Tenho uma compreensão bastante abrangente dos enormes desafios necessários para criar energia comercial de fusão nuclear. É por isso que estou mais optimista em relação à fissão nuclear do sal fundido. Tento explicar isso em dois vídeos. No entanto, este é um tema complexo. Tentarei afirmar isso da forma mais clara e breve possível aqui.
Quão longe está a fusão nuclear comercial?
Acredito que avanços tecnológicos ainda são necessários. As últimas décadas de trabalho para a fusão nuclear foram dominadas pelos projectos Tokomak (ITER, JET e um Tokomak sul-coreano e um Tokomak chinês). Tokomak mantém plasma de fusão nuclear em um campo magnético em forma de rosca. Leva anos para que os projetos se transformem em tentativas de criar fusão por alguns segundos e a fusão está cerca de 1000 vezes mais distante da energia líquida real.
Existem muitas maneiras de tentar desenvolver a fusão nuclear para gerar energia. Um único valor começa para nos dizer o quão próximo um experimento de fusão está da potência líquida: o produto triplo da fusão. O produto triplo é o produto de três atributos de um plasma de fusão:
n a densidade de íons no plasma (íons/metro cúbico)
T a temperatura desses íons (keV2)
τE o tempo de confinamento de energia (segundos)
A reação de fusão com o limite de produto triplo mais baixo (também conhecido como mais alcançável) é a fusão de deutério e trítio (DT), dois isótopos de hidrogênio. Uma usina de fusão operando com combustível DT terá um produto triplo de cerca de 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s ou superior. Há muitos outros requisitos para uma usina de energia comercialmente viável mas o produto triplo é um marco técnico mínimo.
Uma propriedade interessante do produto triplo é que ele é independente do esquema específico usado para criar o plasma de fusão, portanto pode ser usado para comparar o desempenho em diferentes tipos de abordagens de fusão. É uma quantidade significativa em esquemas de confinamento magnético (tokamaks, stellarators), esquemas de confinamento inercial (fusão de laser) e esquemas magneto-inerciais (MagLIF, compressão de FRCs).
A experiência multibilionária do reator JET (Joint European Torus) está em operação há décadas. Penso que foi de cerca de 100 milhões de euros por ano ou mais para o seu financiamento. Em março de 2019, o Governo do Reino Unido e a Comissão Europeia assinaram uma extensão do contrato para o JET. Isto garantiu as operações do JET até ao final de 2024, independentemente da situação do Brexit. Em dezembro de 2020, foi iniciada uma atualização do JET utilizando trítio, como parte da sua contribuição para o ITER. Em 21 de dezembro de 2021, o JET produziu 59 megajoules usando combustível deutério-trítio enquanto sustentava a fusão durante um pulso de cinco segundos, batendo seu recorde anterior de 21.7 megajoules com Q = 0.33, estabelecido em 1997. Steven Krivit aponta que foram necessários cerca de 700 megawatts de eletricidade para produzir 59 megajoules em cinco segundos. O Q = 0.33 é 33% do energia dentro e fora do plasma. 700 megawatts para alimentar isso por cinco segundos seriam cerca de 3.5 bilhões de joules para extrair 59 megajoules do plasma. A energia da parede é cerca de 60 vezes menor e então a energia do plasma precisaria ser convertida novamente em eletricidade. Isto vale para os números mais honestos da fusão LPP. Os experimentos de energia de fusão representam um milésimo de por cento no total de eletricidade emitida versus eletricidade recebida.
O mundo possui apenas 25 toneladas de trítio. Isso não ocorre naturalmente. Um reator de fusão DT (deutério e trítio) gerando um gigawatt precisaria de cerca de 150 toneladas de trítio por ano. O trítio é atualmente produzido em reatores de fissão nuclear de água pesada CANDU (canadenses).
Os planos do reator de fusão DT precisam abordar a criação de muito trítio. Isso significa gerar muitos nêutrons baratos para converter eficientemente o lítio em trítio. Isto é como dizer que teríamos um plano de fissão nuclear para produzir quantidades abundantes de plutónio. O plutônio não ocorre na natureza, mas você pode fazê-lo reagindo o urânio 238 com nêutrons. O urânio 238 representa 94% do que as pessoas chamam de lixo nuclear. O urânio 238 representa cerca de 99.3% do urânio que ocorre naturalmente e 97% das atuais barras de combustível nuclear novas.
Um país que pode gerar muitos nêutrons baratos para produzir muito trítio significaria que esse país também poderia produzir muito plutônio. Qualquer país que consiga produzir muito plutónio pode fabricar muitas bombas de fissão nuclear.
Na verdade, estou relativamente bem com isso porque acho que as bombas de fissão nuclear ficarão obsoletas. O mundo progredirá para uma tecnologia muito melhor no espaço e na energia, então a destrutividade das bombas de fissão não será estratégica militarmente e tornar-se-á menos importante militarmente. Isto não quer dizer que a proliferação deva ser encorajada. Devem ser tomadas medidas para não sermos estúpidos, mas um mundo com domínio da energia nuclear para a energia e da propulsão espacial significará um mundo onde as armas nucleares são relativamente triviais. Eles se tornarão como coquetéis molotov.
O desenvolvimento bem-sucedido da fusão nuclear para produção de energia tem de ir além de todo este pequeno nível de energia atual gerada em relação à energia utilizada e fazê-lo de forma económica. Os projectos Tokomak têm de gerar implicitamente esta energia positiva líquida, mantendo o plasma durante anos em vez de segundos. Gosto de projetos de fusão nuclear que planejam não reter plasma. Esses projetos usam energia pulsada. Eles brevemente (minúsculas frações de segundo) criam condições de fusão e tentam obter grandes quantidades de energia e retirá-la sem usar uma turbina. Usar uma turbina significa sustentar a fusão como as usinas de fissão nuclear que agora operam como usinas a carvão. As turbinas funcionam com uma grande quantidade de calor sustentado. Pense em grandes incêndios de carvão contidos.
A LPP Fusion é uma pequena empresa que está tentando chegar à fusão nuclear avançada e teve apenas alguns milhões de dólares em financiamento. No entanto, a percentagem de potência de entrada e a percentagem de potência de saída estão muito próximas do grande JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion e TAE estão tentando formas de fusão pulsada. Veja a imagem superior neste artigo. Os destaques do plano LPP Fusion estão abaixo.
Também prefiro projetos voltados para reações de fusão avançadas. 1 bilhão de graus em vez de 100 milhões de graus.
Aqui está a imagem da planilha de rastreamento do meu projeto de fusão nuclear.
Aqui estão alguns slides do LPP Fusion.
Brian Wang é um líder de pensamento futurista e um blogueiro de ciência popular com 1 milhão de leitores por mês. Seu blog Nextbigfuture.com é classificado como # 1 Science News Blog. Abrange muitas tecnologias e tendências disruptivas, incluindo Espaço, Robótica, Inteligência Artificial, Medicina, Biotecnologia Anti-envelhecimento e Nanotecnologia.
Conhecido por identificar tecnologias de ponta, ele atualmente é cofundador de uma startup e arrecadação de fundos para empresas em estágio inicial de alto potencial. Ele é o chefe de pesquisa de alocações para investimentos em tecnologia profunda e um investidor anjo da Space Angels.
Um palestrante frequente em empresas, ele foi um palestrante TEDx, um palestrante da Singularity University e convidado em várias entrevistas para rádio e podcasts. Ele está aberto para falar em público e aconselhar compromissos.
