Energia
Primeiro Projeto Comercial de Fusão Nuclear Anunciado
Fusão, A Fonte de Energia Definitiva
À medida que fontes de energia estáveis, confiáveis, baratas e neutras em carbono se tornam uma questão cada vez mais premente, todos os olhos estão voltados para soluções nucleares.
Isso inclui a fissão nuclear, ou a divisão de átomos pesados como urânio, tório ou plutônio. Esta tecnologia está fazendo um retorno dramático com a eliminação gradual de usinas de energia a carvão e gás, apesar da necessidade de geração de energia de base, bem como das tendências de eletrificação de transporte, aquecimento e produção industrial.
No entanto, não está isenta de problemas, mesmo para a mais avançada 4ª geração de usinas nucleares. Mais notavelmente, ainda envolve o manuseio de materiais altamente radioativos, algo que o público ainda é cauteloso e nunca será totalmente neutro em termos ambientais.
É por isso que os cientistas têm procurado as promessas da fusão nuclear, que unem átomos como o hidrogênio, o mesmo fenômeno que alimenta o Sol.
Source: Nature
Isso usaria um combustível que é o elemento mais abundante no Universo e produziria apenas hélio ou lítio inofensivos. Também seria poderoso o suficiente para tornar disponível essencialmente energia infinita, com zero risco de explosão ou reação em cadeia descontrolada.
O problema é que produzir as condições necessárias é tão difícil de alcançar que nenhum reator de fusão jamais se aproximou da comercialização até agora.
Isso pode mudar em menos de uma década, pelo menos de acordo com a Commonwealth Fusion Systems (CFS). A empresa acaba de anunciar que está se movendo para construir o primeiro reator de fusão comercial na Virgínia.
Projeto do Reator CFS
A Commonwealth Fusion Systems está visando que seu reator ARC gere 400 MW para a rede de energia da Virgínia, o suficiente para alimentar 150.000 lares.
Essa é uma avanço radical para o campo da fusão nuclear, pois sempre pareceu que o primeiro reator de escala era 20-30 anos à frente. Mesmo o enorme empreendimento internacional que é o ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional) não deve ser concluído antes de 2039.
Em comparação, o reator CFS está planejado para ser construído em um local de propriedade da empresa de energia Dominion (D ). Eles o veem como factível já no início da década de 2030.
“As necessidades crescentes de nossos clientes por energia confiável e livre de carbono se beneficiam de um menu de opções de geração de energia o mais diversificado possível, e nesse espírito, estamos ansiosos para ajudar a CFS em seus esforços.”
Commonwealth Fusion Systems
Tecnologia da CFS
Para entender quão realista é esse projeto, precisamos olhar para a história da CFS. A empresa foi criada a partir do MIT em 2018 e levantou $2B desde então, notadamente da gigante italiana do petróleo Eni. A CFS está desenvolvendo um reator de fusão baseado no design “clássico” de tokamak, que forma um plasma em um toro (forma de rosca).
Source: DOE
(Você pode aprender mais sobre fusão nuclear e diferentes projetos de reatores em “Fusão Nuclear – A Solução de Energia Limpa Definitiva no Horizonte” e supercondutividade em “Progresso em Supercondutividade Abre Caminho para uma Nova Revolução Tecnológica”)
A CFS usa ímagos supercondutores de alta temperatura (HTS) desenvolvidos em colaboração com o MIT. Eles controlarão e comprimirão o plasma de deutério-trítio para criar fusão nuclear.
Um “cobertor” líquido captura essa energia como calor, então transfere para a água que gira uma turbina a vapor para gerar energia. O deutério está disponível quase em todos os lugares e pode ser filtrado da água do mar, enquanto os cobertores ARC naturalmente produzirão trítio.
Em 2021, desenvolveu um ímã HTS de 20 teslas, uma melhoria de 100-1.000x no desempenho dos ímagos anteriores e o maior já construído.
Esses ímagos agora são montados em um novo design de quebra de recordes chamado Bobina de Modelo de Solenoide Central (CSMC). Em 2024, a empresa também publicou sua tecnologia para um cabo supercondutor de alta densidade de corrente e alta temperatura que alimenta esses ímagos.
O uso de combustível será muito compacto, como para todas as tecnologias de fusão nuclear:
“Porque apenas pequenas quantidades são necessárias, 30 anos de combustível ARC podem ser entregues por um único caminhão quando uma nova usina é aberta, sem riscos de alteração de preços ao longo do tempo e sem vínculos com cadeias de suprimento globalmente problemáticas.”
Série de Reatores Futuros
Os ímagos HTS serão usados para construir SPARC, que visa ser o primeiro reator de fusão com energia líquida, significando que produzirá mais energia a partir da fusão do que consome ao acender o plasma de hidrogênio.
