los que se tendrá que enfrentar el consorcio español?

El contrato está lleno de retos, tanto técnicos como contractuales y/o de gestión. No debemos olvidar que se trata de componentes fabricados por primera vez (“First-of-a-kind”) y de gran complejidad tecnológica. Entre ellos, me gustaría poner en valor algunos que ya hemos identificado y seguro que habrá muchos otros que ni siquiera hemos advertido.

El primer reto es aplicar las lecciones aprendidas en el prototipo a la fabricación en serie. Esto entraña una gran dificultad ya que la cadena para la producción en serie de los First Wall Panels tiene que ser creada de nuevo y no es evidente que sea trasladable toda la experiencia adquirida del prototipo.

Otro reto importante está en los procesos críticos que se deben subcontratar y que, en algunos casos, dependen de proveedores únicos en Europa.

También debemos conseguir controlar el coste de los paneles y su ejecución para realizarlos en plazo para lo cual el objetivo más importante es anticiparse, con medidas preventivas adecuadas, para minimizar el riesgo.

Finalmente, y no menos importantes, son los retos asociados a la cohesión del equipo. No hay que olvidar que este es un contrato a muy largo plazo y, por tanto, los factores humanos deben ser también considerados adecuadamente.

Foto F4E: Detalle de la superficie frontal del panel con los tiles de berilio

El proyecto que van a desarrollar, ¿qué proyección puede tener en otras aplicaciones industriales?

Hay aplicaciones casi inmediatas como es el diseño del primer demostrador de generación de energía eléctrica DEMO en el cual componentes similares deben ser diseñados e instalados en su vasija de vacío. En este caso, como hay iniciativas de DEMO en todos los países que contribuyen al ITER, esta proyección no se limita a Europa sino que tiene una proyección internacional a mayor escala.

Además de DEMO, los procesos de fabricación avanzada antes mencionados también son utilizados en aeronáutica y son prometedores para los reactores avanzados de fisión en los cuales ya se está trabajando. También pueden tener proyección en las estrategias de almacenamiento de las energías renovables donde se emplean materiales así como en otros procesos similares de fabricación.

En lo que se refiere a la ingeniería, la utilización de herramientas avanzadas de modelado, cálculo, planificación, etc., pueden ser aplicadas en otras instalaciones complejas donde las condiciones de diseño son extremas.

En este contrato, ¿qué resaltaría de la colaboración por parte de la Administración española?

Desde el inicio en los años 90, Empresarios Agrupados ha colaborado con la Administración española siendo esto, yo diría, una de las claves del camino hacia el éxito.

Es importante señalar que, en la tecnología de fusión, la Administración española hizo una gran apuesta. La labor del CIEMAT en este ámbito merece especial reconocimiento no sólo por su propio desarrollo técnico y experimental, sino también por su visión de entender la oportunidad que suponía para España y abrir el camino a la colaboración con la industria.

En esta visión, la candidatura de un emplazamiento español para el ITER, apoyada por la Administración española, ha sido un elemento diferenciador para conseguir no solo la elevada participación española en esta organización internacional, si no también en otras instalaciones de fusión como es el caso de la apuesta de la candidatura española para la instalación de IFMIF-DONES en Granada.

Esta apuesta de la Administración española ha sido reforzada con distintos instrumentos y organizaciones, entre los que cabe destacar la gran labor del CDTI y del Ministerio de Ciencia e Innovación que, desde su división en el ámbito de las grandes instalaciones, ha apoyado, decididamente, a la industria española. La participación del CDTI como Industrial Liaison Officers (ILOs) en la celebración de workshops y en las convocatorias lanzadas de programas como CIEN, MISIONES, etc., han canalizado el posicionamiento de España en el programa de fusión.

Por todo ello, en nombre de Empresarios Agrupados quiero agradecer a la Administración española su visión y apoyo a la industria española en este programa.

Tecnologías de fabricación muy innovadoras

En la fabricación de los First Wall Panels también participa la empresa Leading Metal Mechanic Solutions, S.L. cuyo Presidente, José Emilio Alonso González, asegura que: “En este caso, se utilizan un conjunto de tecnologías de fabricación muy avanzadas. Entre los desarrollos más importantes se encuentran los recubrimientos PVD; uniones por difusión y que precisan de ensamblajes previos en salas blancas; operaciones de berilio, una técnica muy escasa a nivel mundial por la idiosincrasia de este material, y los últimos avances en técnicas de inspección como ultrasonidos o test de fugas con helio a altas temperaturas. Además, debido a los altos requerimientos técnicos, se precisa de sistemas robóticos avanzados que serán desarrollados por empresas especializadas y también por centros de investigación al no existir soluciones comerciales en el mercado. En su conjunto, se puede considerar que es un desarrollo altamente tecnológico”.

¿Qué reto tecnológico, en su opinión, tienen por delante?

El más importante y el que ha sido siempre el estándar de nuestra compañía es satisfacer al cliente, en este caso a Fusion For Energy con un producto tecnológico de altísima exigencia que cumpla todas las especificaciones técnicas y sea suministrado en el tiempo necesario que precisa el reactor Tokamak del ITER para alcanzar el objetivo de producir una nueva fuente de energía como es la fusión nuclear, más conocida como la energía del Sol. Sinceramente, creo que hay muy pocos retos tecnológicos en estos niveles. Evidentemente, para alcanzar este objetivo necesitamos también el apoyo de las mejores empresas de nuestro país.

