De acordo com pt.wedoany.com-A empresa chinesa de energia de fusão de Xangai, Energy Singularity, desenvolveu de forma independente o primeiro dispositivo Tokamak totalmente de supercondutor de alta temperatura do mundo, o "Honghuang 70", que alcançou com sucesso uma operação de plasma em pulso longo e estável de 1337 segundos, tornando-se a única empresa comercial de fusão nuclear do mundo a alcançar operação de pulso longo em escala de mil segundos, superando em muito o limite anterior de operação em escala de centenas de segundos das empresas comerciais. Este avanço não apenas valida a viabilidade e estabilidade da rota tecnológica de supercondutores de alta temperatura em dispositivos de fusão, pressionando o "acelerador" para a comercialização da fusão nuclear, mas também significa que a indústria de energia futura que Xangai antecipadamente planejou está um passo mais perto de se tornar uma realidade.
Validando a viabilidade da rota de supercondutor de alta temperatura
A fusão nuclear é um método de energia que imita o princípio de brilho e calor do sol, fazendo com que isótopos de hidrogênio se fundam a temperaturas extremamente altas, liberando uma enorme quantidade de energia. Como seu combustível, deutério e trítio, pode ser extraído infinitamente da água do mar, e os produtos da fusão não são radioativos, é visto como a esperança para "levar a humanidade à liberdade energética".
Ao entrar na fábrica da Energy Singularity, funcionários estão ajustando e atualizando o dispositivo Tokamak. Dentro deste dispositivo, o combustível será aquecido até se tornar um plasma de alta temperatura carregado, onde ocorrerá fusão nuclear sob alta temperatura e confinamento magnético, liberando uma enorme quantidade de energia.
Suportar condições operacionais tão adversas significa requisitos extremamente altos para os materiais do dispositivo. Materiais supercondutores são aqueles que, a temperaturas extremamente baixas, apresentam resistência zero e possuem diamagnetismo perfeito. O repórter soube que existem mais de cem dispositivos Tokamak construídos globalmente, mas atualmente apenas quatro estão em operação com supercondutores completos, sendo que três deles usam materiais supercondutores de baixa temperatura da geração anterior. O "Honghuang 70", desenvolvido de forma independente pela Energy Singularity, é o único Tokamak construído inteiramente com materiais supercondutores de alta temperatura.
Para os Tokamaks de supercondutor de baixa temperatura, há 20 anos de experiência de pesquisa e desenvolvimento global, com processos relativamente maduros, mas os dispositivos são enormes. Em comparação, os materiais supercondutores de alta temperatura têm vantagens como alta temperatura crítica, alto campo magnético crítico e alta capacidade de transporte de corrente, podendo reduzir o volume do reator de fusão para uma fração de dezenas do reator de fusão tradicional, acelerando significativamente o processo de comercialização da energia de fusão.
O interior do "Honghuang 70" está repleto de bobinas feitas de materiais supercondutores de alta temperatura, que, ao serem energizadas, formam um campo magnético forte e estável, como uma "gaiola magnética" invisível, confinando firmemente o combustível de fusão no centro da câmara de vácuo, evitando que a matéria de temperatura extremamente alta entre em contato com as paredes internas do dispositivo.
Antes disso, dúvidas sobre os materiais supercondutores de alta temperatura sempre existiram na indústria. A operação de pulso longo em escala de mil segundos do "Honghuang 70" não apenas prova que os materiais supercondutores de alta temperatura podem ser aplicados com sucesso na construção de dispositivos de fusão, mas também valida a estabilidade e confiabilidade desses materiais em ambientes extremos. Na verdade, mesmo considerando as empresas comerciais no campo da fusão nuclear globalmente, aquelas que alcançaram operação de pulso longo acima de 100 segundos são extremamente raras.
Fortalecendo a base de inovação independente
Na visão do fundador e CEO da Energy Singularity, Yang Zhao, este avanço não é apenas um teste abrangente da capacidade de todo o sistema da empresa, mas também significa que a equipe passou por rigorosos testes em escala de mil segundos em operação experimental de física de plasma, confiabilidade dos algoritmos de controle e estabilidade de engenharia do dispositivo como um todo e de todos os seus subsistemas.
Por trás disso estão os resultados de mais de dois anos de trabalho árduo em todo o processo e atualizações específicas do sistema pela equipe. Segundo Yang Zhao, o projeto "Honghuang 70" foi oficialmente iniciado em março de 2022; em março de 2024, a construção do dispositivo Tokamak foi concluída na Nova Área de Lingang; em junho do mesmo ano, o "Honghuang 70" realizou sua primeira descarga de plasma, embora tenha operado por menos de 1 segundo, validou a viabilidade básica de todos os subsistemas do dispositivo.
Para alcançar a operação de pulso longo, a equipe iniciou imediatamente uma segunda fase de atualização e reforma, completando a otimização e atualização de três sistemas-chave: primeiro, a melhoria dos componentes da primeira parede resistentes à radiação térmica, resolvendo o problema de suporte à carga térmica em ambiente de vácuo, fortalecendo a base de hardware para operação de longa duração; segundo, a adição de um sistema de acionamento de corrente e um sistema de aquecimento, mantendo a corrente de plasma através da injeção de potência, fornecendo energia contínua para a operação de pulso longo; terceiro, a melhoria do sistema de diagnóstico e a atualização dos algoritmos de controle, permitindo que o dispositivo "sinta" com mais precisão o estado do plasma, garantindo a estabilidade operacional tanto quanto possível.
