Por que a energia termonuclear é necessária?
Para evitar que as temperaturas globais subam mais de 1,5
E se houvesse uma solução energética que pudesse resolver todos esses problemas urgentes? Embora pareça fantástico, ele existe.
Uma das formas mais poderosas de energia que nósque usamos hoje é a energia nuclear. Embora a energia nuclear moderna seja extremamente eficiente e gere zero emissões de carbono, ela tem muitas desvantagens e são sérias: derretimentos nucleares em potencial e resíduos radioativos que permanecem perigosos por milhares de anos.
Mas há uma maneira melhor.
O que é fusão termonuclear e como pode ser aplicada na Terra?
Todos os reatores nucleares atuais operam comusando a fissão nuclear, o processo de divisão de átomos para produzir energia. Durante anos, os cientistas se perguntaram como podemos usar o processo reverso - a fusão nuclear, que “alimenta” o Sol ao unir átomos - para atender às crescentes necessidades de energia na Terra. A própria fusão termonuclear é um processo superpotente, várias vezes mais potente do que a fissão, e não leva à formação de lixo nuclear, já que seu combustível não é o urânio nem o plutônio, mas o hidrogênio. Na verdade, se o desenvolvimento de um reator termonuclear for bem-sucedido, os cientistas criarão um "mini-sol" na Terra.
"Conquista de reações termonucleares controladas,que consomem mais energia do que o necessário para gerá-los e são vistos comercialmente como uma resposta potencial às mudanças climáticas ”, explica o correspondente científico Nathaniel Gronevold da Scientific American. “A energia de fusão eliminará a necessidade de combustíveis fósseis e resolverá os problemas de descontinuidade e confiabilidade inerentes às energias renováveis. A energia será gerada sem a quantidade perigosa de radiação que levanta preocupações sobre a energia de fissão nuclear. "
Funcionários da International ThermonuclearExperimental Reactor (ITER), um projeto multinacional com sede no sul da França, anunciou que agora estão a apenas 6,5 anos do First Plasma, um marco histórico. O projeto ITER, apoiado por um consórcio de 35 países, está agora 65% concluído, de acordo com um comunicado de imprensa esta semana. A seção recém-instalada - a base do criostato e o cilindro inferior - abre caminho para a instalação do tokamak, a estrutura tecnológica escolhida para abrigar o poderoso campo magnético que envolveria o núcleo de fusão do plasma superaquecido.
Problemas de fusão nuclear
A fusão nuclear é tão difícil de realizar devido acondições extremas - por exemplo, no núcleo do Sol - que precisam ser reproduzidas aqui na Terra. Conforme explicado no Departamento de Energia dos Estados Unidos, "as reações termonucleares são estudadas por cientistas, mas são difíceis de manter por longos períodos de tempo devido à enorme pressão e temperatura necessárias para fundir os núcleos".
A energia de fusão requer contençãoplasma muito quente sob alta pressão. O confinamento magnético de plasma muito quente - muitas vezes mais quente que o centro do Sol - requer campos magnéticos fortes. Eles devem ter 10 vezes a pressão atmosférica na superfície da Terra. A força do campo magnético é um parâmetro crítico para atingir essas condições, pois fornece isolamento para manter o plasma quente e pressão externa para mantê-lo estável - tudo sem contato físico entre o plasma e a superfície do material.
Embora a fusão nuclear produzaperspectivas incríveis para resolver alguns dos problemas mais difíceis do mundo moderno, o tempo está a passar, e muitos especialistas dizem que mesmo que a fusão esteja ao virar da esquina, o tempo não está do nosso lado. Embora se espere que o ITER seja lançado até 2025 e esteja totalmente operacional por volta de 2035, tal poderá ser tarde demais. Em 2019, especialistas em clima argumentaram que o prazo de 12 anos que o Painel Intergovernamental deu ao mundo para reverter a situação em mudança do planeta poderia ter de ser reduzido para 18 meses. Hans Joachim Schellnhuber, do Instituto do Clima de Potsdam, explicou-o desta forma há um ano: “A matemática climática é cristalina: embora o mundo possa não ser curado nos próximos anos, poderá ser mortalmente ferido pela negligência antes de 2020”.
