(Imagem: © CFS / MIT-PSFC – Rendering CAD por T. Henderson)
Um reator de fusão nuclear viável – que produz mais energia do que consome – pode estar aqui em 2025.
Essa é a conclusão de sete novos estudos, publicados em 29 de setembro no Journal of Plasma Physics.
Se um reator de fusão atingir esse marco, poderá abrir caminho para a geração massiva de energia limpa.
Durante a fusão, os núcleos atômicos são forçados a se unir para formar átomos mais pesados. Quando a massa dos átomos resultantes é menor que a massa dos átomos que entraram em sua criação, o excesso de massa é convertido em energia, liberando uma quantidade extraordinária de luz e calor. A fusão alimenta o sol e as estrelas, enquanto a poderosa gravidade em seus corações funde o hidrogênio para criar o hélio.
Mas uma enorme quantidade de energia é necessária para forçar a fusão dos átomos, o que ocorre a temperaturas de pelo menos 180 milhões de graus Fahrenheit (100 milhões de graus Celsius). No entanto, essas reações podem gerar muito mais energia do que requerem. Ao mesmo tempo, a fusão não produz gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono, que causam o aquecimento global, nem gera outros poluentes. E o combustível para a fusão – como o elemento hidrogênio – é abundante o suficiente na Terra para atender a todas as necessidades de energia da humanidade por milhões de anos.
“Praticamente todos nós entramos nesta pesquisa porque estamos tentando resolver um problema global realmente sério”, disse o autor do estudo Martin Greenwald, físico de plasma do MIT e um dos principais cientistas que desenvolveram o novo reator. “Queremos ter um impacto na sociedade. Precisamos de uma solução para o aquecimento global – caso contrário, a civilização estará em apuros. Parece que isso pode ajudar a consertar isso.”
A maioria dos reatores de fusão experimentais emprega um projeto russo em forma de rosquinha chamado tokamak. Esses projetos usam campos magnéticos poderosos para confinar uma nuvem de plasma, ou gás ionizado, em temperaturas extremas, altas o suficiente para que os átomos se fundam. O novo dispositivo experimental, chamado de reator SPARC (Soonest / Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact), está sendo desenvolvido por cientistas do MIT e uma empresa subsidiária, Commonwealth Fusion Systems.
Se tiver sucesso, SPARC seria o primeiro dispositivo a atingir um “plasma em chamas”, no qual o calor de todas as reações de fusão mantém a fusão em andamento sem a necessidade de bombear energia extra. Mas ninguém jamais foi capaz de controlar o poder de queimar plasma em uma reação controlada aqui na Terra, e mais pesquisas são necessárias antes que o SPARC possa fazer isso. O projeto SPARC, lançado em 2018, está programado para começar a construção em junho próximo, com o reator entrando em operação em 2025. É muito mais rápido do que o maior projeto de energia de fusão do mundo, conhecido como Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que foi concebido em 1985, mas não lançado até 2007; e embora a construção tenha começado em 2013, o projeto não deve gerar uma reação de fusão até 2035.
Uma vantagem que o SPARC pode ter sobre o ITER é que os ímãs do SPARC são projetados para confinar seu plasma. O SPARC usará os chamados ímãs supercondutores de alta temperatura, que só se tornaram comercialmente disponíveis nos últimos três a cinco anos, muito depois de o ITER ter sido projetado pela primeira vez. Esses novos ímãs podem produzir campos magnéticos muito mais poderosos do que os do ITER – um máximo de 21 teslas, em comparação com o máximo de 12 teslas do ITER. (Em comparação, o campo magnético da Terra varia em força de 30 milionésimos a 60 milionésimos de tesla.)
Esses poderosos ímãs sugerem que o núcleo do SPARC pode ser cerca de três vezes menor em diâmetro e 60 a 70 vezes menor em volume do que o coração do ITER, que deve ter 6 metros de largura. “Essa redução dramática no tamanho é acompanhada por uma redução no peso e no custo”, disse Greenwald ao LiveScience. “Isso é realmente a virada do jogo.”
Em sete novos estudos, os pesquisadores delinearam os cálculos e simulações de supercomputadores subjacentes ao design do SPARC. Espera-se que o SPARC gere pelo menos duas vezes mais energia do que 10 vezes mais do que é bombeado, descobriram os estudos.
O calor de um reator de fusão geraria vapor. Esse vapor acionaria uma turbina e um gerador elétrico, da mesma forma que a maior parte da eletricidade é produzida hoje em dia.
“As usinas de fusão poderiam ser substituições um a um para as usinas de combustível fóssil, e você não teria que reestruturar as redes elétricas para elas”, disse Greenwald. Em contraste, as fontes de energia renovável, como solar e eólica, “não são bem acomodadas pelo projeto atual das redes elétricas”.
Os pesquisadores esperam que as usinas de fusão inspiradas no SPARC gerem entre 250 e 1.000 megawatts de eletricidade. “No atual mercado de energia dos Estados Unidos, as usinas geram normalmente entre 100 e 500 megawatts”, disse Greenwald.
SPARC produziria apenas calor, não eletricidade. Depois que os pesquisadores construíram e testaram o SPARC, eles planejam construir o reator ARC (Affordable Robust Compact), que geraria eletricidade a partir desse calor até 2035.
“Isso é muito ambicioso, mas é esse o objetivo em que estamos trabalhando”, disse Greenwald. “Eu acho que é realmente plausível.”
Publicado em 01/10/2020 23h47
Artigo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: