O governo do Reino Unido convidou comunidades de todo o país a oferecerem um local para um protótipo do reator de fusão nuclear, que será o primeiro – espera-se – a colocar eletricidade na rede. O projeto, denominado Tokamak Esférico para Produção de Energia (do inglês, Spherical Tokamak for Energy Production, STEP), começou no ano passado com um valor inicial de £222 milhões em 5 anos para desenvolver um protótipo. A Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido (do inglês, Atomic Energy Authority, UKAEA), a agência governamental que supervisiona o esforço, afirma que a construção pode começar em 2032, com operações em 2040.
“Qualquer novo dispositivo é bem-vindo porque traz novas percepções”, diz Tony Donné, diretor da EUROfusion, o programa de fusão da União Europeia.
A corrida mundial para construir o primeiro reator de fusão que pode gerar energia excedente está em andamento. A fusão mescla isótopos de hidrogênio em um gás superaquecido, ou plasma – espelhando o processo que alimenta as estrelas. As fontes de combustível são relativamente abundantes e as preocupações com a radiação são mínimas em comparação com os reatores nucleares alimentados por fissão.
Mas como fonte de energia prática, a fusão permaneceu um sonho distante. Requer temperaturas de centenas de milhões de graus Celsius. Para evitar que o plasma quente toque e derreta seu recipiente de contenção, os engenheiros normalmente usam ímãs poderosos que circundam tokamaks em forma de rosca. Mas nenhum tokamak gerou mais energia da fusão do que a usada para aquecer o plasma. O tokamak ITER na França, com conclusão prevista para 2025, será o primeiro a demonstrar ganho de energia, embora isso não aconteça até antes de 2035 e, mesmo assim, a energia de fusão não será usada para gerar eletricidade.
O STEP esférico pareceria mais com uma maçã sem caroço do que com um donut. Isso confere mais estabilidade ao plasma para que os operadores possam atingir temperaturas mais altas em um dispositivo menor. Os tokamaks esféricos foram pioneiros no Culham Center for Fusion Energy (CCFE) da UKAEA, com um dispositivo chamado Mega Amp Spherical Tokamak (MAST), e nos Estados Unidos no Princeton Plasma Physics Laboratory com seu dispositivo National Spherical Torus Experiment Upgrade. O Reino Unido agora espera capitalizar essa experiência com o STEP, que teria como objetivo gerar 50 megawatts de energia elétrica. “O STEP é um passo lógico após a atualização do MAST”, diz Donné.
O diretor do CCFE, Ian Chapman, diz que o tamanho pequeno dos tokamaks esféricos é uma vantagem importante porque o maior custo no ITER de US$ 25 bilhões são seus ímãs gigantescos. Com custos de capital de apenas alguns bilhões de dólares, Chapman diz que o STEP seria muito mais barato que o ITER – necessário se a fusão quiser competir com usinas fósseis ou renováveis que podem ser construídas por menos e gerar quantidades comparáveis de energia.
Mas os tokamaks esféricos também apresentam desvantagens, diz Donné. O plasma denso quente em um dispositivo menor é mais prejudicial aos materiais, portanto, os componentes podem precisar ser substituídos com mais frequência. E é improvável que o STEP seja capaz de produzir trítio, um dos dois isótopos de hidrogênio que abastece o reator. O trítio é radioativo com meia-vida de 12 anos e os suprimentos globais são baixos. Um reator funcional terá que produzir seu próprio trítio, envolvendo o recipiente com manchas de lítio que produzem trítio quando bombardeados por nêutrons da reação de fusão. O ITER será a primeira tentativa de demonstrar a criação de trítio. STEP, Donné diz, “não foi possível implementar a criação de trítio em tão pouco tempo”.
Donné também suspeita que haja um elemento político no impulso para o STEP. O CCFE também abriga o Joint European Torus, agora o maior tokamak do mundo, que está chegando ao fim de sua vida útil. Seu fim pode potencialmente deixar muitos pesquisadores de fusão com tempo sobrando. O futuro do Reino Unido como parceiro no projeto ITER também está em questão, se o país não assinar um acordo comercial com a União Europeia. E o CCFE tem rivais do setor privado respirando fundo em seu pescoço. A Tokamak Energy, uma startup do Reino Unido, está tentando construir um tokamak esférico compacto para produção de energia até 2030 e a startup dos Estados Unidos Commonwealth Fusion Systems tem planos de começar a construir um reator funcional semelhante em 2025.
Isso será de pouca preocupação para as comunidades que competem para hospedar o STEP, que o verão como uma forma de atrair dinheiro e empregos para sua região. Eles têm até março de 2021 para se candidatarem e precisarão oferecer 100 hectares de terra, que serão avaliados quanto à adequação geológica, acesso e outros critérios. A UKAEA planeja escolher um local até o final de 2022.
Fusão x fissão
Processo uso hoje em dia é a geração de energia por fissão nuclear a partir da divisão dos átomos, exigindo a utilização de materiais radioativos como o urânio. Entretanto, ela gera resíduos perigosos e está sujeita a acidentes de grandes proporções, como já aconteceu em algumas usinas nucleares.
No caso da fusão nuclear, segundo a NZN, o processo é semelhante ao realizado pelo Sol e outras estrelas, onde há a fusão de elementos como o hidrogênio, dando origem assim à energia. Ela é muito mais limpa e tem preocupações mínimas com a radiação, se comparada à fissão.
Apesar das vantagens, o mundo ainda tenta construir o primeiro reator de fusão nuclear que seja realmente eficiente.
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