No entanto, esta semana, as esperanças por energia limpa reacenderam.
Projeto SPARC
Cientistas desenvolvendo uma versão compactaUma série de artigos de investigação demonstrou que um reactor de fusão nuclear funciona, reavivando as esperanças de que o objectivo há muito ilusório de imitar a produção de energia do Sol possa ser alcançado e, em última análise, contribuir para a luta contra as alterações climáticas.
Centro de Pesquisa de Plasma e TermonuclearO MIT, em colaboração com a startup privada Commonwealth Fusion Systems (CFS), está desenvolvendo o projeto de conceito SPARC. Este é um experimento compacto de alta tensão com energia termonuclear pura. Espera-se que o SPARC seja do tamanho dos dispositivos de fusão de médio alcance existentes, mas com um campo magnético muito mais forte. Com base nas leis da física, os cientistas esperam que o dispositivo produza de 50 a 100 MW de energia termonuclear. Tal experimento será a primeira demonstração da criação de energia limpa e da possibilidade de criar um dispositivo construído usando uma nova tecnologia supercondutora. SPARC é parte de uma estratégia geral para acelerar o desenvolvimento da fusão por meio do uso de novos ímãs supercondutores de alto campo e alta temperatura (HTSC).
A usina de fusão Sparc será relativamente pequena, como mostrado nesta imagem da câmara de reação.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
Tempo de construção
Espera-se que a construção do reator sobO nome SPARC, que está sendo desenvolvido por pesquisadores do MIT e uma subsidiária da Commonwealth Fusion Systems, começará na próxima primavera e levará três ou quatro anos, disseram pesquisadores e funcionários da empresa.
Embora ainda existam muitos problemas sérios,A empresa disse que a construção seria seguida de testes e, se bem-sucedida, de uma usina que poderia usar energia de fusão para gerar eletricidade a partir da próxima década.
Este cronograma ambicioso é muito mais rápido do queo maior projeto de energia de fusão do mundo, um projeto multinacional no sul da França chamado ITER. Este reator está em construção desde 2013 e, embora não seja projetado para gerar eletricidade, espera-se que produza reações de fusão até 2035.
Bob Mumgaard, CEO da CommonwealthFusion, e um dos fundadores da empresa, disse que o objetivo do projeto SPARC é desenvolver a fusão termonuclear a tempo de desempenhar um papel na mitigação dos efeitos do aquecimento global. “Estamos focados em obter energia termonuclear o mais rápido possível”, disse ele.
Fusão termonuclear, na qual átomos levesreunir-se a temperaturas de dezenas de milhões de graus para liberar energia tornou-se uma forma de o mundo lidar com os impactos da geração de eletricidade nas mudanças climáticas.
Tal como uma central de fissão nuclear convencional, que divide átomos, uma central de fusão não queimará combustíveis fósseis e não produzirá emissões de gases com efeito de estufa.
Críticas ao projeto
Apesar das ambições do projeto, obstáculos no caminhoa criação de uma máquina capaz de criar plasma termonuclear e manipular uma nuvem superaquecida de átomos que danifica ou destrói tudo em que toca são enormes.
Alguns cientistas que trabalharam com energia termonuclear por décadas dizem que, embora estejam entusiasmados com as perspectivas de Sparc, a linha do tempo pode simplesmente ser irreal.
“Lendo estes documentos (artigos de pesquisa- Aproximadamente. ed.) me dá a sensação de que os desenvolvedores terão o plasma termonuclear termonuclear controlado com que todos sonhamos ", disse Carey Forest, físico da Universidade de Wisconsin que não está envolvido no projeto. No entanto, ele não tem certeza se o cronograma do projeto é realista.
De acordo com o Dr. Mumgaard, SPARC será muitomenor que um ITER - do tamanho de uma quadra de tênis, se comparado a um campo de futebol - e muito mais barato que um projeto internacional, que está oficialmente estimado em cerca de US $ 22 bilhões, mas mesmo esse número não é o limite. A Commonwealth Fusion, fundada em 2018 e com cerca de 100 funcionários, arrecadou US $ 200 milhões até o momento para seu projeto.
