Os marcos da fusão nuclear do reator Common Fusion do Canadá e do reator EAST da China causaram um burburinho sobre esta fonte de energia limpa, potencialmente ilimitada, tornando-se uma realidade em meio à crescente demanda de energia da IA e da eletrificação. Entretanto, novas startups de fusão têm surgido em todo o mundo e atraíram milhares de milhões de dólares em investimento privado.
Aqui está uma visão mais detalhada da fusão nuclear e onde seu desenvolvimento está no Canadá e no mundo.
O que é fusão nuclear?
A fusão nuclear tem sido pesquisada há décadas como forma de produzir energia limpa, segura e ilimitada a partir de uma fonte abundante.
A fusão acontece quando os núcleos nos centros de dois átomos se combinam em um único núcleo, formando um elemento mais pesado e liberando uma enorme quantidade de energia. A combinação de núcleos de hidrogênio em hélio alimenta nosso sol. A mesma reação pode ser usada em reatores na Terra.
O hidrogênio, o combustível para essa reação, está amplamente disponível na água da Terra. E, ao contrário das reações nos reatores nucleares tradicionais, que dividem átomos de elementos radioativos como o urânio, as reações de fusão não geram resíduos radioativos. Mas os reactores comerciais de fusão nuclear ainda não estão disponíveis.
O apresentador do programa Quirks & Quarks da CBC explica o processo de obtenção de energia limpa a partir da fusão nuclear e aponta projetos canadenses e franceses que também estão em andamento.
Por que a fusão nuclear está nos noticiários ultimamente?
O reator de fusão EAST (Experimental Superior Superconducting Tokamak) da China atingiu recentemente um marco importante. Os reatores de fusão precisam manter o hidrogênio extremamente quente e condensado, na forma de plasma, como é encontrado no sol. A Academia Chinesa de Ciências anunciou no início deste mês que o EAST havia manteve o plasma estável em densidades além de um limite anterior. Isso poderá permitir a produção de reactores de fusão comerciais mais pequenos e mais baratos no futuro, Relatórios da natureza.
Robert Fedosejev, professor da Universidade de Alberta que está envolvido na pesquisa de fusão a laser há mais de 50 anos, disse que esses resultados foram previstos anos atrás, embora realizá-los seja “um passo em frente”.
UM Anúncio de novembro de 2024 da Common Fusion, com sede em Richmond, BC, também reapareceu nas notícias este mês, que é descrito como um “recorde mundial” na produção de nêutrons – subprodutos que mostram quanta fusão ocorreu.
Fedosejev disse que o registro se aplica apenas à própria tecnologia da Common Fusion – alguns reatores de fusão financiados pelo governo fizeram muito mais fusão com outras tecnologias. No entanto, acrescentou, a Common Fusion está “mais avançada do que a maioria [fusion] startups que não produziram nenhum nêutron.”
Criar as condições do Sol na Terra tem sido um desafio international que dura há décadas – mas se o resolvermos, isso poderá significar energia limpa ilimitada. Johanna Wagstaffe visita uma empresa canadense que aposta em uma abordagem nova e ousada para chegar lá primeiro.
Ambos os desenvolvimentos recentes são importantes, mas incrementais, disse Blair Bromley, ex-co-presidente da Divisão de Ciência e Tecnologia de Energia de Fusão e Aceleradores da Sociedade Nuclear Canadense.
Em outras notícias sobre fusão canadense, um novo Centro de Energia de Fusão em Ontário foi anunciado há menos de dois meses. Será estabelecido com US$ 33 milhões do governo federal e da Crown Company Atomic Vitality of Canada Ltd., US$ 19,5 milhões do governo de Ontário e da Crown Company Ontario Energy Technology e US$ 39 milhões da startup de fusão Stellarex Group Ltd. Stellarex diz a missão do centro incluiria a concepção, construção e operação de um reator de demonstraçãomas não ofereceu nenhum cronograma.
Por que há interesse international na fusão ultimamente?
Andrew Holland é CEO da Fusion Trade Affiliation (FIA), uma organização international que afirma representar todas as principais empresas privadas de fusão do mundo fora da China.
Holland disse que os investidores de todo o mundo estão a pensar nas alterações climáticas e na segurança energética num contexto de crescente procura de energia proveniente de centros de dados e de IA: “Idealmente, precisamos de muito mais energia livre de carbono, sempre ligada e sempre disponível. A fusão pode resolver isso.”
Entretanto, “a ciência progrediu até ao ponto em que… as empresas estão confiantes de que a próxima máquina que construírem funcionará”, disse ele.
O grupo industrial foi fundado em 2021 com 24 empresas membros. Nos últimos cinco anos, o número de empresas de fusão mais do que duplicou, para 53, e mais de 10 mil milhões de dólares foram investidos em startups privadas de fusão.
Os investidores incluem as empresas de tecnologia Microsoft e Google, os bilionários Invoice Gates e Jeff Bezos e a petrolífera Chevron.
