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 olhares se voltam 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 no contexto da eliminação de usinas de carvão e gás, apesar da necessidade de geração de energia base, bem como das tendências de eletrificação do transporte, aquecimento e produção industrial.

É, porém, não isenta de problemas, mesmo para as mais avançadas usinas de quarta geração. O mais notável, ainda envolve o manuseio de materiais altamente radioativos, algo que o público ainda tem receio e nunca será totalmente neutro ambientalmente.

É por isso que os cientistas têm olhado para as promessas da fusão nuclear, que funde átomos como o hidrogênio, o mesmo fenômeno que alimenta o Sol.

Fonte: Nature

Isso usaria um combustível que é o elemento mais abundante do Universo e produziria apenas hélio ou lítio inofensivo. Também seria poderoso o suficiente para disponibilizar energia essencialmente infinita, sem 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 chegou perto da comercialização até agora.

Isso pode mudar em menos de uma década, pelo menos segundo a Commonwealth Fusion Systems (CFS). A empresa acabou de anunciar que está avançando rumo à construção do primeiro reator de fusão comercial na Virgínia.

Projeto do Reator CFS

A Commonwealth Fusion Systems está mirando seu reator ARC para gerar 400 MW para a rede elétrica da Virgínia, o que é suficiente para abastecer 150.000 residências.

Este é um avanço radical para o campo da fusão nuclear, já que sempre pareceu que o primeiro reator de escala maior estava a 20-30 anos de distância. Até mesmo o enorme esforço 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 veem isso como viável já no início da década de 2030.

“As crescentes necessidades de nossos clientes por energia confiável e livre de carbono se beneficiam de um menu o mais diversificado possível de opções de geração de energia e, nesse espírito, estamos encantados em apoiar a CFS em seus esforços.”

Edward H Baine – presidente da Dominion

Commonwealth Fusion Systems

Tecnologia CFS

Para entender quão realista este projeto é, precisamos olhar para a história da CFS. A empresa foi desmembrada do MIT em 2018 e levantou $2 B desde então, notavelmente da gigante italiana de petróleo Eni. A CFS está desenvolvendo um reator de fusão baseado no design “clássico” tokamak, que forma um plasma em um toro (forma de rosquinha).

Fonte: DOE

(Você pode aprender mais sobre fusão nuclear e diferentes designs de reatores em “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon” e supercondutividade em “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”)

A CFS usa ímãs 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 “blanket” líquido captura essa energia como calor, depois a transfere para água que aciona uma turbina a vapor para gerar energia. O deutério está disponível quase em todo lugar e pode ser filtrado da água do mar, enquanto os blankets do ARC produzirão naturalmente trítio.

Em 2021, desenvolveu um ímã HTS de 20 tesla, uma melhoria de 100‑1.000x em relação ao desempenho dos ímãs anteriores e o maior já construído.

Esses ímãs agora são montados em um novo design recorde chamado Central Solenoid Model Coil (CSMC). Em 2024, a empresa também publicou sua tecnologia para um cabo supercondutor de alta densidade de corrente e alta temperatura que alimenta esses ímãs.

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 planta for inaugurada, sem riscos de mudança de preço no futuro e sem vínculos a cadeias de suprimentos globalmente problemáticas.”

Próxima Série de Reatores

Os ímãs HTS serão usados para construir o SPARC, que visa ser o primeiro reator de fusão de energia líquida, ou seja, produzirá mais energia da fusão do que consome ao inflamar o plasma de hidrogênio.

O SPARC já está em construção no campus da CFS em Massachusetts, mas ainda não produziu seu primeiro plasma.

Fonte: CFS

Se tudo correr bem com o demonstrador SPARC, ARC, que será construído na Virgínia, é o próximo passo.

Fonte: CFS

Enquanto o SPARC serve para testar a tecnologia, o ARC servirá para testar a economia do design. Cada ARC terá aproximadamente o tamanho de uma loja de grande porte com necessidades de terreno semelhantes.

