IMWU-nlFusão nuclear que está demorando tanto?
NotíciaPoderia fornecer uma fonte de energia barata, segura, limpa, abundante e confiável para a humanidade, mas até agora a fusão nuclear permaneceu fora do alcance.
Apesar de ter sido um substituto teórico para a produção de energia fóssil e de fissão nuclear por mais de 60 anos, a fusão nuclear ainda não se tornou comercialmente possível em usinas de energia. Então, o que está demorando tanto?
O que é fusão nuclear?
Enquanto nos reatores nucleares que temos desde os átomos da década de 1950 estão divididos ao meio para produzir energia, a fusão nuclear vê a fusão de dois isótopos de hidrogênio para produzir muito mais energia. Você pode ver reatores maciços de fusão nuclear sempre que quiser, apenas indo para fora em um dia ensolarado, ou à noite, e olhando para cima.
Todas as estrelas - incluindo o Sol - são reatores naturais de fusão nuclear, mas as enormes forças da gravidade são difíceis de replicar aqui na Terra..
Embora os reatores de fusão nunca tenham ultrapassado a fase experimental, os pesquisadores alcançaram temperaturas de cerca de 100 milhões de graus. O problema é que eles tiveram que colocar mais energia do que conseguiram, fazendo a fusão nuclear - até agora - de um comercial não-inicial.
A fissão nuclear é perigosa??
Os combustíveis fósseis estão aquecendo nosso planeta, e a fissão nuclear produz resíduos radioativos tóxicos.
Enquanto isso, reatores de fusão nuclear - que são donuts (Tokamak) ou recipientes em forma de esfera de plasma (uma nuvem de prótons, nêutrons e elétrons, considerados o "quarto estado" da matéria) suspensos por campos magnéticos - produzem baixos níveis de radioatividade, eles não vêm com risco de derretimento, e sua matéria-prima não é um urânio super raro. Em vez disso, eles usam deutério e trítio muito mais comuns.
Infelizmente, o processo central que produz a energia está se mostrando muito difícil de domar.
O problema central
Produzir energia de fusão controlada é tremendamente difícil. O principal problema que incomoda os cientistas nucleares é a física do plasma. Em um reator de fusão, o plasma precisa ser aquecido a pelo menos 100 milhões de graus e forçado a colidir usando eletroímãs.
Infelizmente, o plasma é instável e imprevisível, então as colisões importantes são difíceis de forçar.
"Queremos que o fluxo de plasma seja suave, mas ao contrário de um gás comum, o plasma obedece a leis mais complexas", diz James Lambert, da Applied Fusion Systems, em Londres..
"Em um gás as interações entre as partículas são de curto alcance, e apenas colisões entre as partículas têm algum efeito ... em um plasma todas as partículas são carregadas para atrair, repelir e desviar umas das outras a longas distâncias, e simples colisões não desempenham nenhum papel."
A resposta ao enigma da fusão nuclear é desenvolver modelos computacionais de plasma muito mais sofisticados, para que o comportamento possa ser previsto e controlado. Isso é exatamente o que está acontecendo agora.
O que está impedindo o grande avanço?
Se a fusão nuclear é teoricamente possível, massivamente importante e está sendo pesquisada em todo o mundo, o que está impedindo o grande avanço?
"Aqui está a coisa - nada", diz Lambert. "Os supercomputadores estão finalmente processando os números com rapidez suficiente para testar e validar projetos rapidamente, e os supercondutores ficaram baratos e fortes o suficiente para que agora tenhamos todas as peças do quebra-cabeça - agora precisamos juntar essas peças", diz ele..
O grande problema disso não é realmente a fusão.
"Há um ditado - a fusão é fácil, mas a física do plasma é difícil", diz Lambert. "Mas com o advento da supercomputação barata, entendemos a física do plasma melhor do que nunca."
Isso é exatamente o que aconteceu no Centro de Ciência e Fusão de Plasma do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), onde os pesquisadores modelaram as condições dentro de um reator de fusão na tentativa de tornar o processo autossustentável. A tarefa engoliu 15 milhões de horas de tempo de processamento do computador, o que pode explicar por que o progresso é tão lento.
Grandes projectos
O principal projeto de fusão nuclear do mundo é o cronologicamente atrasado International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), um projeto de pesquisa internacional de 35 anos em Saint Paul-lez-Durance, França que é financiado pela China, a UE, Índia, Japão, Coreia do Sul, Rússia e EUA.
