As necessidades de energia de fusão continuaram a liderança dos EUA para garantir nosso futuro de energia
Os EUA lideram o mundo em Fusion Energy Research. Não pode desperdiçar esse chumbo como fez com microchips
Um técnico que liga os pacotes mecânicos térmicos (TMP), as linhas de preenchimento e as janelas da banda de diagnóstico usando o adesivo colocado em um cabelo humano na instalação nacional de ignição em 2010.
A Fusion Energy permanece como um farol de esperança em um mundo cercado pela crescente demanda de energia, desafios extremos de segurança e segurança energética. O mesmo processo que alimenta o sol, a fusão forneceria energia abundante, segura, limpa e confiável. O vencedor da corrida de fusão ganhará um futuro seguro para a humanidade.
Na fusão, dois núcleos leves combinam -se para formar um único maior, enquanto conversam em excesso de massa em uma enorme quantidade de energia. Os EUA lideram o caminho em pesquisa e desenvolvimento de fusão desde a Segunda Guerra Mundial, quando em meio a uma raça de armas de guerra fria, os cientistas perseguiram primeiro a energia com segurança. Em 2022, os cientistas da Facilidade Nacional de Ignição (NIF) do Laboratório Nacional de Lawrence Livermore (LLNL) se tornaram o primeiro a demonstrar a “ignição” da fusão em um laboratório – gerando mais energia de uma reação de fusão do que a energia do laser que disparou sobre o experimento.
Esse resultado monumental estabeleceu a viabilidade científica fundamental da fusão como fonte de energia. Como o único país do “clube de ignição”, os EUA devem se basear nesse sucesso para garantir sua liderança em fusão para liderar a economia energética do mundo no século 22.
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Por que? Porque os avanços nos aproximam do poder de fusão agora estão chegando, recompensando -nos por nosso longo investimento. O avanço da ignição de fusão baseou -se na abordagem de confinamento inercial da fusão, na qual lasers poderosos aquecem e comprimem pequenos pellets de combustível de fusão a temperaturas e densidades extremas que excedem o centro do sol. A ignição já foi repetida várias vezes desde o NIF, com resultados recentes produzindo cerca de quatro vezes mais energia do que a energia.
Outra abordagem da fusão, chamada confinamento magnético, usa campos magnéticos para limitar os plasmas de fusão. Esses ímãs passaram recentemente um salto quântico. Em 2021, os sistemas de fusão da Commonwealth construíram um eletromagnet grande e de alta temperatura que poderia ser submetido a uma força de campo de 20 tesla. Isso é mais de 400.000 vezes mais forte que o campo magnético da Terra, o mais poderoso já criado para esse tipo de ímã.
Esses avanços levaram a juros de capital de risco significativos, levando a uma vibrante cultura de start-up de fusão. Com mais de US $ 7 bilhões em investimento privado global chegando nos últimos 30 anos a 45 empresas de fusão, quase US $ 1 bilhão ocorreu no ano passado. Eles estão buscando diversas abordagens de fusão em estágio inicial, incluindo ímãs, lasers e uma variedade de combinações no meio. Fiel à disposição empreendedora do país, a maioria dessas empresas e investimentos é baseada nos EUA.
Para toda a emoção, o trabalho considerável permanece antes que a energia da fusão possa se conectar à grade. Isso inclui paredes de construção de uma usina que pode suportar dezenas de milhões de graus Celsius; entender como extrair e reciclar o trítio para um “circuito fechado” de combustível de fusão; e projetar usinas de energia que são econômicas em escala. Em um nível fundamental, para ter sucesso economicamente, qualquer usina de energia de fusão provar que deve produzir muito mais energia do que a necessidade de correr.
Esses desafios podem parecer assustadores, mas soluções inovadoras estão sendo perseguidas em todo o espectro para o limite absoluto que o financiamento atual permite. O pagamento – completo e permanente independência energética – é grande demais para ignorar. O financiamento para a fusão nos níveis de hoje – aproximadamente US $ 800 milhões por ano de financiamento federal – simplesmente não está à altura da tarefa. Um novo relatório do projeto especial de estudos competitivos está agora pedindo US $ 10 bilhões até 2030 em financiamento federal para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento da fusão. Isso representaria um investimento sério e poderia nos aproximar significativamente de um futuro da Fusion Energy.
