O MIT abriu caminho para energia de fusão barata com um avanço na produção de ímãs supercondutores.

Em uma série de seis artigos científicos publicados na edição de março do IEEE Xplore, os cientistas do MIT descreveram o desenvolvimento e os princípios operacionais de novos eletroímãs baseados em supercondutividade de alta temperatura. Este desenvolvimento é considerado o maior avanço no campo da criação de reatores de fusão comercialmente viáveis ​​nos últimos 30 anos.

Fonte da imagem: MIT

Os primeiros testes de um protótipo em grande escala de um eletroímã supercondutor de alta temperatura ocorreram em 5 de setembro de 2021 nos laboratórios do Centro de Ciência e Fusão de Plasma do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (PSFC). O produto pesando cerca de 9 toneladas criou um campo eletromagnético com força de 20 Tesla. O design do eletroímã foi criado do zero a partir de novos princípios e testes em larga escala confirmaram a correção dos cálculos, dos modelos e da própria ideia, que na época era extremamente inovadora.

Antes do advento deste desenvolvimento, as tecnologias e eletroímãs então existentes já podiam criar campos com a intensidade necessária para manter o plasma aquecido a 100 milhões de °C isolado das paredes da câmara de trabalho. Contudo, a eficiência de tais sistemas estava longe dos requisitos de rentabilidade. Cientistas do MIT e colegas da Commonwealth Fusion Systems conseguiram criar eletroímãs muito mais compactos e mais baratos de fabricar e manter, o que lhes permitiu reivindicar uma eficiência energética impressionante.

«Da noite para o dia, isso praticamente alterou o custo por watt de um reator de fusão em quase 40 vezes”, como afirmaram posteriormente os participantes do experimento. “Agora a fusão termonuclear tem uma chance”, dizem os cientistas. “O projeto mais amplamente utilizado para dispositivos experimentais de fusão tem a chance de se tornar econômico porque há avanços e avanços nesta área.” É a capacidade de reduzir significativamente o tamanho e o custo dos objetos que tornaria possível a fusão nuclear.

Um dos segredos do sucesso do novo design de eletroímãs foi a recusa em isolar os fios dos enrolamentos da bobina. É difícil de acreditar, mas os cientistas usaram fios desencapados no enrolamento sem medo de quebras ou curtos-circuitos. O efeito da supercondutividade criou tais condições nos enrolamentos que o curto-circuito entre as espiras poderia ser desprezado. O experimento confirmou o acerto da escolha. A bobina eletroímã permaneceu confiável e tornou-se muito menor em tamanho, bem como em custo e em termos do tamanho geral do reator.

O supercondutor de alta temperatura REBCO foi escolhido como enrolamento – é um óxido de bário-cobre de terras raras, que permite obter um efeito supercondutor a uma temperatura de 20 K – isto é 16 K acima da supercondutividade normal, o que muda as regras de o jogo apesar da diferença aparentemente pequena na profundidade de resfriamento. Um eletroímã exigiu 300 km de tira REBCO. Imagine quanta economia de espaço na bobina é possível eliminando o isolamento desse fio. Aliás, o MIT não informou o fornecedor desse fio, então pode muito bem ser o fabricante chinês Shanghai Superconductor, por exemplo.

Posteriormente, durante testes do ímã em condições críticas, foram testados modelos teóricos de seu comportamento até a destruição parcial (derretimento do enrolamento). Isto foi importante para melhorar o projeto e testar as características de desempenho dos eletroímãs para uso em futuros reatores de fusão. A publicação de artigos de desenvolvimento hoje tornou-se possível após o recebimento de patentes sobre o projeto de eletroímãs e os princípios de seu funcionamento. A investigação aproxima-nos do momento em que um Sol artificial poderá iluminar-se na Terra e a energia nas redes eléctricas tornar-se-á infinita e praticamente limpa.