Um contêiner de fusão magnética Tokamak em formato de rosquinha, está programado para iniciar experimentos usando plasma em 2025 - uma década depois do planejado originalmente - com o objetivo de produzir 500 megawatts de energia a partir de 50 megawatts de entrada.
No entanto, seu orçamento já passou de US $ 5 bilhões para US $ 20 bilhões.
"Os Tokamaks atingiram altas temperaturas desde cedo, então os pesquisadores abandonaram seus próprios projetos e dedicaram seu tempo aos tokamaks", diz Lambert..
"Um grande projeto concorrente, o stellarator, requer um design tão contorcido que eles só agora se tornaram projetos de pesquisa viáveis." Isso é exatamente o que está acontecendo no Wendelstein 7-X stellarator no Instituto Max Planck de Física de Plasma (IPP) na Alemanha..
Fundição de fusão
Enfrentando custos tão pesados e suspeita de falta de progresso, uma onda de startups de fusão financiadas pelo setor privado surgiu nos últimos tempos e se baseou no pensamento mais recente - entre eles, a canadense General Fusion, a Tri Alpha Energy ea Helion Energy nos EUA. Sistemas de Fusão Aplicada, Tokamak Energy e First Light Fusion - todos tentando quebrar a ciência crítica e fazer pequenos reatores de fusão nuclear.
"Temos prazos de entrega mais curtos para que possamos aplicar novos conhecimentos rapidamente e evoluir para projetos melhores e mais rápidos", diz Lambert..
"O problema com os grandes projetos é que, quando forem construídos, o conhecimento que informou seu design é obsoleto."
Problemas estruturais
Para uma indústria dar um salto gigantesco em sua tecnologia requer o tipo de liderança e foco que o setor nuclear simplesmente não tem.
Na esteira do incidente de Fukushima no Japão em 2011, há uma onda de opinião pública antinuclear, e os acordos internacionalmente vinculantes resultantes em torno de cotas ambientais significam muita burocracia. Nada disso ajuda a causa da fusão.
Há também um grande problema de pessoal. "Há uma escassez crônica de habilidades na indústria nuclear", diz Matthew Sykes, chefe de energia e nuclear da Spencer Ogden, que recruta usinas nucleares..
"Sourcing qualificado, candidatos qualificados que também têm autorização de segurança nuclear é um desafio." Sykes acrescenta que há uma força de trabalho que está envelhecendo, com muitos dos trabalhadores que ocupam posições no setor agora chegando ao fim de suas carreiras..
Feito na Grã-Bretanha?
"A energia nuclear é um risco muito alto, é lenta, e há muita conversa, mas muito pouca aprovação", diz Sykes, que em parte culpa a baixa taxa de progresso na propriedade internacional de projetos..
Por exemplo, o controverso projeto Hinkley Point, no Reino Unido, é financiado por interesses franceses e chineses. Apesar disso, é o Reino Unido que está na pole position na corrida para desenvolver reatores de fusão nuclear.
Apesar dos grandes projetos nos EUA e na França, alguns pensam que é o Reino Unido que está em melhor posição para tornar a fusão nuclear uma realidade comercial. Na verdade, o maior tokamak do mundo está no projeto Joint European Torus (JET) no Culham Center for Fusion Energy em Oxfordshire, Reino Unido..
"A maioria dos britânicos se surpreende quando lhes digo que o Reino Unido é o líder mundial em pesquisa de fusão", diz Lambert. "Estamos na melhor posição possível para liderar o caminho para uma nova revolução energética".
Fusão nuclear em uma década?
Quando fisicamente, a geração de energia de fusão nuclear dependerá, em grande parte, não de cientistas, mas de funcionários públicos, que não são exatamente conhecidos por sua velocidade administrativa e agilidade..
"Os governos não se movem rapidamente quando se trata de comprar novas usinas", diz Lambert. "Olhe para Hinkley Point."
Mesmo se fosse uma tecnologia experimentada e testada, a adoção em massa da fusão nuclear - e, portanto, a solução para a iminente crise energética mundial - provavelmente levaria décadas. Mas a própria tecnologia de fusão nuclear estará conosco mais cedo do que pensamos. "Gostaríamos de ver o solo sendo quebrado em dez anos", diz Lambert sobre as primeiras usinas nucleares baseadas em fusão nuclear.
O mundo pode e vai esperar por uma fonte inesgotável de energia limpa e livre de carbono, mas isso não está acontecendo amanhã. No entanto, para uma tecnologia que sempre foi daqui a 20 anos, talvez apenas uma década de espera seja uma meia-vida com a qual devemos começar a nos entusiasmar..
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