Fonte: CFS

O próximo passo é produzir ARC em massa, visando reduzir os custos de fabricação e distribuir os custos de P&D.

Apoios Sérios

A CFS não é apenas apoiada pela Dominion e pela 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 duas iniciativas do Departamento de Energia dos EUA, a Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) e a 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 no desenho até seu longo e complicado programa de testes. A engenhosidade, perseverança e coração mostrados por essa equipe coesa foram tão impressionantes quanto a bobina que surgiu de seus esforços.”

Ted Golfinopoulos, um dos Investigadores Principais do MIT em reatores de fusão.

Avaliação da CFS

As conquistas da Commonwealth Fusion Systems em tecnologia de ímãs são de classe mundial. O confinamento magnético estável, conceito central de um reator tokamak, pode ser a chave que falta para resolver o quebra‑cabeça da fusão nuclear.

De qualquer forma, será uma tecnologia muito valiosa, não apenas para aplicações de fusão.

No entanto, ainda é cedo para dizer quão otimistas são as metas e o cronograma da CFS. A fusão nuclear é um campo repleto de protótipos promissores que se mostraram menos estáveis ou produtivos do que o esperado.

Portanto, não está claro se o poder extra dos ímãs da CFS será suficiente para produzir plasma de fusão confiável e lucrativo.

Como exemplo de possíveis questões não resolvidas, o blanket produtor de trítio dentro do reator pode não ser tão produtivo ou durável quanto o esperado, mesmo que a geração de plasma ocorra sem problemas. Recuperar a energia e convertê‑la em eletricidade sem danificar o reator durante décadas de operação também pode ser complicado.

A confiança demonstrada pela CFS e pela Dominion Energy, porém, mostra que a fusão nuclear está avançando muito. Juntamente com IA capaz de desenvolver novos materiais ou estabilizar o plasma em tempo real, podemos estar a apenas 1‑2 décadas de energia barata e ilimitada que permitiria implantar massivamente dessalinização, exploração espacial, agricultura indoor, etc.

Empresas de Fusão

Atualmente, nenhuma das empresas dedicadas exclusivamente a tornar a fusão nuclear comercialmente viável está listada publicamente. Isso inclui Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, e NEO Fusion.

Você pode encontrar uma lista extensa de startups no espaço de fusão nuclear na página dedicada do Dealroom.

Ainda assim, uma empresa listada publicamente tem sido ativa no campo da fusão, com uma redireção de seu conceito da produção de energia para propulsão espacial: Lockheed Martin (LMT ).

Uma exceção notável ao domínio de startups privadas no campo é a empresa de capital aberto Lockheed Martin Corporation, um gigante da indústria de defesa.

A Lockheed trabalhou desde o início da década de 2010 no Compact Fusion, um reator de fusão nuclear que esperava estar pronto na década de 2020. Contudo, foi anunciado que o trabalho no projeto foi interrompido em 2021.

A empresa tem sido muito discreta sobre este projeto desde o anúncio público inicial. Até hoje, não está claro o que poderia ter levado a empresa a abandonar a ideia.

Ao mesmo tempo, parece que não abandonou totalmente o conceito, notavelmente com investimentos em 2024 na Helicity, uma startup que desenvolve um motor de fusão.

A ideia é propulsar espaçonaves com curtos surtos de fusão. A Helicity planeja usar uma arma de plasma, a mesma abordagem da General Fusion. Potencialmente, os resultados internos da Lockheed mostraram que seu design não poderia sustentar a fusão de forma compatível com a produção de energia.

Mas talvez, ao mesmo tempo, esses curtos surtos sejam suficientes para a necessidade de propulsão no espaço e estejam muito mais próximos de se tornar um produto real? Também seria mais adequado ao perfil geral da empresa, focado em aeroespacial e defesa.

Você pode aprender mais sobre a Lockheed, incluindo sua principal atividade em fabricação de armas, em um relatório dedicado de novembro de 2024.