Os escritores de ficção científica têm promovido a fusão como a tecnologia utópica de produção de energia futura por décadas. Afinal, é assim que o sol funciona, e isso já produz energia há 4,6 bilhões de anos, faltando cerca de 5 bilhões para que se esgote. Mas, embora a pesquisa esteja avançando rapidamente para tornar a produção de energia de fusão nuclear uma realidade, até agora ninguém alcançou a “energia líquida”, onde mais energia é produzida do que usada para criar a reação. Agora Tecnologias TAE acredita que chegará lá em breve – e a primeira instalação comercial pode ser no Reino Unido.
A fusão nuclear pode estar conosco na próxima década como uma solução para o problema da energia limpa – e na … [+]
“Somos a empresa de energia de fusão pura mais antiga”, diz R. David Edelman, Diretor de Política e Assuntos Globais da TAE Technologies. “Fomos fundados em 1998 com um objetivo em mente – desenvolver a forma de energia de fusão mais limpa e comercialmente viável.” A abordagem da TAE Technologies é usar boro-11 e hidrogênio em vez de deutério-trítio (dois isótopos de hidrogênio), que é o combustível mais comum para reatores de fusão atuais, porque é o mais fácil de fundir.
“Um dos desafios que nossos fundadores identificaram foi como transformar uma reação como essa em uma fonte de energia comercialmente viável”, diz Edelman. “Há uma série de vantagens associadas ao boro-11 que não existem com alguns dos outros combustíveis, especificamente que a reação de fusão primária não produz uma carga de nêutrons.” Embora a fusão em geral não produza tantos nêutrons quanto a fissão nuclear, ainda assim são partículas muito perigosas para o corpo humano. “Quando você lida com nêutrons, você lida com um dispositivo que é mais difícil de gerenciar, que pode ter que ser substituído, que pode precisar ser apagado, que é mais difícil de ser operado por pessoas.”
Foi por isso que a TAE Technologies escolheu o hidrogênio e o boro-11 como combustível. “Você teria uma máquina que seria cara de construir em primeira instância, mas muito mais barata de operar e poderia ter uma vida útil muito mais longa”, diz Edelman. No entanto, esse tipo de reator de fusão requer temperaturas muito mais altas do que o deutério-trítio. Para resolver esse problema, a TAE Technologies surgiu da Universidade da Califórnia em Irvine, fundada pelo Dr. Norman Rostoker, com a ajuda de Michl Binderbauer, que agora é CEO.
A ideia deles foi casar a física de plasma tradicional com a física de partículas. Aceleradores de partículas são usados para conduzir e sustentar a reação de fusão. Isso também gera um campo magnético, que contém a reação, em um processo chamado Field Reverse Configuration (FRC). A temperatura de fusão significa que você não pode usar nenhum metal como recipiente – ele derreteria. Em vez disso, uma garrafa magnética é empregada. A maioria dos reatores de fusão emprega ímãs externos. “Fazer com que os átomos se fundam não é a parte mais difícil”, diz Edelman. “Fazemos isso há décadas. A parte difícil é manter essa reação eficiente o suficiente para produzir mais energia do que recebe. Quando você tem um sistema como o nosso que produz seu próprio campo magnético, de repente você tem um atalho para reduzir a quantidade de energia que deve colocar no dispositivo para obter resultados de produção excepcionais.”
A TAE Technologies Norman conseguiu operar a 70 milhões de graus.
Até agora, a TAE Technologies construiu cinco reatores experimentais, todos baseados na Califórnia. Atualmente, a empresa está construindo uma máquina experimental que pode ultrapassar 100 milhões de graus, que é o necessário para a “energia líquida”. É aqui que o reator produz mais energia do que está sendo colocado. “Nosso último dispositivo, chamado Norman em homenagem ao nosso fundador, conseguiu chegar a 70 milhões de graus, então estamos a 70% do caminho para atingir esse marco”, diz Edelman . “Ele foi construído apenas para chegar a 50 milhões de graus, mas conseguimos continuar pressionando, por isso estamos muito otimistas. Provamos muitas das condições essenciais que nos permitirão atingir esse marco de energia líquida em alguns anos com nosso próximo dispositivo, chamado Copernicus.”
Um fator chave no reator da TAE Technologies é que seu combustível de boro-11 é abundante e barato. “Está na areia, está na água do mar”, diz Edelman. “Ele pode ser extraído com grande facilidade e você precisa de pouco dele para uma reação de fusão. Na verdade, para alimentar uma usina de fusão em uma escala típica – 350 a 500 megawatts de saída – você precisaria apenas de algumas centenas de gramas de boro para um ano de operação”. Verificando com os fornecedores de ciência, no momento em que escrevo, a Sigma-Aldrich venderá a você 5g de óxido de boro-11B por US $ 218, portanto, os custos do combustível de fusão serão insignificantes.
“Essa é uma das principais vantagens porque outros combustíveis para fusão, como hélio-3 e trítio, são difíceis de obter”, diz Edelman. “Eles envolvem uma mineração muito complexa em locais muito difíceis de minerar. O hidrogênio, o outro elemento em nosso reator, também é extremamente abundante. Não há monopólio nacional do boro. Muitos países têm suprimentos abundantes dele.” Isso contrasta com o material de urânio radioativo usado pelos reatores de fissão nuclear, que está concentrado em alguns países, como Austrália, Cazaquistão, Canadá e Rússia. Também é caro e perigoso. “Estimamos que, se o mundo inteiro funcionasse com usinas de fusão de boro, teríamos mais de 100.000 anos de suprimento terrestre antes mesmo de começarmos a procurar em outro lugar.”
