A frase "energia nuclear" evoca imagens de grandes torres fumegantes ou do reator arc de Tony Stark dos icônicos filmes "Homem de Ferro". Mas duas startups sediadas em Seattle estão projetando tecnologias nucleares pequenas o suficiente para pegar e transportar isso, graças em parte à adesão do Departamento de Defesa, que esperam alimentar uma nova geração de naves espaciais.
A Avalanche Energy de Seattle e a Ultra Safe Nuclear Corporation receberam quantias não reveladas de financiamento da Unidade de Inovação em Defesa do Pentágono em maio para desenvolver ainda mais duas abordagens diferentes para a energia nuclear de pequena escala.

Avalanche está empurrando os limites da fusão nuclear, enquanto o Ultra Safe visa revolucionar as baterias de radioisótopos nucleares, como aquelas que alimentam os rovers de Marte. Espera-se que ambas as empresas entreguem protótipos funcionais de naves espaciais ao Pentágono até 2027.

"A área nuclear é uma área interessante porque tradicionalmente tem sido principalmente no domínio do governo", disse o major da Força Aérea dos EUA Ryan Weed, gerente do programa de propulsão nuclear e energia da Unidade de Inovação de Defesa. A unidade – o posto avançado do Pentágono no Vale do Silício – trabalha exclusivamente com empresas do setor privado para adaptar tecnologias emergentes para uso militar.

Após seis décadas de pesquisa em ciência dos materiais, os combustíveis nucleares são relativamente seguros e estão sendo adotados pelo setor privado. A crise climática também mudou a opinião pública para aceitar a energia nuclear como um substituto viável para os combustíveis fósseis. Avanços maciços na modelagem computacional tornaram o desenvolvimento comercial da energia nuclear mais viável, disse Chris Hansen, pesquisador de fusão que lidera um laboratório da Universidade de Washington.

O estado de Washington tem uma relação com a pesquisa nuclear que remonta ao local de Hanford na época da Segunda Guerra Mundial, que produziu a maior parte do plutônio para os EUA. disse Scott Montgomery, professor da Escola Jackson de Estudos Internacionais da Universidade de Washington.

Hoje, o estado é um centro para startups nucleares comerciais, particularmente empresas que tentam quebrar a fusão nuclear em pequena escala. Ao contrário da fissão, que gera energia quebrando metais radioativos pesados ​​como o urânio, a fusão ocorre quando dois núcleos atômicos menores colidem para formar o núcleo maior de um elemento diferente, liberando energia no processo.

O cofundador da Avalanche, Brian Riordan, gosta de visualizar a fusão como uma tentativa de unir duas bolas magnéticas cobertas de velcro.

"O velcro atua a uma distância muito curta, mas se você conseguisse aproximá-los o suficiente, e o velcro fosse forte, eles grudariam", disse Riordan.

É difícil conseguir a fusão porque, como os ímãs cobertos de velcro, os íons carregados positivamente se repelem naturalmente. É ainda mais difícil embalá-lo em um recipiente pequeno. Caso em questão - mais de 35 países gastaram anos e bilhões de dólares construindo o reator Iter Tokamak no sul da França. A máquina não ligará até 2025 e não será comercialmente viável até pelo menos 2035.

Enquanto isso, as startups de Seattle estão fazendo manchetes.

O maior obstáculo de engenharia para a fusão é fazer com que a máquina produza mais energia do que consome, mas a Zap Energy, com sede em Seattle, proclamou na semana passada que espera ter um protótipo funcional dentro do ano. Em 2021, a Helion Energy, com sede em Everett, anunciou que começaria a construir o primeiro reator de fusão nuclear comercial em Everett com uma data de conclusão prevista para 2028.

A Avalanche, cofundada pelos ex-engenheiros da Blue Origin Riordan e Robin Langtry, entrou na corrida para a fusão em 2018 e patenteou um novo reator de fusão do tamanho de uma lancheira apelidado de “Orbitron”.

O dispositivo combina dois instrumentos existentes em uma câmara de vácuo - uma "arbitragem", que aproveita íons carregados positivamente em uma pequena órbita em torno de um cátodo carregado negativamente, e um "magnetron", que gera um fluxo de elétrons. A introdução de elétrons no reator neutraliza a carga positiva e permite que um número maior de íons entre no espaço, e empacotar mais íons nesse pequeno espaço aumenta exponencialmente as chances de fusão.

A equipe está refinando o primeiro protótipo e planeja escalar para um dispositivo maior em agosto. O principal desafio de engenharia será miniaturizar o condutor de alta tensão para que ele se encaixe no pacote desejado, mas ainda forneça energia suficiente ao cátodo para que os íons orbitem rápido o suficiente para se fundirem.

Eventualmente, o produto final deve produzir entre 5 e 15 quilowatts, embora os usuários possam agrupar muitas unidades para produzir quantidades muito maiores de energia. O tamanho torna o Orbitron propício para viagens espaciais, o que diferencia a Avalanche durante o processo de seleção de contratos do Pentágono, disse Weed, gerente de projeto da Unidade de Inovação em Defesa.

Enquanto a Avalanche tenta desbloquear a fusão em pequena escala, a Ultra Safe está desenvolvendo uma nova e melhorada "bateria nuclear" chamada EmberCore. Esses dispositivos são essencialmente rochas quentes e radioativas que liberam energia constantemente à medida que se decompõem.

"Você pode usar a rocha quente como uma rocha quente, ou pode envolver a tecnologia de conversão de energia em torno dela para transformar esse calor em eletricidade", disse Adam Schilffarth, diretor de estratégia da divisão de tecnologias avançadas da Ultra Safe.

A NASA historicamente usou plutônio para baterias de radioisótopos, como as que alimentam o rover Curiosity em Marte e as sondas espaciais profundas Voyager 1 e 2. No entanto, o plutônio é uma substância cara, rara e perigosa. A Ultra Safe explorou diferentes isótopos, como cobalto-60 e túlio, que podem ser dimensionados para produzir 10 vezes a energia dos sistemas tradicionais de plutônio, sendo mais seguros e econômicos.

O primeiro produto Ultra Safe da EmberCore lançado no mercado é do tamanho de uma maçã. Ele funciona como um "aquecedor de mãos" para os aterrissadores lunares, para que possam sobreviver a uma noite lunar de 14 dias, disse Chris Morrison, engenheiro-chefe do projeto EmberCore. O protótipo final do Pentágono será do tamanho de um pequeno arquivo.

Weed said EmberCore and Orbitron may allow spacecraft to travel farther and eliminate reliance on solar panels. With such large power capacities, these technologies could also spawn a new generation of spacecraft that can easily jump between Earth's orbit levels. That could open the door to all kinds of commercial space travel, tourism and trade.

"These new propulsion systems will enable us to have known new missions, and so it'll affect how we employ space power," Weed said. "It'll definitely be a game changer." + Explorar mais

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