O que são os "sóis em miniatura" que geram energia limpa e barata

A fusão nuclear está finalmente pronta para cumprir sua promessa de gerar energia abundante para todos?

Por Emma Woollacott - BBC News

Estamos a apenas cinco anos de aproveitar o poder quase ilimitado dos "sóis em miniatura" por meio de reatores de fusão nuclear que poderiam fornecer energia abundante, barata e limpa, dizem algumas empresas de tecnologia.

Em meio ao aquecimento global causado por nossa dependência de combustíveis fósseis, há uma necessidade urgente de encontrar fontes alternativas e sustentáveis ​​de energia.

Se não o fizermos, o futuro parece ser sombrio para milhões de pessoas, com a escassez de água e de alimentos levando à fome e à guerra.

A fusão nuclear tem sido anunciada como uma possível resposta para nossas preces. Mas sempre foi algo que seria viável "em 30 anos", segundo uma piada comum nesta indústria.

Agora, várias start-ups, como são chamadas empresas iniciantes do ramo tecnológico, estão dizendo que podem tornar a fusão nuclear uma realidade comercial muito antes disso.

O que é a fusão nuclear?

Este método envolve a fusão de núcleos atômicos para liberar grandes quantidades de energia, algo que tem o potencial de solucionar nossa crise. É a mesma fonte da energia do Sol, e é um processo limpo – ou seja, não emite poluentes – e relativamente seguro.

Mas forçar a fusão destes núcleos – deutério e trítio, dois isótopos de hidrogênio – sob imensa pressão exige quantidades enormes de energia, mais do que conseguimos gerar até agora.

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Alcançar o ponto de "ganho de energia", em que geramos mais energia do que gastamos neste processo, tem sido algo elusivo. Não mais, dizem as start-ups de fusão nuclear.

"Estamos no ponto de virada", diz Christofer Mowry, presidente da General Fusion, empresa canadense que pretende demonstrar que a fusão nuclear é viável em escala comercial nos próximos cinco anos.

"A maturação da ciência por trás dela, combinada com o surgimento de tecnologias do século 21, como a impressão 3D e os supercondutores de alta temperatura, fazem com que a fusão nuclear não esteja mais 'a 30 anos de distância'."

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A ciência envolvida foi comprovada, diz Wade Allison, professor de Física do Keble College, em Oxford, na Inglaterra. O desafio para tornar a ideia uma realidade é mais de ordem prática.

"Não podemos ter certeza do prazo para isso, mas a ciência básica está resolvida, e os problemas são técnicos, relacionados aos materiais", diz Allison.

Por que isso é tão difícil?

Um grande desafio é como construir uma estrutura forte o suficiente para conter o plasma – a sopa nuclear de altíssima temperatura na qual ocorrem as reações de fusão – sob as enormes pressões necessárias.

"Os sistemas de exaustão terão de suportar níveis de calor semelhantes aos experimentados por uma nave espacial reentrando na atmosfera", diz Ian Chapman, diretor-executivo da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido (UKAEA, na sigla em inglês).

Sistemas de manutenção robóticos também serão necessários, bem como de geração, recuperação e armazenamento de combustível.

"A UKAEA está investigando essas questões e construindo novas instalações de pesquisa no Centro de Ciência Culham, perto de Oxford, para trabalhar com a indústria no desenvolvimento de soluções", diz Chapman.

Então, o que mudou?

Algumas empresas privadas dizem que estão superando esses desafios práticos por meio do uso de novos materiais e tecnologias.

A Tokamak Energy, sediada na Inglaterra, está trabalhando em versões esféricas de reatores experimentais de fusão nuclear (conhecidos como tokamaks), que usam supercondutores de alta temperatura (HTS) para conter o plasma em um campo magnético muito forte.

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"Alta temperatura" no contexto deste ramo da física significa um frio muito intenso, de -70º C ou menos. "Eles foram os mais bem-sucedidos até hoje", diz Jonathan Carling, diretor-executivo da empresa.

"Um tokamak esférico tem um formato muito mais eficiente, e podemos melhorar drasticamente o quão compactos eles são e sua eficiência. E por ser menor, ele é mais flexível, e seu custo de construção também é menor", diz ele.

A empresa construiu três tokamaks até agora, com o terceiro, o ST40, feito em aço inoxidável de 30 mm e com ímãs HTS. Em junho, atingiu temperaturas de plasma de mais de 15 milhões de graus Celsius – mais quente do que o núcleo do Sol.

A empresa espera atingir 100 milhões de graus Celsius, uma façanha que cientistas chineses afirmam ter realizado neste mês.

"Esperamos chegar ao ponto de 'ganho de energia' até 2022 e passar a fornecer energia comercialmente até 2030", diz Carling.

Enquanto isso, nos Estados Unidos, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) está trabalhando com a empresa americana Commonwealth Fusion Systems (CFS) para desenvolver o Sparc, um tokamak em forma de anel dotado de campos magnéticos capazes de manter o plasma quente em seu lugar.

Financiada em parte pelo fundo de investimentos Breakthrough Energy Ventures, liderado por Bill Gates, Jeff Bezos, Michael Bloomberg e outros bilionários, a equipe espera desenvolver reatores de fusão nuclear pequenos o suficiente para serem construídos em fábricas e enviados para montagem no local em que será usado.

Projeto com 35 países

Esses empreendimentos privados estão concorrendo com o Reator Termonuclear Experimental Internacional (Iter, na sigla em inglês), o principal projeto global de fusão nuclear, que envolve 35 países.

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O Iter, que significa "o caminho" em latim, é a maior instalação de fusão nuclear experimental do mundo, mas não deve começar a operar até 2025, e qualquer aplicação comercial terá de percorrer um longo caminho depois disso.

"Diferentes membros do Iter têm diferentes níveis de urgência para usar a fusão como parte de um futuro de energia limpa", disse um porta-voz da iniciativa à BBC News.

"Alguns esperam ter um fornecimento de eletricidade gerada por fusão antes de 2050. Para outros, será algo apenas para a segunda metade deste século."

Os novatos deste mercado acreditam que podem fazer melhor. "Com a nova tecnologia de ímã HTS, um dispositivo de fusão com 'ganho de energia' pode ser muito, muito menor", diz Martin Greenwald, vice-diretor do centro de ciência e fusão de plasma do MIT.

Um tamanho menor significa custos mais baixos, abrindo o campo da fusão nuclear para "organizações menores e mais ágeis", diz Greenwald.

Mas todos os envolvidos parecem concordar que o trabalho do Iter, de Culham e do setor privado é complementar.

"No fim, todos nós compartilhamos o mesmo sonho de ter eletricidade gerada com fusão como parte essencial de um futuro de energia limpa", diz o porta-voz do Iter.

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