Energia

Fusão nuclear em 2024? Aposta vale US$ 1,7bi

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/11/2021

Este reator de fusão gera eletricidade diretamente, sem precisar de usinas de vapor e geradores.
[Imagem: Helion Energy]

Fusão nuclear no horizonte

A empresa emergente norte-americana Helion afirmou que seu próximo reator experimental de fusão nuclear deverá produzir eletricidade excedente em 2024.

Eletricidade excedente, ou líquida, refere-se à capacidade de um reator de fusão produzir mais eletricidade do que ele próprio gasta para funcionar.

A Helion vem testando seus protótipos de reator de fusão há mais de uma década.

Atualmente a empresa está na sexta geração de seus protótipos, um reator chamado Trenta, que atingiu 100 milhões de graus Celsius no ano passado, o que é quente o suficiente para produzir a fusão nuclear. "Nosso 6º protótipo demonstrou que podemos alcançar esse marco fundamental. Em apenas alguns anos, mostraremos que o mundo pode contar com a fusão como uma fonte de energia com zero de carbono de que precisamos desesperadamente," afirmou em nota o presidente da empresa, David Kirtley.

O marco fundamental a que o executivo se refere é a construção do reator de 7ª geração, chamado Polaris. A empresa acaba de conseguir uma injeção de capital de U$500 milhões para construí-lo até 2024.

E o mercado parece entusiasmado com as perspectivas de uma "estrela artificial" produzindo eletricidade aqui na Terra: Os investidores já garantiram mais US$1,7 bilhão de financiamento ao longo dos próximos anos caso a empresa vá cumprindo os compromissos técnicos assumidos.

Reator de fusão nuclear pulsado

Os fundadores da Helion acreditam que alcançar a fusão nuclear sustentada não é um problema de física, mas de engenharia, o que levou à adoção de uma rota tecnológica bem diferente dos demais reatores de fusão experimentais, como o tokamak do ITER ou o estelarator do Wendelstein.

De fato, a rota adotada compreende três diferenças fundamentais em relação a outros protótipos:

Um sistema de fusão pulsado sem ignição, o que elimina a maior parte dos problemas de contenção do plasma, permite controlar a potência conforme a necessidade e ainda exige um reator menor.
Um sistema de recuperação direta da eletricidade, dispensando o uso do calor para aquecer água e usar o vapor para girar uma turbina, como nas demais termoelétricas. O mecanismo é mais parecido com o sistema de frenagem regenerativa dos carros, permitindo recuperar toda a energia eletromagnética nova e não utilizada, um ganho de eficiência nada desprezível.
O uso de deutério e hélio-3 (D^-3He) como combustível. O hélio-3 é um combustível mais limpo e com maior octanagem, ajudando a reduzir o tamanho do reator.

Geração direta de eletricidade

O reator lida com o plasma com uma técnica conhecida como "configuração de campo reverso": Devido à sua corrente elétrica interna, os pulsos de plasma produzem seu próprio campo magnético, que empurra o campo magnético das bobinas ao redor da máquina. Os pulsos de plasma colidem na câmara de fusão e são comprimidos de volta por esses campos magnéticos externos.

A compressão faz com que o plasma se torne mais denso e mais quente, iniciando reações de fusão que fazem com que o plasma se expanda, resultando em uma mudança em seu fluxo magnético. Essa mudança no fluxo magnético do plasma interage com os ímãs ao redor da máquina, aumentando ainda mais o fluxo magnético e iniciando um fluxo de eletricidade através das bobinas, um processo explicado pela bem conhecida Lei de Indução de Faraday.

"Nosso dispositivo recaptura eletricidade diretamente; ele não usa calor para criar vapor para girar uma turbina, nem requer a imensa entrada de energia dos ímãs supercondutores criogênicos. Nossa abordagem técnica reduz a perda de eficiência, que é essencial para nossa capacidade de comercializar eletricidade de fusão a custos muito baixos," afirma a empresa.

A empresa também já construiu um ímã capaz de superar os 10 teslas e sustentar plasmas com tempos de vida na casa dos milissegundos - esse eletroímã, já operacional, funciona com 95% de eficiência.

O reator Trenta atual demora 10 minutos para gerar cada pulso, mas o futuro Polaris deverá gerar um pulso por segundo (1 Hz).
[Imagem: Helion Energy]

Hélio-3

Um dos desafios para que o plano da Helion funcione é conseguir o combustível para seu reator. Não existe muito hélio-3 na Terra, com as ideias mais promissoras incluindo fazer mineração de hélio-3 na Lua.

Mas a empresa quer ser autossuficiente, então essa será a principal função do novo reator Polaris, que será basicamente construído para produzir hélio-3 por meio da fusão de deutério-deutério, dispensando a necessidade das viagens espaciais.

"A produção de hélio-3 a um custo menor é possível porque o Polaris irá recuperar diretamente a eletricidade de entrada restante, bem como novas reações de fusão, eliminando os altos custos normalmente associados à produção de hélio-3. Juntamente com o hélio-3, o Polaris também deverá gerar uma pequena quantidade de eletricidade líquida como um subproduto de suas reações de fusão," garante a empresa.

Com um cronograma tão definido e precisando ser cumprido para garantir a entrada dos US$1,7 bilhão adicionais, a Helion se torna uma concorrente direta do reator SPARC do MIT, que promete a fusão nuclear sustentada para 2025.