Alimentada por dólares bilionários, a fusão nuclear entra em uma nova era

Tendo arrecadado mais de US$ 3 bilhões em 2021 de Bill Gates e Jeff Bezos, os desenvolvedores de fusão insistem que essa fonte de energia de carbono zero pode ser uma realidade dentro de uma década.

Está claro que a fusão nuclear pode funcionar em escala – basta olhar para as estrelas. Por 70 anos, os físicos sonharam em engarrafar essa energia estelar na forma de reatores de fusão que alimentariam a rede elétrica com as mesmas reações ilimitadas de zero carbono que fazem o sol brilhar. Este Santo Graal tem sido anunciado como estando a apenas 20 ou 30 anos de distância, mas os fãs de fusão se recusaram a desistir da fé. E por um bom motivo. A fusão (quebrar átomos de hidrogênio em hélio) promete energia elétrica ilimitada de zero carbono com risco zero de derretimento e praticamente nenhum dos resíduos radioativos associados às usinas nucleares existentes que funcionam com fissão (a divisão de átomos de urânio em elementos menores). 

O sonho inspirou Ajay Royan, cofundador da Mithril Capital (com o bilionário Peter Thiel), que em 2013 investiu US$ 2 milhões na Helion Energy, com sede em Redmond, Washington, para que ela pudesse construir um protótipo de máquina de “potência de pulso repetitivo”. A Mithril investiu na Helion desde então, incluindo sua recente rodada de US$ 500 milhões (avaliando a empresa em US$ 3 bilhões) – com a promessa de mais US$ 1.7 bilhão se o sétimo protótipo da empresa funcionar como esperado. A rodada de Helion foi liderada por Sam Altman da Y Combinator. 

O ano de 2021 foi grande para os financiamentos e previsões de fusão, já que os desenvolvedores arrecadaram mais de US$ 3 bilhões para financiar sua próxima rodada de máquinas – com algumas agora promissoras fusões comercialmente viáveis ​​em apenas cinco anos. Royan está feliz em ver a fusão recebendo mais atenção; “Claro que 2021 pode ser um ponto de virada para a fusão de acordo com o Google Analytics, mas o verdadeiro ponto de virada aconteceu há uma década, quando a eletrônica de potência ultrapassou um limite.” 

O CEO David Kirtley explica que o trabalho inicial de P&D por trás do Helion foi feito em laboratórios federais, dos quais o Helion foi produzido em 2013. Livre da burocracia federal de P&D, Helion vem construindo novos protótipos um após o outro desde então. “Não é legal ter mentalidade de startup, é uma exigência. e no que focamos desde o início”, diz Kirtley.

Em 2020, a Helion completou seu sexto protótipo de reator, apelidado de Trenta. Agora está construindo uma sétima, Polaris, enquanto já projeta a oitava, Antares, que Kirtley pretende ser a primeira máquina de fusão a produzir mais energia do que consome. Além da iteração rápida, a Helion se beneficia da experiência local. Está construindo a máquina Polaris em Everett, Washington, perto das maiores fábricas da Boeing, onde eles podem explorar um ecossistema acolhedor de engenheiros contratados e fabricantes de precisão. Kirtley diz que eles passam as manhãs consertando, atualizando sistemas e ligando capacitores. “Todas as tardes, às 3h, começamos a fazer fusão.”

Para entender a abordagem de Helion, primeiro considere a repulsão magnética que ocorre quando você tenta forçar os pólos positivos de dois ímãs de barra juntos. É o princípio que permite a tecnologia “mag-lev” como os famosos trens-bala do Japão, que utilizam repulsão magnética para flutuar em uma almofada de ar. 

Pesquisadores de fusão há décadas procuram criar os eletroímãs mais fortes do mundo, com os quais eles projetam câmaras de reação com campos magnéticos tão fortes que podem conter e comprimir um fluxo injetado de prótons carregados positivamente em uma bola de plasma tão quente que se fundem em hélio. 

No novo sistema de Helion, a energia liberada nas reações de fusão empurra continuamente contra seu campo de contenção magnético, que empurra para trás – causando oscilações (“como um pistão”, diz Kirtley) que geram uma corrente elétrica, que o Helion captura diretamente do reator . (Para saber mais, leia sobre a lei de indução de Faraday.) 

Royan, da Mithril, diz que talvez a maior atração do método de geração direta de eletricidade da Helion seja sua simplicidade. Outras abordagens de fusão visam gerar calor, a fim de ferver água e turbinas a vapor, que produzem eletricidade – como nas usinas nucleares tradicionais. “Podemos fazer isso sem turbinas a vapor ou torres de resfriamento. Nós nos livramos da usina.” 

Para ter certeza, Kirtley entende o ceticismo da fusão, especialmente em torno de seu cronograma agressivo. Ele começou sua carreira no campo da fusão, inspirado por cientistas de laboratórios nacionais na década de 1960 que fizeram grandes avanços na contenção magnética (competindo com cientistas russos para criar reatores em forma de rosquinha chamados tokamaks) antes mesmo da invenção dos transistores. Mas Kirtley perdeu a fé depois de determinar que as primeiras abordagens simplesmente não conseguiam evoluir rápido o suficiente para produzir uma solução comercial – então ele começou a trabalhar na propulsão avançada de naves espaciais usando jatos de plasma controlados por eletroímãs. Ele voltou ao campo em 2008 para ajudar a comercializar a tecnologia da Helion. 