Diferenças entre Sparc e ITER
Desde que começaram há quase um séculoexperimentos de fusão, a perspectiva de criar um dispositivo de fusão prático que possa produzir mais energia do que consome permaneceu indefinida.
Mas, de acordo com as descobertas dos cientistas do The Journal of Plasma Physics, o projeto SPARC terá sucesso e produzirá 10 vezes mais energia do que consome.
O estudo “confirma que o projeto acabouaquele com quem trabalhamos provavelmente funcionará ”, disse Martin Greenwald, vice-diretor do Centro de Pesquisa e Fusão de Plasma do MIT e um dos principais cientistas do projeto. O Dr. Greenwald é o fundador da Commonwealth Fusion, mas atualmente não é afiliado à empresa.
SPARC usa o mesmo tipo de dispositivo queITER: Um tokamak, ou câmara em forma de donut, dentro da qual ocorre uma reação de fusão. Como a nuvem de plasma é muito quente - mais quente que o Sol - ela deve ser contida por forças magnéticas.
O ITER faz isso usando enormes bobinas eletromagnéticas contendo fios supercondutores que devem ser resfriados com hélio líquido.
Modelo do reator de fusão ITER (seção transversal)
CC BY-SA 2.0 fr
De acordo com Greenwald, SPARC usaos benefícios de uma nova tecnologia eletromagnética que usa os chamados supercondutores de alta temperatura, que podem criar um campo magnético muito mais forte. Como resultado, o plasma é muito menor.
Os documentos mostram que “este caminho com altao campo ainda parece viável ”, disse o Dr. Greenwald. "Se pudermos superar os desafios de engenharia, esta máquina terá o desempenho que previmos."
A Commonwealth Fusion disse que anunciará o paradeiro do SPARC em alguns meses.
Quem mais está trabalhando com energia termonuclear e há alguma esperança?
Commonwealth Fusion é apenas um de muitosempresas que trabalham no desenvolvimento e comercialização de energia de fusão em parceria com instituições de pesquisa, apoiadas por centenas de milhões de dólares em investimentos.
Por exemplo, a TAE Technologies, baseadano sul da Califórnia está trabalhando em um projeto que usa um dispositivo linear que dispara duas nuvens de plasma uma contra a outra para produzir fusão nuclear.
A First Light Fusion, subsidiária da Universidade de Oxford, na Inglaterra, usa energia para comprimir e comprimir combustível termonuclear.
Dr Floresta disse:Ao utilizar campos magnéticos mais fortes, pode-se dizer que o SPARC é mais “conservador”. “Isso a diferencia completamente de todas as startups, que por definição são mais arriscado”, enfatiza.
William Dorland, físico da Universidade de Maryland eo editor do The Journal of Plasma Physics, disse que o jornal pediu a representantes de alguns desses projetos de fusão para "falar sobre seus fundamentos físicos." O MIT e o grupo Commonwealth Fusion concordaram rapidamente, disse ele.
“Do meu ponto de vista, este é o primeiro desses grupos,que tem dinheiro privado, o que é realmente muito claro sobre o que estão fazendo ”, disse o Dr. Dorland. - Pessoas razoáveis discordam sobre se funciona. Mas estou muito feliz que eles tenham intensificado e nos contado, usando a ciência normal, o que está acontecendo ”, ele conclui.
No final, quais consequências esperar dedesenvolvimento do reator de fusão? Se os processos tecnológicos forem depurados e controlados, isso salvará a humanidade. A energia limpa da fusão de átomos em vez de fissioná-los pelo menos protegerá o planeta do lixo nuclear.
Qual é o resultado final?
Apesar de todo o perigo e complexidade dos projetos emdesenvolvimento da fusão termonuclear, não parece que a humanidade tenha alternativas. As capacidades do planeta são limitadas, ao contrário das necessidades humanas. Se SPARC, ITER ou qualquer startup cumprirá as suas promessas, o tempo dirá.
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