O SPARC já está em construção no campus da CFS em Massachusetts, mas ainda não produziu seu primeiro plasma.
Source: CFS
Se tudo correr bem com o demonstrador SPARC, ARC, para ser construído na Virgínia, é o próximo passo.
Source: CFS
Enquanto o SPARC está lá para testar a tecnologia, o ARC estará lá para testar a economia do design. Cada ARC será cerca do tamanho de uma grande loja com necessidades de local semelhantes.
Source: CFS
O próximo passo é produzir em massa o ARC, visando reduzir os custos de fabricação e distribuir os custos de P&D.
Endossos Sérios
A CFS não é apenas endossada pela Dominion e Eni, mas também pela Agência de Energia Atômica do Reino Unido, com quem assinou um acordo de colaboração de cinco anos em 2022.
Os esforços de pesquisa da CFS foram financiados por prêmios de dois esforços do Departamento de Energia dos EUA, Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) e Fusion Energy Sciences (FES).
Os especialistas do MIT também estão intimamente envolvidos com a CFS:
“Onde a missão do TFMC era demonstrar uma força constante, o CSMC precisava demonstrar velocidade.
Centenas de mãos tocaram essa bobina, desde sua concepção na prancheta até seu longo e complicado programa de teste. A ingenuidade, perseverança e coração mostrados por essa equipe unida foram tão impressionantes quanto a bobina que surgiu de seus esforços.”
Avaliação da CFS
Os feitos da Commonwealth Fusion Systems em tecnologia de ímagos são de classe mundial. A confinamento magnético estável, o conceito central de um reator tokamak, poderia provar ser a chave perdida para resolver o quebra-cabeça da fusão nuclear.
É, em qualquer caso, uma tecnologia muito valiosa, não apenas para aplicações de fusão.
No entanto, é um pouco cedo para dizer quão otimistas são os objetivos e o cronograma da CFS. A fusão nuclear é um campo repleto de protótipos promissores que se revelaram menos estáveis ou produtivos do que se esperava.
Portanto, não está claro se o poder extra dos ímagos da CFS será suficiente para produzir plasma de fusão confiável e lucrativo.
Como exemplo de questões não resolvidas possíveis, o cobertor produtor de trítio dentro do reator pode não ser tão produtivo ou durável quanto esperado, mesmo que a geração de plasma ocorra suavemente. Coletar a energia de volta e convertê-la em eletricidade sem danificar o reator por décadas de operação pode se provar complicado também.
A confiança exibida pela CFS e pela Dominion Energy, no entanto, mostra que a fusão nuclear está fazendo um grande progresso. Juntamente com IA capaz de desenvolver novos materiais ou estabilizar plasma em tempo real, podemos estar a apenas 1-2 décadas de distância de energia ilimitada e barata que permitiria instantaneamente o desdobramento massivo de dessalinização, exploração espacial, agricultura indoor, etc.
Empresas de Fusão
Atualmente, nenhuma das empresas dedicadas exclusivamente a tornar a fusão nuclear comercialmente viável é listada publicamente. Isso inclui Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, e NEO Fusion.
Você pode encontrar uma lista extensiva de startups no espaço de fusão nuclear na página dedicada da Dealroom.
Ainda assim, uma empresa listada publicamente tem sido ativa no campo da fusão, com uma redirecionamento de seu conceito de produção de energia para propulsão espacial: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Uma nota excepcional à regra de startups privadas dominando o campo é a empresa pública negociada Lockheed Martin Corporation, um gigante da indústria de defesa.
A Lockheed trabalhou desde o início dos anos 2010 no Fusão Compacta, um reator de fusão nuclear que esperava estar pronto na década de 2020. No entanto, foi anunciado que o trabalho no projeto foi interrompido em 2021.
A empresa tem sido muito discreta sobre esse projeto desde o anúncio público inicial. Até hoje, não está claro o que poderia ter motivado a empresa a abandonar a ideia.
Ao mesmo tempo, parece que não abandonou completamente o conceito, notadamente com investimentos em 2024 na Helicity, uma startup que desenvolve um motor de fusão.
A ideia é propelir espaçonaves com rajadas curtas de fusão. A Helicity planeja usar uma arma de plasma, a mesma abordagem da General Fusion. Potencialmente, os resultados internos da Lockheed podem ter mostrado que seu design não poderia sustentar a fusão de uma maneira compatível com a produção de energia.
Mas talvez, ao mesmo tempo, rajadas curtas sejam suficientes para as necessidades de propulsão no espaço e muito mais próximas de se tornar um produto real? Isso também seria um melhor ajuste com o perfil geral da empresa focado em aerospacial e defesa.