Com o tempo, ele prevê fabricar geradores de fusão em uma fábrica. Um sistema de escala de 50 mw, empacotado em três unidades do tamanho de contêineres, forneceria energia para 40,000 residências. “Em 10 anos teremos eletricidade comercial à venda, com certeza.” 

Isso coloca a Helion em uma corrida com a Commonwealth Fusion Systems, com sede em Boston, um spin-off do MIT, que arrecadou US$ 1.8 bilhão de investidores como Bill Gates e George Soros. O CEO Bob Mumgaard diz que eles terão um reator funcionando em 6 anos. Seu otimismo é impulsionado pelo bem-sucedido teste de verão da Commonwealth de novos eletroímãs projetados com supercondutores feitos de óxido de cobre de bário de terras raras. 

Mumgaard diz que esses ímãs superalimentados permitirão que a Commonwealth aperfeiçoe sua abordagem de fusão um pouco mais tradicional de construir um reator “tokamak” em forma de donut, que Mumgaard chama de “grande garrafa magnética” onde poderosos campos magnéticos controlam bolas de plasma de 100 milhões de graus – “ coisa de estrela." 

Existem cerca de 150 tokamaks em todo o mundo; o maior está em construção na França por US$ 30 bilhões por um consórcio internacional chamado ITER. A máquina de 20,000 toneladas, do tamanho de uma arena de basquete, deve ser concluída em 2035. 

Mas Mumgaard pretende que a Commonwealth Fusion torne o ITER obsoleto antes mesmo de ser concluído. Sua vantagem está na aplicação de supercondutores de “alta temperatura” feitos com óxido de cobre de bário de terras raras (também conhecido como ReBCO). 

Os supercondutores movem a corrente elétrica com perda virtualmente zero (muito mais eficiente que o cobre, por exemplo). E eles são a chave para fazer eletroímãs poderosos. A Commonwealth descobriu que, ao fabricar seus ímãs usando uma fita especial de óxido de cobre de bário (como a fita encontrada em um cassete VHS), pode obter campos magnéticos mais poderosos do que os previstos no ITER, mas em 1/20 da escala. 

Enquanto os ímãs primários do ITER (chamados de solenóides) pesarão cerca de 400 toneladas e atingirão campos mais fortes que 12 tesla, a Commonwealth está de olho em ímãs de 15 toneladas, cada um usando 300 km de fita de filme fino ReBCO, que gerará 20 tesla (para comparação, um máquina de ressonância magnética faz 1.5 tesla). 

“Isso desbloqueia a máquina de fusão”, diz Mumgaard. A CES testou os ímãs no verão passado e declarou “prova” de que a ciência da fusão estava praticamente completa e tudo o que resta é construir o reator. “Entendemos bem o material e achamos que podemos fazer isso em três anos”, diz Mumgaard. “Até 2030 veremos a fusão na rede.” 

A CES está pronta para construir sua máquina de fusão em um local de 47 acres em Massachusetts e já está trabalhando para obter milhares de quilômetros de fita ReBCO. A disponibilidade das terras raras poderia se tornar um fator limitante no lançamento da fusão? Não, diz Mumgaard. “Uma usina de fusão terá menos terras raras do que uma turbina eólica. Fusão não é sobre um recurso que você precisa para minerar ou bombear. É sobre uma tecnologia.” 

Deve haver espaço para mais de um vencedor de fusão. Outros líderes incluem a General Fusion, sediada no Canadá e apoiada por Jeff Bezos, que arrecadou US$ 130 milhões este ano. Outros bilionários notáveis ​​no jogo da fusão são Neal e Linden Blue, donos da General Atomics, com sede em San Diego, que há décadas opera um tokamak de pesquisa em nome do DOE e que este ano entregou ao ITER as entranhas de seus eletroímãs tokamak – um solenóide central de 1,000 toneladas. E há a TAE Energy da Califórnia, que vem experimentando US$ 1 bilhão na última década e arrecadou US$ 130 milhões durante a pandemia.

A tecnologia de fusão pode ter começado em laboratórios financiados pelo governo, mas sua fruição terá que depender de financiamento privado. Amy Roma, sócia da Hogan Lovells em Washington, DC, diz que o projeto de lei Build Back Better, agora no limbo, incluiria US$ 875 milhões para energia nuclear avançada, mas, por enquanto, a indústria terá que se contentar com um novo escritório de demonstração de reatores avançados sob o Departamento de Energia, financiado pela recente Lei de Infraestrutura. A energia nuclear de carbono zero também se beneficiaria da recente ordem executiva do presidente Biden, exigindo que as compras de energia do governo federal fossem “zero líquido” até 2030. 

O lendário investidor em tecnologia Steve Jurvetson, um patrocinador da Commonwealth Fusion que escreveu seu primeiro cheque para a pesquisa de fusão há 25 anos, está quase tonto com o fato de que esse sonho adiado pode se tornar realidade em breve. “Há muitos opositores até que seja feito. Então eles dizem que é óbvio.” 

Royan, da Mithril, diz que já está trabalhando para ajustar sua estrutura para considerar como o mundo será diferente quando a fusão for real – “Pense nas oportunidades para a dessalinização da água e produção de fertilizantes. Isso altera fundamentalmente a economia da água da noite para o dia e, portanto, a economia da agricultura”. É tudo parte do caminho da humanidade, diz ele, “continuar provando que Malthus era um idiota”. 

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