As empresas de fusão fizeram avanços significativos no início de 2022, depois de arrecadar um marco de US$ 2,8 bilhões em 2021. Nesses primeiros meses, a Joint European Torus (JET) quebrou o recorde de fusão de 24 anos - gerando o pulso de energia de fusão sustentado mais alto de todos os tempos; First Light Fusion fusão demonstrada; e HB11 Energy demonstrou a fusão de hidrogênio e boro-11 usando lasers de alta potência - produzindo 10 vezes mais fusão do que o esperado. Além disso, houve um influxo de capital para apoiar o enfrentamento dos desafios críticos de engenharia, com First Light Fusion, Marvel Fusion e Kyoto Fusioneering levantando rodadas de financiamento significativas apenas em fevereiro.
A fusão pode fornecer uma fonte de energia de carga básica altamente necessária, abundante e com zero carbono, sem risco de acidente nuclear ou resíduos radioativos de vida longa. O ITER, o projeto de fusão tokamak apoiado por 35 nações, aponta que uma reação de fusão libera quatro milhões de vezes mais energia do que a queima de carvão, petróleo ou gás. A tecnologia de fusão é nova e cara e, portanto, requer grandes quantias de capital para reduzir o risco de sua tecnologia e acelerar o caminho para a comercialização. Embora o apoio recente do governo – como o dos US$ 50 milhões fornecidos pelo DOE dos EUA sob as instruções do plano do governo Biden-Harris para energia de fusão comercial – ilumine a necessidade de acelerar o desenvolvimento da tecnologia de fusão, o financiamento do governo é insignificante em comparação com o bilhões de dólares em empresas de capital estão levantando através de investidores privados. O planejamento da Casa Branca da parceria público-privada em fusão e o apoio adicional do governo podem ser cruciais para ajudar na demonstração da fusão e em projetos-piloto para provar seu potencial como fonte de energia de base.
Embora nem todos na comunidade de fusão concordem sobre quem atingirá o limite de ganho de energia líquida positiva ou o status comercial primeiro, todos concordam que a fusão não é mais um jogo de espera de 20 anos, em grande parte devido ao impacto da computação poder para suportar modelagem avançada. Cada empresa tem caminhos e desafios diferentes para chegar aos estágios de fusão, ganho e comercial.
Ciência & Engenharia
A TAE Technologies, com sede na Califórnia, está desenvolvendo um reator avançado de configuração de campo invertido acionado por feixe com o objetivo de usar um ciclo de combustível de hidrogênio-boro. A atual plataforma de fusão da TAE, Norman, foi usada com sucesso para experimentos de temperatura mais alta, e seu sucessor, Copernicus, será usado para continuar esses experimentos. A plataforma de sétima geração da TAE, Da Vinci, visa demonstrar a fusão e o ganho líquido de energia. Espera-se que Da Vinci esteja online em 2027 ou 2028 e abordará os desafios de engenharia relacionados ao uso de combustível de hidrogênio-boro-11. O fundador da TAE, Harry Hamlin, acredita que sua principal vantagem é o uso de combustível de hidrogênio-boro, pois permite uma reação de fusão aneutrônica.
OHB11 Energy usa combustível de hidrogênio-boro-11 de forma semelhante, mas com uma reação de partida não térmica, inflamada por laser. Como mencionado anteriormente, a empresa demonstrou uma reação de fusão não térmica no início deste ano e produziu 10 vezes mais fusão do que o previsto, representando um ganho notavelmente alto de 0,05%. O objetivo do HB11 é usar sua reação para criar eletricidade por meio da conversão direta de hélio carregado. As simulações e o poder de computação que aceleraram bastante as descobertas experimentais para projetos de reatores mais estabelecidos, como o tokamak, ainda não estão maduros para a tecnologia do HB11. O fundador do HB11, Warren McKenzie, disse ao Cleantech Group que a empresa está procurando levantar fundos este ano para refinar vários conceitos-alvo que estão sendo considerados para maximizar o ganho (Q). O desenvolvimento dessas simulações será fundamental para estudar a ciência por trás de suas reações e otimizar um projeto de destino que pode alcançar ganho de energia líquida e além.
Em contraste com o uso de combustível de hidrogênio-boro-11 por TAE e HB11, First Light Fusion e General Fusion estão usando combustível de deutério-trítio (DT) para alimentar suas reações. Enquanto uma reação de hidrogênio-boro é aneutrônica, uma reação DT produz nêutrons e, portanto, requer um processo para capturar a energia dos nêutrons para evitar danos ao reator.
First Light Fusion está criando fusão ao disparar um projétil em um pellet de combustível DT, causando uma onda de choque e colapso da cavidade que resulta em fusão. Como afirmado anteriormente, eles provaram a física fundamental desse princípio, validado pela Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido em 6 de abril de 2022. A abordagem permite um projeto de planta bastante simplificado, com base em um lítio fundido “ cachoeira”, que cobre 99% de sua circunferência de reação, para lidar com a questão da fragilização de nêutrons. Bart Markus, presidente da First Light, acredita que a chave para o rápido desenvolvimento desta tecnologia tem sido “… .” O próximo passo da First Light é o ganho, que os verá utilizando a engenharia para melhorar a precisão de atingir sua meta de combustível de forma consistente. O cronograma de fusão da empresa os vê com ganho líquido em meados da década de 2020 e, por causa de seu design, Bart os vê no caminho certo para começar a construir uma planta comercial naquele momento.
A General Fusion baseada em BC está usando um processo de pulso com um injetor de plasma e sistema de compressão para comprimir e aquecer o plasma em condições de fusão. A empresa consegue essa compressão com uma parede de metal líquido em colapso feita de chumbo-lítio. A camada de metal líquido atua como um escudo para seu reator e desacelera os nêutrons produzidos em sua reação alimentada por DT e absorve sua energia. Em janeiro, a General Fusion anunciou que demonstrou os recursos de engenharia necessários para dimensionar seu protótipo de compressão para um sistema de potência total. O CEO Christofer Mowry diz que o foco da empresa está em sua estratégia de comercialização, pois anunciou recentemente a construção de sua planta de demonstração em escala de 70% de uma planta comercial. A planta de demonstração será construída no Reino Unido para aproveitar a experiência e o talento da cadeia de suprimentos da Joint European Torus (JET) quando ela for fechada. A General Fusion usará a planta como uma oportunidade para enfrentar os desafios de engenharia relacionados à conexão de seus dois sistemas comprovados, o injetor de plasma e o sistema de compressão, e espera estar online em 2026/2027.
Outras atividades recentes do mercado
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Um grande desafio que os inovadores que usam combustível de trítio enfrentaram é a criação de trítio. Empresas como a First Light Fusion e a General Fusion estão abordando esse problema bombardeando seu lítio com o subproduto de nêutrons da reação para produzir combustível de trítio suficiente para sustentar uma usina de energia. A Kyoto Fusioneering, uma startup nascida na Universidade de Kyoto, não está desenvolvendo um reator de fusão, mas sim projetando e projetando tecnologias que serão cruciais para o sucesso dos reatores tokamak. Kyoto pretende licenciar sua manta auto-resfriada avançada SCYLLA para empresas de fusão tokamak para fornecer autossuficiência de trítio, permitir operação em alta temperatura (~1000°C) e reduzir a fragilização de nêutrons. A empresa levantou US$ 11,7 milhões em uma rodada da Série B em fevereiro liderada pela Coral Capital e recebeu US$ 7 milhões em contratos de empréstimo do Kyoto Bank, Sumitomo e MUFG Bank.
