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Cientistas do National Ignition Facility do Lawrence Livermore National Laboratory fizeram história ao produzir com sucesso uma reação de fusão nuclear resultando em um ganho líquido de energia, um avanço saudado por autoridades dos EUA como uma “conquista histórica” e um “marco para o futuro da energia limpa”.
Aqui está o que você precisa saber sobre esta nova forma de energia nuclear que pode eventualmente acender suas luzes e ajudar a acabar com a dependência de combustíveis fósseis.
A fusão nuclear é um processo feito pelo homem que replica a mesma energia que alimenta o sol. A fusão nuclear acontece quando dois ou mais átomos são fundidos em um maior, um processo que gera uma enorme quantidade de energia na forma de calor.
Cientistas de todo o mundo estudam a fusão nuclear há décadas, na esperança de recriá-lo com uma nova fonte que forneça energia ilimitada e livre de carbono – sem o lixo nuclear criado pelos reatores nucleares atuais. Os projetos de fusão usam principalmente os elementos deutério e trítio – ambos isótopos de hidrogênio.
O deutério de um copo de água, com um pouco de trítio adicionado, poderia abastecer uma casa por um ano. O trítio é mais raro e mais difícil de obter, embora possa ser produzido sinteticamente.
“Ao contrário do carvão, você só precisa de uma pequena quantidade de hidrogênio, e é a coisa mais abundante encontrada no universo”, disse Julio Friedmann, cientista-chefe da Carbon Direct e ex-chefe de tecnologia de energia da Lawrence Livermore, à CNN. “O hidrogênio é encontrado na água, então o material que gera essa energia é ilimitado e limpo.”
Quando as pessoas pensam em energia nuclear, torres de resfriamento e nuvens em forma de cogumelo podem vir à mente. Mas a fusão é totalmente diferente.
Enquanto a fusão funde dois ou mais átomos, a fissão é o oposto; é o processo de dividir um átomo maior em dois ou mais átomos menores. A fissão nuclear é o tipo de energia que alimenta os reatores nucleares em todo o mundo hoje. Como a fusão, o calor criado pela divisão dos átomos também é usado para gerar energia.
A energia nuclear é uma fonte de energia de emissão zero, de acordo com o Departamento de Energia. Mas produz resíduos radioativos voláteis que devem ser armazenados com segurança e apresentam riscos de segurança. Colapsos nucleares, embora raros, ocorreram ao longo da história com resultados abrangentes e mortais, como nos reatores de Fukushima e Chernobyl.
A fusão nuclear não apresenta os mesmos riscos de segurança, e os materiais usados para alimentá-la têm uma meia-vida muito mais curta do que a fissão.
Existem duas maneiras principais de gerar fusão nuclear, mas ambas têm o mesmo resultado. A fusão de dois átomos cria uma quantidade enorme de calor, que é a chave para a produção de energia. Esse calor pode ser usado para aquecer água, criar vapor e girar turbinas para gerar energia – da mesma forma que a fissão nuclear gera energia.
O grande desafio de aproveitar a energia de fusão é sustentá-la por tempo suficiente para que ela possa alimentar redes elétricas e sistemas de aquecimento em todo o mundo. A descoberta bem-sucedida dos EUA é um grande negócio, mas ainda está em uma escala muito menor do que a necessária para gerar energia suficiente para operar uma usina de energia, quanto mais dezenas de milhares de usinas de energia.
“É mais ou menos o necessário para ferver 10 chaleiras de água”, disse Jeremy Chittenden, co-diretor do Centro de Estudos de Fusão Inercial do Imperial College de Londres. “Para transformar isso em uma usina elétrica, precisamos obter um ganho maior de energia – precisamos que seja substancialmente maior.”
Esta é a primeira vez que os cientistas produziram com sucesso uma reação de fusão nuclear, resultando em um ganho líquido de energia, em vez de empatar como experimentos anteriores.
Embora haja muito mais etapas até que isso possa ser comercialmente viável, é essencial que os cientistas mostrem que podem criar mais energia do que começaram. Caso contrário, não faz muito sentido que seja desenvolvido.
“Isso é muito importante porque, do ponto de vista energético, não pode ser uma fonte de energia se você não estiver extraindo mais energia do que está colocando”, disse Friedmann à CNN. “Descobertas anteriores foram importantes, mas não é a mesma coisa que gerar energia que um dia poderia ser usada em maior escala.”
Vários projetos de fusão estão nos EUA, Reino Unido e Europa. A França abriga o Reator Experimental Termonuclear Internacional, no qual trinta e cinco países estão colaborando – incluindo os principais membros China, Estados Unidos, União Europeia, Rússia, Índia, Japão e Coreia do Sul.
Nos Estados Unidos, grande parte do trabalho está acontecendo no National Ignition Facility, no Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, em um prédio que ocupa o tamanho de três campos de futebol.
O projeto National Ignition Facility cria energia a partir da fusão nuclear pelo que é conhecido como “fusão inercial termonuclear”. Na prática, os cientistas americanos disparam projéteis que contêm combustível de hidrogênio em um conjunto de quase 200 lasers, criando essencialmente uma série de explosões repetidas extremamente rápidas a uma taxa de 50 vezes por segundo. A energia coletada dos nêutrons e partículas alfa é extraída como calor.
No Reino Unido e no projeto ITER na França, os cientistas estão trabalhando com enormes máquinas em forma de rosquinha equipadas com ímãs gigantes chamados tokamak para tentar gerar o mesmo resultado. Depois que o combustível é colocado no tokamak, seus ímãs são ligados e as temperaturas internas aumentam exponencialmente para criar plasma.
O plasma precisa atingir pelo menos 150 milhões de graus Celsius, 10 vezes mais quente que o núcleo do sol. Os nêutrons então escapam do plasma, atingindo um “cobertor” que reveste as paredes do tokamak e transferindo sua energia cinética na forma de calor.
Cientistas e especialistas agora precisam descobrir como produzir muito mais energia a partir da fusão nuclear em uma escala muito maior.
Ao mesmo tempo, eles precisam descobrir como eventualmente reduzir o custo da fusão nuclear para que ela possa ser usada comercialmente.
“No momento, estamos gastando muito tempo e dinheiro em cada experimento que fazemos”, disse Chittenden. “Precisamos reduzir o custo por um fator enorme.”
Os cientistas também precisarão colher a energia produzida pela fusão e transferi-la para a rede elétrica como eletricidade. Levará anos – e possivelmente décadas – até que a fusão seja capaz de produzir quantidades ilimitadas de energia limpa, e os cientistas estão em uma corrida contra o relógio para combater as mudanças climáticas.
“Isso não contribuirá significativamente para a redução do clima nos próximos 20 a 30 anos”, disse Friedmann. “Essa é a diferença entre acender um fósforo e construir uma turbina a gás.”
