A abordagem de produção de energia de fusão do Reino Unido tomou forma com o anúncio do programa STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) em 2019. Sua primeira fase (2019-2024) chegou ao fim com o lançamento de um projeto conceitual para o protótipo de usina de energia de fusão integrada. Ele será baseado no uso de campo magnético para confinar plasma usando máquina tokamak, no entanto, o STEP do Reino Unido usará um tokamak esférico em vez do tradicional tokamak em formato de donut usado no ITER. Acredita-se que um tokamak esférico tenha várias vantagens. A usina será construída em Nottinghamshire e deve estar operacional no início da década de 2040.
A necessidade de uma fonte confiável de energia limpa para atender à crescente demanda energética da população e da economia mundial em crescimento, que poderia ajudar rapidamente a enfrentar os desafios (impostos por combustíveis fósseis exauríveis, emissão de carbono e mudanças climáticas, riscos ambientais associados a reatores de fissão nuclear e baixa escalabilidade de fontes renováveis) nunca foi sentida tão intensamente quanto no momento atual.
Na natureza, a fusão nuclear alimenta estrelas, incluindo o nosso sol, que ocorrem no núcleo das estrelas onde as condições de fusão (ou seja, temperatura extremamente alta na faixa de centenas de milhões de graus centígrados e pressão) prevalecem. A capacidade de criar condições de fusão controladas na Terra é a chave para energia limpa ilimitada. Isso envolve a construção de um ambiente de fusão com uma temperatura muito alta para provocar colisões de alta energia, que tenha densidade de plasma suficiente para aumentar a probabilidade de colisões e que possa confinar o plasma por uma duração suficiente para permitir a fusão. Obviamente, a infraestrutura e a tecnologia para confinar e controlar o plasma superaquecido são os principais requisitos para a exploração comercial da energia de fusão. Diferentes abordagens estão sendo exploradas e aplicadas em todo o mundo para confinamento de plasma em direção à realização comercial da energia de fusão.
Fusão de Confinamento Inercial (ICF)
Na abordagem de fusão inercial, as condições de fusão são criadas pela compressão e aquecimento rápidos de uma pequena quantidade de combustível de fusão. O National Ignition Facility (NIF) no Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) usa a técnica de implosão acionada por laser para implodir cápsulas cheias de combustível de deutério-trítio usando feixes de laser de alta energia. O NIF atingiu a ignição por fusão pela primeira vez em dezembro de 2022. Posteriormente, a ignição por fusão foi demonstrada em três ocasiões em 2023, o que confirmou a prova de conceito de que a fusão nuclear controlada pode ser explorada para atender às necessidades de energia.
Abordagem de confinamento magnético de plasma
O uso de ímãs para confinar e controlar o plasma para fusão está sendo tentado em muitos lugares. O IITER, a colaboração de energia de fusão mais ambiciosa de 35 nações sediada em St. Paul-lez-Durance, no sul da França, usa um toro de anel (ou dispositivo magnético em forma de donut) chamado tokamak, que é projetado para confinar o combustível de fusão por longos períodos em temperaturas altas o suficiente para que a ignição da fusão ocorra. Um conceito líder de confinamento de plasma para usinas de energia de fusão, os tokamaks podem manter a reação de fusão em andamento enquanto houver estabilidade do plasma. O tokamak do ITER será o maior do mundo.
Programa de fusão STEP (Tokamak esférico para produção de energia) do Reino Unido:
Assim como o ITER, o programa de fusão STEP do Reino Unido é baseado no confinamento magnético de plasma usando tokamak. No entanto, o tokamak do programa STEP terá formato esférico (em vez do formato de donut do ITER). Um tokamak esférico é compacto, econômico e pode ser mais fácil de escalar.
O programa STEP foi anunciado em 2019. Sua primeira fase (2019-2024) chegou ao fim com o lançamento de um projeto conceitual para o protótipo de usina de energia de fusão integrada.
Uma edição temática de Philosophical Transactions A da Royal Society, intitulada “Fornecendo energia de fusão – O Tokamak esférico para produção de energia (STEP)” compreendendo 15 artigos revisados por pares foi publicado em 26 de agosto de 2024, que detalha o progresso técnico do programa para projetar e construir a primeira usina protótipo do Reino Unido para produzir eletricidade a partir da fusão. Os artigos capturam um instantâneo completo do design e descrevem as tecnologias necessárias e sua integração em uma usina protótipo no início da década de 2040.
O programa STEP visa pavimentar o caminho para a viabilidade comercial da fusão ao demonstrar energia líquida, autossuficiência de combustível e uma rota viável para manutenção da planta. Ele adota uma abordagem holística para entregar uma planta protótipo totalmente operacional que também considera o descomissionamento como parte do projeto.
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Referências:
- Governo do Reino Unido. Comunicado de imprensa – Reino Unido lidera o mundo em design de usinas de energia de fusão. Publicado em 03 de setembro de 2024. Disponível em https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Entregando Energia de Fusão – O Tokamak Esférico para Produção de Energia (STEP). A edição temática da Royal Society de Philosophical Transactions A,. Todos os 15 artigos revisados por pares na edição temática publicada em 26 de agosto de 2024. Disponível em https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Pesquisadores do Reino Unido revelam vislumbre de projetos para nova usina de energia de fusão. Science. 4 de setembro de 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
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