¿Cuándo finalizarán la fabricación de estos paneles?

Hemos comenzado a primeros de este año y esperamos concluir en el 2028 con la entrega del último panel.

¿Cuántos paneles van a fabricar?

Europa, a través de su agencia doméstica, Fusion For Energy (F4E), construirá 215 paneles. Nosotros, en principio, tenemos que desarrollar, durante los tres próximos años, 30 paneles en la fase de pre-serie. El resto deberían de fabricarse, aproximadamente, en los cinco años siguientes.

¿Cuántos paneles, en total, tendrá la primera pared de la vasija de vacío?

La pared se compone de 440 paneles que cubren una superficie de 600m² con diferentes geometrías en función de la posición en el reactor Tokamak. Como antes he comentado, Europa se encargará de fabricar 215 paneles que corresponden, aproximadamente, al 50% del total. El resto, los fabricarán China (10%) y Rusia (40%) como miembros activos del programa ITER.

¿Cuál es la misión de estos paneles?

Como ya se ha mencionado, los First Wall Panels (FWP´s) son uno de los componentes más críticos y técnicamente desafiantes del ITER dado que se enfrentan directamente al plasma de la reacción que puede alcanzar hasta 150 millones de grados de temperatura. Debido a sus propiedades físicas que son únicas –baja contaminación por plasma y baja retención de combustible–, se ha elegido el berilio como elemento para cubrir estos FWP. El resto de materiales empleados son, principalmente, una aleación de cobre de alta resistencia y acero inoxidable. El ITER será el primer reactor de fusión que funcionará con FWP refrigerados de forma activa. El agua de refrigeración, inyectada a 4 MPa y 70 °C, está diseñada para absorber hasta 736 MW de potencia térmica.

Leading ha demostrado tener una gran capacidad para fabricar piezas con berilio, material que requiere procesos de fabricación complejos y con mucha seguridad por ser altamente cancerígeno. ¿Cómo surge la idea de apostar por este nicho de mercado y cuáles han sido los principales obstáculos hasta conseguir ser el referente nacional en fabricación de este elemento?

En 2010, en plena crisis, esta compañía necesitaba realizar una reconversión hacia nuevas tecnologías pero siempre sobre la base del mecanizado que había sido nuestro origen y conocimiento. Entonces detectamos la oportunidad de participar en la fabricación de los FWP´s donde se necesitaba integrar operaciones con berilio. Cuando nos adjudicaron el primer prototipo recuerdo que me senté con el equipo directivo y les dije: ¿Por qué no entrar en este mercado? En ese momento entendí que suponía una manera de seguir construyendo y dar un paso importante para seguir avanzando en las fases siguientes de la fabricación de los paneles.

Quizás fue una decisión un tanto irracional en aquella época ya que no conocíamos bien ese mercado y nos suponía una importante inversión de varios millones de euros. Por otra parte, a casi todo el mundo le atemorizaba la palabra “berilio”. Hoy en día tenemos una planta con todas las medidas de seguridad más avanzadas que son necesarias y un futuro muy prometedor como fabricante de tecnología de fusión. Personalmente, estoy muy contento de haberme guiado por mi propia intuición, a veces son las mejores decisiones.

Para llevar a cabo estos desarrollos se tendrá que crear una planta de montaje específica. ¿Qué impacto tendrá en Cantabria?

Durante los próximos 10 años estimamos que este contrato supondrá unos 200 millones de euros para nuestra región. Es importante destacar que 25 millones se destinarán a la construcción de una nueva planta de fabricación. También se prevé un importante gasto en I+D+i.

Por lo que respecta a la creación de empleo, calculamos que se crearán unos 100 puestos de trabajo altamente especializados.

No obstante, me gustaría señalar que este contrato supone el desarrollo de una nueva tecnología de energía sostenible que contribuirá al desarrollo de una nueva industria tecnológica en nuestro país.

A lo largo de su existencia, ¿cuáles son las principales ayudas con las que ha contado esta empresa y qué importancia tiene la preparación y cualificación previa en este tipo de contratos?

Evidentemente, no estaríamos hoy aquí sin el continuo y fuerte apoyo mostrado por el CDTI, el Ministerio de Ciencia e Innovación y el Gobierno de Cantabria a través de sus programas de investigación. Durante estos últimos 10 años, hemos desarrollado un gran número de programas de I+D que nos han dado la oportunidad de demostrar la eficacia de nuestras tecnologías, especialmente los ensamblajes previos y las uniones por difusión, las complejas operaciones de mecanizado para conseguir las geometrías requeridas o las técnicas de berilio. Tampoco queremos olvidar a otras empresas y Centros como son Iberdrola, Jacobs, Tecnalia, Ceit, Tecnatom o Calsolfer, entre muchas otras organizaciones, que han colaborado con nosotros en este largo camino y que, sin ellos, hubiera sido muy complicado abordar este gran reto.

El CDTI

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