A TAE Technologies usa aceleradores de partículas para gerar um campo magnético autocontido para sua … [+]
Isso nos leva ao papel do Reino Unido. Embora a TAE Technologies tenha construído até agora seus reatores na Califórnia, a empresa desenvolveu uma forte presença na Grã-Bretanha. “Somos um dos maiores empregadores privados de fusão no Reino Unido”, diz Edelman. “Temos mais de 200 pessoas baseadas em West Midlands que estão trabalhando no que chamamos de nosso negócio Power Solutions. Estas são as fontes de alimentação que ajudam a operar nossa máquina de fusão, mas também nossos eficientes trens de força e outras soluções de armazenamento de energia eficientes que são utilizáveis agora para veículos elétricos, para fazê-los ir mais longe na mesma química da bateria e torná-los carregue mais rápido.”
Essas não são necessariamente tecnologias de fusão direta, mas o que Edelman chama de “fusão adjacente” – habilidades de produção que facilitarão a integração em um ecossistema comercial. A especialização do Reino Unido na qual a TAE Technologies se concentra inclui áreas como baterias que podem ser usadas para armazenamento em rede em escala de utilidade para fontes intermitentes, como eólica e solar. No entanto, o Reino Unido também possui forte experiência em fusão, como por meio do Joint European Taurus (JET) em Culham, Oxfordshire e do Spherical Tokomak for Energy Production (STEP) planejado para West Burton em Nottinghamshire.
“Os profissionais do sistema britânico identificaram cedo que havia a necessidade de um regime distinto para usinas de fusão e que o Reino Unido deveria ser o primeiro país do mundo a adotá-lo”, diz Edelman. “O Reino Unido tem um talento excepcional nisso que pode levar a um trabalho comercial de fusão de ponta e líder mundial. O Reino Unido se posicionou na frente do grupo para a primeira usina de fusão comercial do mundo.” Isso inclui o STEP, que visa a energia líquida até a década de 2040.
O boro-11, o principal combustível da reação de fusão da TAE Technologies, é barato e abundante.
A cadeia de suprimentos prontamente disponível no Reino Unido reduz os custos para empresas que desenvolvem fusão no país e também traz benefícios de propriedade intelectual. “Existe muita propriedade intelectual cara nesses dispositivos”, diz Edelman. “Isso significa que empresas como a nossa não estão muito interessadas em construí-las em lugares como a China e, em vez disso, estamos interessados em construí-las em lugares onde sabemos que não há apenas o conhecimento necessário, mas também o estado de direito claro para proteger a principal propriedade intelectual que temos.”
Isso levou a TAE Technologies a considerar o Reino Unido para seu primeiro reator de fusão de “energia líquida” comercial, fornecendo eletricidade para a rede. “Estamos olhando muito seriamente para o Reino Unido para a primeira usina de fusão, porque todos os fatores de que precisamos estão lá para construir a um preço que pode começar a mover a agulha para independência energética e zero líquido”, diz Edelman. Há implicações de que isso acontecerá em West Midlands, onde estão os outros interesses da TAE no Reino Unido. Mas Edelman permanece descomprometido com o local. “Nossa equipe de fornecimento de energia está em West Midlands, mas há muitos fatores que seriam levados em consideração na localização específica de uma usina de fusão”.
No entanto, Edelman é mais otimista sobre o cronograma – e estará bem à frente do STEP. “Esperamos ter a primeira usina de fusão do tipo na rede no início da próxima década”, diz ele. “Não estamos falando de 2040, estamos falando de 2030, o que significa que devemos começar a construir essa fábrica no final desta década, então precisamos ter um local decidido em meados desta década. Podemos então começar a escalar isso para usinas de produção em massa que podem ser colocadas em operação em escala total e começar a reduzir o custo da energia da fusão em meados da década de 2030. Isso seria bem a tempo de causar um impacto significativo no clima, porque se sua primeira usina de fusão não estiver em operação até 2045, 2050 está chegando.”
“A fusão pode oferecer baixo impacto, carbono zero, energia efetivamente ilimitada produzida por meio de um triunfo da ciência”, conclui Edelman. “Ele pode fazer isso sem as desvantagens da maioria das outras fontes de energia. Você pode colocar usinas de fusão onde a energia é consumida. Você não precisa colocar uma usina de fusão no mar, ou onde está ensolarado o tempo todo, ou no topo de um depósito de minerais. Pode ser colocado com segurança dentro de centros populacionais, o que pode economizar 20% da eletricidade gerada que é perdida na transmissão de longa distância. Nosso tipo de usina de fusão pode ser muito compacta – apenas alguns hectares. Não necessita de uma grande zona de exclusão e os riscos que lhe estão associados não são diferentes dos de qualquer instalação industrial. A fusão pode preencher a lacuna enorme entre a energia que sabemos que precisamos até 2050 e a energia que sabemos que pode ser produzida de maneira baixa e sem carbono até 2050”. E essa lacuna pode começar a diminuir no Reino Unido na próxima década.