Energia de Fusão e Futuras Usinas de Energia por Fusão

Resumo A energia de fusão oferece energia limpa e confiável para gerações futuras e é inequivocamente parte de uma matriz energética totalmente sustentável. A fusão combina dois núcleos atômicos leves para formar um único núcleo mais pesado, liberando grandes quantidades de energia. Para fundir átomos é necessário atingir temperaturas e pressões extremamente altas, em um plasma, para superar a repulsão elétrica mútua dos núcleos — alcançar essas condições na Terra, normalmente realizadas em estrelas, apresenta inúmeros desafios. Dentro de um dispositivo de confinamento magnético (tokamak), o plasma é aquecido usando aquecimento ôhmico e uma mistura de feixe neutro e/ou radiofrequência para ultrapassar 80 milhões de Kelvin (K), onde ocorre a fusão. Ímãs fortes são necessários para modelar e controlar o plasma. Gerar e manter as condições extremas de temperatura e magnetismo requer quantidades significativas de energia — o que é difícil de gerenciar em escala. O desafio técnico de extrair energia de forma eficiente e eficaz de uma máquina de fusão e integrar essas múltiplas fontes energéticas em um ciclo termodinâmico é significativo. Essa exigência é ainda mais agravada pelos períodos operacionais típicos dos tokamaks. Esses desafios e as escalas da próxima geração de tokamaks para fusão requererão tecnologias significativas de transferência e conversão de energia térmica elétrica, bem como equipamentos de infraestrutura elétrica. Este artigo ilustra esses desafios avaliando possíveis eficiências de usinas de energia por fusão e como isso é significativamente influenciado pela eficiência termodinâmica da tecnologia de conversão de energia. A pesquisa experimental está em andamento há quase 70 anos, mas agora estamos em um ponto de inflexão com programas ativos financiados por iniciativa privada e pública que buscam explorar a energia de fusão. O projeto Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) da UKAEA e a Spherical Tokamak Fusion Pilot Plant (ST-X FPP) da Tokamak Energy são exemplos desses programas.