Com base nisso, em março do ano passado, a equipe também desenvolveu com sucesso o ímã D supercondutor de alta temperatura de grande dimensão e campo mais alto do mundo, o "Jingtian Magnet". Durante o processo contínuo de atualização e aperfeiçoamento, a duração do pulso do "Honghuang 70" aumentou gradualmente de 1 segundo para 100 segundos, 300 segundos. Até fevereiro deste ano, alcançou a operação de plasma em pulso longo e estável de 1337 segundos.
Vale destacar que a taxa de localização do "Honghuang 70" é próxima de 96%, com propriedade intelectual totalmente independente, desde o projeto geral do dispositivo até os elos centrais como ímãs e algoritmos de controle, tudo realizado de forma independente pela equipe da Energy Singularity. Quanto aos materiais-chave, as vantagens de Xangai e especialmente de Lingang no campo da energia nuclear também fornecem suporte para o caminho de "autonomia" da Energy Singularity.
Segundo informações, equipamentos-chave do sistema principal do "Honghuang 70", como a câmara de vácuo e a tela fria, são fornecidos pelo Grupo Nuclear de Xangai da Shanghai Electric, também localizado na Nova Área de Lingang; os materiais de ímãs supercondutores de alto desempenho para o sistema central de ímãs vêm da Shanghai Superconductor Technology Co., Ltd. Essa alta taxa de auto-desenvolvimento não apenas supera o risco de estrangulamento tecnológico estrangeiro, mas também estabelece uma base para a redução de custos de comercialização no futuro.
Hang Yong, funcionário do Departamento de Alta Tecnologia do Comitê Administrativo da Nova Área de Lingang, disse ao repórter que a fusão nuclear é uma das direções de indústria futura que Lingang está focando em desenvolver. Além da Energy Singularity, no ano passado Lingang também recebeu a Nova Fusion, que utiliza tecnologia de compressão magnética de configuração de campo reverso (FRC). Atualmente, Lingang está em contato com várias empresas internacionais de fusão nuclear, planejando introduzir mais rotas tecnológicas diferenciadas, formando um ecossistema industrial de desenvolvimento paralelo multirrota e competição saudável. Atualmente, Lingang está focando em atrair empresas da cadeia de suprimentos de elos centrais da fusão nuclear, como materiais supercondutores de alta temperatura, materiais da primeira parede e sistemas de energia, aperfeiçoando o layout da cadeia industrial completa, desde materiais centrais e componentes-chave até a integração de dispositivos. "Para Lingang, os avanços tecnológicos e a implementação industrial da fusão nuclear comercial não são apenas um núcleo para ocupar a posição dominante na futura corrida energética, mas também um núcleo para impulsionar a atualização de cadeias industriais de alta tecnologia, como supercondutores de alta temperatura, manufatura de precisão, controle de IA e materiais para ambientes extremos."
Corrida para o "ganho líquido de energia"
O avanço em escala de mil segundos do "Honghuang 70" não resolveu todas as dificuldades da fusão nuclear comercial. Segundo Yang Zhao, além do controle de materiais, problemas como o controle preciso do plasma, a operação estável de longo prazo de todo o sistema de engenharia, o gerenciamento térmico, o ganho líquido de energia e os materiais resistentes à radiação ainda são obstáculos importantes no caminho para a comercialização da fusão nuclear.
Yang Zhao afirmou que a Energy Singularity está atualmente atualizando algoritmos, aprimorando equipamentos de diagnóstico e otimizando componentes internos para o "Honghuang 70", visando alcançar resultados melhores do que 1337 segundos no segundo semestre deste ano. Além disso, a equipe iniciará o trabalho de projeto do próximo dispositivo, o "Honghuang 170", planejado para ser concluído em 2028. O raio do plasma deste dispositivo atingirá 170 centímetros, seu volume será mais que o dobro do "Honghuang 70", e seu objetivo central é alcançar um alto ganho de energia com um valor Q maior que 2, tornando-se o primeiro dispositivo na China a atingir este marco crucial para a comercialização.
O valor Q é o principal indicador para medir o ganho de energia de um dispositivo de fusão nuclear, ou seja, a razão entre a energia de saída e a energia de entrada do dispositivo. Um valor Q igual a 1 significa que a saída de energia é igual à entrada, mas um valor Q maior que 10 é necessário para ter valor comercial.
"Do ponto de vista geral da indústria, a comercialização da fusão nuclear ainda precisa passar por três rodadas de validação: viabilidade científica, viabilidade de engenharia e viabilidade comercial. Atualmente, a rota Tokamak já completou a validação de viabilidade científica. A próxima tarefa central é alcançar o ganho líquido de energia de engenharia e, em seguida, avançar para a viabilidade comercial", disse Yang Zhao.
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