Não se engane, esta é uma raça: os Estados Membros da China, Japão, Reino Unido e da União Europeia, incluindo a Alemanha, estão aumentando agressivamente os investimentos. O crescente impacto econômico do setor de fusão será significativo, com o mercado global de energia de fusão potencialmente avaliado em US $ 1 trilhão até 2050. É um imperativo econômico para os EUA não apenas manter o ritmo, mas também liderar o mundo no desenvolvimento dessa fonte de energia transformadora.
Ao revisar a história recente da tecnologia, o desenvolvimento da litografia extrema ultravioleta (EUV) serve como uma analogia atraente – e, de certa forma, um conto de advertência – para onde a fusão pode estar indo.
A litografia EUV grava padrões nanoscópicos complexos nas bolachas de silício com comprimentos de onda extremamente curtos de luz. Foi fundamental estender a lei de Moore, permitindo a duplicação de transistores em microchips em um ritmo de cerca de dois anos. Isso permitiu a produção de chips menores, mais poderosos e mais eficientes em termos de energia, que afetam tudo, desde smartphones a supercomputadores e a revolução da IA em andamento.
A litografia EUV cresceu em experimentos a laser-plasma no programa de fusão inercial da LLNL no final dos anos 80. Seu desenvolvimento continua sendo uma prova dos esforços colaborativos de cientistas, engenheiros e líderes da indústria americanos. Também destaca o papel essencial dos investimentos públicos sustentados em P&D e a ambiciosa ciência multidisciplinar de equipes perseguidas nos laboratórios nacionais ao apresentar mudanças tecnológicas verdadeiramente revolucionárias. Então, ao lado de laboratórios nacionais e agências governamentais, grandes empresas americanas como Intel, Texas Instruments, IBM e AMD também fizeram investimentos críticos de desenvolvimento de tecnologia precoce e até levantaram um consórcio para reunir recursos.
Apesar de estabelecer o campo e a maioria das tecnologias que permitem microchips, os EUA desperdiçaram sua liderança conquistada por não promover o ecossistema geral e investir na capacidade de produção doméstica. A liderança foi cedida a outras nações. Uma empresa holandesa acabou com o monopólio do processo, e os fabricantes na Ásia agora dominam a produção global.
Os EUA agora estão lidando com as ramificações de segurança nacional e econômica desse fracasso em agir em um momento crítico. Estamos tentando correção de correção com a legislação para reformular a fabricação doméstica de semicondutores e reconstruir a experiência da força de trabalho-mas pode ser tarde demais.
Com a fusão, precisamos acertar a primeira vez.
A fabricação e miniaturização dos semicondutores foi chamada de “o maior desafio de engenharia do nosso tempo”. Da mesma forma, a Fusion Energy, a última fonte de energia conhecida ainda a ser aproveitada, é um grande desafio científico e de engenharia.
Tanto o EUV quanto a Fusion se beneficiaram de décadas de previsão de nós para amadurecer a ciência e a tecnologia, e ambas são tecnologias estratégicas com implicações revolucionárias para a sociedade e a maneira como vivemos. Como agora enfrentamos a oportunidade de tornar a energia da fusão uma realidade, os EUA têm a chance de aplicar as lições da litografia EUV e afirmar o formidável – embora tentativo – lidera que se estabeleceu em fusão. Levar essa lição para o coração significa sustentar a dedicação dos EUA e o financiamento do setor público para desenvolver tecnologias fundamentais; colaboração estimulante entre governo, academia e indústria; e coordenar pesquisas para promover a inovação energética americana e reduzir os custos.
Ao garantir uma posição de liderança duradoura na tecnologia de fusão e explorar essa fonte de energia revolucionária ao máximo, os EUA podem controlar seu futuro energético enquanto criam empregos bem remunerados, estimulando o crescimento econômico e alcançando uma vantagem geopolítica singular. O financiamento da Fusion Research afirmará e se baseará na posição dos EUA como líder global em tecnologia de energia. Ele manteve e depois perdeu esse papel na indústria de semicondutores; Não podemos dar ao luxo de cometer o mesmo erro duas vezes.
Esta é um artigo de opinião e análise, e as opiniões expressas pelo autor ou autores não são necessariamente as de Scientific American.