A FIA afirma que a maioria dos seus membros espera ver a fusão produzir eletricidade para a rede na década de 2030.
Isso parece otimista. Quão perto estamos, na verdade?
Um desafio para a fusão tem sido a enorme quantidade de energia necessária para iniciar a reação.
Há três anos, uma reação de fusão na Instalação Nacional de Ignição do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA gerado um pouco mais de energia do que foi colocado. Essa foi a primeira vez (e a única até agora) que uma reação de fusão produziu energia líquida.
Fedosejev disse que isso “realmente aumentou a consciência e, eu acho, o otimismo”.
Cientistas norte-americanos dizem ter produzido uma reacção de fusão que cria um ganho líquido de energia, um grande avanço na busca de décadas para criar energia verde barata e ilimitada através da fusão nuclear. No entanto, ainda poderão levar anos até que esta ciência seja usada para gerar energia sustentável.
Mas retirar um pouco mais de energia do que foi investido não é suficiente. A proporção precisa ser muito maior em uma usina de energia.
O ITER (Reator Termonuclear Experimental Internacional), um enorme reator de fusão que está sendo construído em França com a colaboração da China, da União Europeia, da Índia, do Japão, da Coreia, da Rússia e dos EUA, com um custo estimado de 13 mil milhões de euros (21 mil milhões de dólares Cdn), visa alcançar esse objetivo. Usará 50 megawatts de eletricidade para gerar 500 megawatts de energia de fusão – cerca de 10 vezes melhor que o LLNLe suficiente para abastecer cerca de 250.000 residências — e estará operacional no ultimate da década de 2030.
Fedosejev disse que os cientistas estão bastante confiantes de que um reator de fusão tão grande será capaz de fazer isso.
Vídeo do inside de um reator enquanto cientistas europeus estabelecem um recorde mundial na produção de energia de fusão. Embora ainda esteja a muitos anos de distância, o processo tem potencial para criar energia sem poluição, resíduos radioactivos ou gases com efeito de estufa.
Mas subsistem outros desafios antes de termos centrais eléctricas de fusão operacionais.
O calor extremo e a radiação produzida pelas reações de fusão danifica o reator, limitando sua vida útil a aproximadamente “menos de uma hora de tempo whole de operação”, disse Fedosejev, embora isso fosse dividido em mais de uma dúzia de execuções de algumas centenas de segundos. Extending que exigirá alguma engenharia e soluções, como novos materiais.
O papel do Canadá no fomento da fusão
Além disson aos desafios com produção, no ainda não foi criado um sistema de combustível autossustentável.
Os reatores de fusão atuais dependem da combinação de dois tipos diferentes de hidrogênio chamados deutério e trítio.
O deutério é encontrado naturalmente na água, mas o trítio é fabricado com nêutrons e lítio. No futuro, os engenheiros pretendem criar um sistema que alimente os nêutrons produzidos pelas reações de fusão em um recipiente “reprodutor” de lítio que irá gerar mais trítio, mas isso ainda não existe.
Enquanto isso, o trítio precisa ser produzido em outro lugar e alimentado no reator.
A maior parte do trítio comercial do mundo é atualmente produzida pelos reatores nucleares CANDU de Ontário.
Suprimentos do Canadá equipamento e tecnologia relacionados ao trítio e ao trítio ao ITER e fornecerá trítio ao Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido para fusão nuclear.
Os custos precisam diminuir
Embora reatores gigantes como o ITER possam gerar energia de fusão, eles são extremamente caros. A questão agora é se os reatores de fusão comerciais podem se tornar economicamente competitivos com outras fontes de eletricidade com zero carbono, disse Bromley.. A fusão visa competir com fontes de “carga de base” mais contínuas, como as tradicionais energia nuclear e hidrelétrica. Enquanto isso, a energia photo voltaic e a eólica já são mais baratas que os combustíveis fósseis.
É por isso que as startups de fusão estão tentando encontrar maneiras de fabricar reatores menores e mais baratos usando novas tecnologias, como ímãs supercondutores de alta temperatura.
Bromley diz que a ciência chegou ao ponto em que a indústria privada pode trabalhar em paralelo com os governos em muitos dos desafios práticos tecnológicos e de engenharia.
“Muitas pessoas no sector privado pensaram, você sabe, isto é um problema, esta é uma oportunidade de obter lucro e de resolver um problema de necessidade mundial”, disse ele.
Holland diz acreditar que agora estamos suficientemente perto dos reactores de fusão que a indústria precisa de começar a criar cadeias de abastecimento e os governos precisam de começar a implementar políticas públicas e regulamentos para os apoiar.
“Precisamos começar a conscientizar as pessoas de que isso está por vir”, disse ele. “Temos que garantir que as pessoas saibam e entendam o quão emocionante isso é, para que realmente queiram que isso seja construído em suas comunidades”.
