A Zap Energy, uma start-up de energia de fusão que trabalha em um caminho de baixo custo para produzir eletricidade comercialmente, disse na semana passada que deu um passo importante para testar um sistema que seus pesquisadores acreditam que acabará produzindo mais eletricidade do que consome.
Esse ponto é visto como um marco na solução do desafio energético mundial enquanto se afasta dos combustíveis fósseis. Uma indústria global emergente composta por quase três dúzias de start-ups e projetos de desenvolvimento governamentais fortemente financiados está buscando uma variedade de conceitos. A Zap Energy, com sede em Seattle, se destaca porque sua abordagem – se funcionar – seria mais simples e barata do que outras empresas estão fazendo.
As usinas nucleares de hoje são baseadas na fissão, que captura a energia liberada pela divisão dos átomos. Além do calor intenso, os subprodutos do processo incluem resíduos que permanecem radioativos por séculos. A fusão nuclear, por outro lado, replica o processo que ocorre dentro do sol, onde as forças gravitacionais fundem átomos de hidrogênio em hélio.
Por mais de meio século, os físicos perseguiram a visão de usinas comerciais de energia baseadas em uma reação de fusão controlada, essencialmente engarrafando a energia do sol. Tal usina produziria muitas vezes mais eletricidade do que consumia e sem os subprodutos radioativos. Mas nenhum dos projetos de pesquisa chegou nem perto do objetivo. Ainda assim, à medida que o medo das mudanças climáticas aumenta, há um interesse crescente na tecnologia.
“Achamos que é vital que a fusão se torne parte de nosso mix de energia”, disse Benj Conway, presidente da Zap Energy.
Enquanto muitos esforços concorrentes usam ímãs poderosos ou rajadas de luz laser para comprimir um plasma para iniciar uma reação de fusão, Zap está buscando uma abordagem pioneira por físicos da Universidade de Washington e Lawrence Livermore National Laboratory.
Ele se baseia em um gás de plasma moldado – uma nuvem energizada de partículas que é frequentemente descrita como um quarto estado da matéria – que é comprimido por um campo magnético gerado por uma corrente elétrica à medida que flui através de um tubo de vácuo de dois metros. A técnica é conhecida como “sheared flow Z-pinch”.
A abordagem “beliscar” da Zap Energy não é nova. Pode ter sido observado nos efeitos de relâmpagos já no século 18 e tem sido proposto como um caminho para a energia de fusão desde a década de 1930. Enquanto os beliscões ocorrem naturalmente em relâmpagos e explosões solares, o desafio para os engenheiros é estabilizar as forças elétricas e magnéticas por tempo suficiente em pulsos – medidos em um milionésimo de segundo – para produzir radiação para aquecer uma cortina de metal fundido ao redor.
Brian Nelson, engenheiro nuclear aposentado da Universidade de Washington e diretor de tecnologia da Zap Energy, disse que a empresa injetou plasma com sucesso em um novo e mais poderoso núcleo de reator experimental. Agora está concluindo uma fonte de alimentação projetada para fornecer energia suficiente para permitir que a empresa prove que é possível produzir mais energia do que consome.
Se o sistema for viável, dizem os pesquisadores da Zap, será ordens de magnitude mais baratas do que os sistemas concorrentes baseados em confinamento por ímã e laser. Espera-se que custe aproximadamente o mesmo que a energia nuclear tradicional.
Pesquisadores que tentaram o projeto Z-pinch descobriram que era impossível estabilizar o plasma e abandonaram a ideia em favor da abordagem magnética, conhecida como reator Tokamak.
Avanços na estabilização do campo magnético gerado pelo fluxo de plasma feito por físicos da Universidade de Washington levaram o grupo a estabelecer a Zap Energy em 2017. A empresa levantou mais de US$ 160 milhões, incluindo uma série de investimentos da Chevron.
Recentes avanços técnicos em combustíveis de fusão e em ímãs avançados levaram a um aumento acentuado no investimento privado, de acordo com a Fusion Industry Association. Existem 35 empresas de fusão globalmente, e o financiamento privado ultrapassou US$ 4 bilhões, inclusive de investidores de tecnologia conhecidos como Sam Altman, Jeff Bezos, John Doerr, Bill Gates e Chris Sacca. O Sr. Gates e o Sr. Sacca investiram na mais recente rodada de financiamento da Zap.
Mas ainda há céticos que argumentam que o progresso na pesquisa de energia de fusão é em grande parte uma miragem e que é improvável que investimentos recentes se traduzam em sistemas de fusão comercial tão cedo.
No outono passado, Daniel Jassby, físico de plasma aposentado da Universidade de Princeton, escreveu em um boletim da American Physical Society que os Estados Unidos estavam no meio de outra rodada de “febre da energia de fusão”, que vem e vai a cada década desde a década de 1950. Ele argumentou que as alegações feitas por empresas iniciantes de que estavam no caminho de construir com sucesso sistemas que produziam mais energia do que consumiam não tinham base na realidade.
“Que essas alegações sejam amplamente aceitas se deve apenas à propaganda eficaz de promotores e porta-vozes de laboratório”, escreveu ele.
Os físicos e executivos da Zap Energy disseram em entrevistas na semana passada que acreditavam que estavam dentro de um ano para provar que sua abordagem era capaz de atingir o ponto de equilíbrio energético há muito procurado.
Se o fizerem, terão sucesso onde uma série de esforços de pesquisa – desde meados do século passado – falharam.
Os físicos da Zap Energy disseram que defenderam o poder de “escalonamento” de sua abordagem para produzir um aumento acentuado nos nêutrons em uma série de artigos técnicos revisados por pares que documentaram simulações geradas por computador que logo começariam a testar.
Uma versão de usina do sistema envolveria o núcleo do reator em metal fundido em movimento para capturar rajadas de nêutrons, resultando em calor intenso, que seria convertido em vapor que, por sua vez, geraria eletricidade.
Cada núcleo de reator produzirá cerca de 50 megawatts de eletricidade, aproximadamente o suficiente para abastecer pelo menos 8.000 casas, disse Uri Shumlak, físico e professor da Universidade de Washington que é cofundador da Zap Energy.
Seu desafio técnico agora é confirmar o que eles simularam por computador, disse ele. Isso incluirá garantir que a seção de fusão Z-pinch do plasma permaneça estável e que eles sejam capazes de projetar um eletrodo que possa sobreviver no ambiente de fusão intensa do reator.
Conway disse esperar que a Zap seja capaz de provar seu conceito rapidamente, ao contrário dos grandes esforços de desenvolvimento de alto custo do passado, que foram como “construir um protótipo de iPhone de um bilhão de dólares a cada 10 anos”.
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