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A petrolífera italiana Eni está a investir 50 milhões de dólares na Commonwealth Fusion Systems, uma subsidiária do MIT que está a colaborar com o instituto no desenvolvimento de ímanes supercondutores para produzir energia com zero carbono numa experiência de energia de fusão chamada SPARC. Julian Turner recebe informações do CEO Robert Mumgaard.
Nas profundezas dos corredores sagrados do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), está ocorrendo uma revolução energética. Após décadas de progresso, os cientistas acreditam que a energia de fusão está finalmente pronta para reivindicar o seu dia e que o Santo Graal da energia ilimitada, livre de combustão e com zero carbono pode estar ao nosso alcance.
A gigante italiana de energia Eni compartilha esse otimismo, investindo € 50 milhões (US$ 62 milhões) em um projeto colaborativo com o Plasma Fusion and Science Center (PSFC) do MIT e a empresa privada Commonwealth Fusion Systems (CFS), que visa acelerar a energia de fusão na rede em apenas 15 anos.
O controle da fusão, o processo que alimenta o Sol e as estrelas, é paralisado por um problema antigo: embora a prática libere grandes quantidades de energia, só pode ser realizada em temperaturas extremas de milhões de graus Celsius, mais quentes que o centro do sol e quente demais para qualquer material sólido suportar.
Como resultado do desafio do confinamento dos combustíveis de fusão nestas condições extremas, as experiências de energia de fusão têm, até agora, funcionado com um défice, gerando menos energia do que a necessária para sustentar as reacções de fusão, e são, portanto, incapazes de produzir electricidade para a grade.
“A pesquisa em fusão tem sido extensivamente estudada nas últimas décadas, resultando em avanços na compreensão científica e nas tecnologias para energia de fusão”, afirma o CEO do CFS, Robert Mumgaard.
“A CFS está a comercializar a fusão utilizando a abordagem de campo elevado, onde estamos a desenvolver novos ímanes de campo elevado para fabricar dispositivos de fusão mais pequenos, utilizando a mesma abordagem física dos programas governamentais maiores. Para fazer isso, o CFS trabalha em estreita colaboração com o MIT num projeto colaborativo, começando com o desenvolvimento dos novos ímãs.”
O dispositivo SPARC utiliza poderosos campos magnéticos para manter no lugar o plasma quente – uma sopa gasosa de partículas subatómicas – para evitar que entre em contacto com qualquer parte da câmara de vácuo em forma de donut.
“O principal desafio é criar um plasma em condições para que a fusão ocorra, de modo que produza mais energia do que consuma”, explica Mumgaard. “Isso depende muito de um subcampo da física conhecido como física do plasma.”
Este experimento compacto foi projetado para produzir cerca de 100 MW de calor em pulsos de dez segundos, tanta energia quanto uma cidade pequena. Mas, como o SPARC é uma experiência, não incluirá os sistemas para transformar a energia de fusão em eletricidade.
Os cientistas do MIT prevêem que a produção será mais do dobro da energia utilizada para aquecer o plasma, alcançando finalmente o marco técnico final: energia líquida positiva da fusão.
“A fusão ocorre dentro de um plasma mantido no lugar e isolado por campos magnéticos”, diz Mumgaard. “Isso é conceitualmente como uma garrafa magnética. A força do campo magnético está fortemente relacionada com a capacidade da garrafa magnética de isolar o plasma para que ele possa atingir condições de fusão.
“Assim, se pudermos fazer ímãs fortes, poderemos fazer plasmas que podem ficar mais quentes e mais densos usando menos energia para sustentá-los. E com plasmas melhores podemos tornar os dispositivos menores e mais fáceis de construir e desenvolver.
“Com supercondutores de alta temperatura, temos uma nova ferramenta para produzir campos magnéticos de altíssima resistência e, portanto, garrafas magnéticas melhores e menores. Acreditamos que isso nos levará à fusão mais rapidamente.”
Mumgaard está se referindo a uma nova geração de eletroímãs supercondutores de grande diâmetro que têm o potencial de produzir um campo magnético duas vezes mais forte que o empregado em qualquer experimento de fusão existente, permitindo um aumento de mais de dez vezes na potência por tamanho.
Feitos de fita de aço revestida com um composto chamado óxido de ítrio-bário-cobre (YBCO), os novos ímãs supercondutores permitirão ao SPARC produzir uma potência de fusão cerca de um quinto da do ITER, mas em um dispositivo que é apenas cerca de 1/65 da potência de fusão. volume.
Ao reduzir o tamanho, o custo, o cronograma e a complexidade organizacional necessários para construir dispositivos de energia de fusão líquida, os ímãs YBCO também permitirão novas abordagens acadêmicas e comerciais para a energia de fusão.
“SPARC e ITER são ambos tokamaks, um tipo específico de garrafa magnética baseado na extensa ciência básica do desenvolvimento da física do plasma ao longo das décadas”, esclarece Mumgaard.
“O SPARC utilizará a próxima geração de ímãs supercondutores de alta temperatura (HTS) que permitem um campo magnético muito maior, proporcionando o desempenho de fusão desejado em um tamanho muito menor.
“Acreditamos que este será um componente chave para alcançar a fusão numa escala de tempo relevante para o clima e um produto economicamente atraente.”
No que diz respeito a prazos e viabilidade comercial, o SPARC é uma evolução de um design de tokamak que foi estudado e refinado durante décadas, incluindo o trabalho no MIT que começou na década de 1970.
A experiência SPARC visa preparar o caminho para a primeira verdadeira instalação de energia de fusão do mundo, com uma capacidade de cerca de 200 MW de eletricidade, comparável à da maioria das centrais elétricas comerciais.
Apesar do cepticismo generalizado em torno da energia de fusão – a Eni tem a visão prospectiva de ser a primeira empresa petrolífera global a investir fortemente nela – os defensores acreditam que a técnica pode potencialmente satisfazer uma parte substancial das crescentes necessidades energéticas do mundo, ao mesmo tempo que reduz emissões de gases com efeito de estufa.
A escala menor possibilitada pelos novos ímãs supercondutores permite potencialmente um caminho mais rápido e mais barato para a eletricidade a partir da energia de fusão na rede.
A Eni estima que custará 3 mil milhões de dólares para desenvolver um reactor de fusão de 200 MW até 2033. O projecto ITER, uma colaboração entre a Europa, os EUA, a China, a Índia, o Japão, a Rússia e a Coreia do Sul, está a mais de meio caminho do seu objectivo de um primeiro super -teste de plasma aquecido até 2025 e primeira fusão de potência total até 2035, e tem um orçamento de cerca de 20 mil milhões de euros. Tal como acontece com o SPARC, o ITER foi concebido para não produzir eletricidade.
Assim, com a rede dos EUA a afastar-se das centrais monolíticas de carvão ou de fissão de 2 GW-3 GW para aquelas na gama de 100 MW a 500 MW, poderá a energia de fusão competir num mercado difícil – e, em caso afirmativo, quando?
“Ainda há investigação a fazer, mas os desafios são conhecidos, novas inovações apontam o caminho para acelerar as coisas, novos intervenientes como o CFS estão a trazer um foco comercial para os problemas e a ciência básica está madura”, diz Mumgaard.
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Horário da postagem: 18 de dezembro de 2019