Cientistas do Departamento de Energia dos EUA alcançaram um avanço na fusão nuclear.
Pela primeira vez em um laboratório, os pesquisadores conseguiram gerar mais energia a partir de reações de fusão do que costumavam iniciar o processo. A potência total foi de cerca de 150% da potência que foi colocada por 192 feixes de laser.
“A América alcançou um tremendo avanço científico”, disse a secretária de Energia, Jennifer Granholm, em entrevista coletiva.
A conquista ocorreu no National Ignition Facility (NIF), um complexo de laser de US$ 3,5 bilhões no Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia. Por mais de uma década, o NIF lutou para atingir seu objetivo declarado de produzir uma reação de fusão que gerasse mais energia do que consumisse.
Mas isso mudou na calada da noite de 5 de dezembro. À 1h, horário local, os pesquisadores usaram os lasers para disparar uma pequena pastilha de combustível de hidrogênio. Os lasers liberaram 2,05 megajoules de energia e o pellet liberou cerca de 3,15 megajoules.
É um marco importante, que o campo da ciência da fusão tem lutado para alcançar por mais de meio século.
“Em nosso laboratório, trabalhamos nisso há quase 60 anos”, diz Mark Herrmann, que supervisiona o programa NIF em Livermore. “Esta é uma conquista incrível da equipe.”
Os pesquisadores dizem que a energia de fusão poderia um dia fornecer eletricidade limpa e segura sem emissões de gases de efeito estufa. Mas mesmo com este anúncio, cientistas independentes acreditam que esse sonho ainda está a muitas décadas de distância.
A menos que haja um avanço ainda maior, é improvável que a fusão desempenhe um papel importante na produção de energia antes dos anos 2060 ou 2070, diz Tony Roulstone, engenheiro nuclear da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, que fez uma análise econômica da energia de fusão.
Nesse ritmo, a energia de fusão não chegará em breve para o governo Biden, que busca zerar as emissões líquidas de gases de efeito estufa dos Estados Unidos até 2050 – uma meta que os especialistas dizem que deve ser alcançada para evitar os piores efeitos da mudança climática.
potência do laser
O poder da fusão há muito incendeia a imaginação de cientistas e engenheiros nucleares. A tecnologia funcionaria “fundindo” elementos leves de hidrogênio em hélio, gerando uma enorme quantidade de energia. É o mesmo processo que alimenta o sol e é muito mais eficiente do que a atual tecnologia de “fissão” nuclear. Além do mais, as usinas de energia de fusão gerariam relativamente pouco lixo nuclear e poderiam escoar o hidrogênio facilmente encontrado na água do mar.
Quando os lasers são disparados contra o alvo, eles geram raios-x que vaporizam o diamante em uma pequena fração de segundo. A onda de choque da destruição do diamante esmaga os átomos de hidrogênio, fazendo com que eles se fundam e liberem energia. O NIF foi inaugurado em 2009, mas seus disparos iniciais de laser ficaram muito aquém das expectativas. O hidrogênio no alvo estava falhando em “incendiar”, e o Departamento de Energia tinha pouco a mostrar pelos bilhões que havia investido.
estrondo em uma caixa
Essa ignição de autocombustão realmente se assemelha a um processo semelhante ao de uma ogiva termonuclear moderna, embora em uma escala muito menor.
Os Estados Unidos não testam uma arma nuclear desde 1992, e o objetivo principal da instalação do NIF é realizar estrondos de pequena escala que imitam de perto as armas nucleares. Os dados dessas pequenas explosões são inseridos em simulações de computador complexas que ajudam os físicos a entender se as armas nucleares do país permanecem confiáveis, apesar de décadas na prateleira.
“Usamos esses experimentos para obter dados experimentais para comparar com nossas simulações”, diz Herrmann, que também supervisiona a pesquisa de armas nucleares no laboratório. Além disso, ele diz que a radiação das explosões pode ser usada para testar componentes. Esses testes garantirão que peças novas e recondicionadas de armas nucleares se comportem conforme o esperado.
Mais fora do que dentro
Mesmo após a conquista do ano passado, ainda havia mais um objetivo a ser alcançado – produzir mais energia da minúscula cápsula do que os lasers colocaram.
Herrmann diz que a tacada de agosto de 2021 deu à equipe um ponto de partida. “Isso nos colocou no limiar”, diz ele. “Na verdade, fizemos muito progresso no ano passado.” Melhorias constantes nos lasers, alvos e outros componentes gradualmente colocaram a instalação em uma posição em que poderia finalmente gerar energia a partir da cápsula.
Além disso, seriam necessárias muitas cápsulas explodindo continuamente para produzir energia suficiente para alimentar a rede elétrica. “Você teria que fazer isso muitas, muitas vezes por segundo”, diz McBride. Atualmente, o NIF pode fazer cerca de um “tiro” de laser por semana.
Ainda assim, o potencial a longo prazo é impressionante, diz Arati Dasgupta, cientista nuclear do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA. Considerando que uma pilha gigante de carvão expelindo carbono pode gerar eletricidade em questão de minutos, a mesma quantidade de combustível de fusão pode operar uma usina de energia por anos – sem emissões de dióxido de carbono. “Esta é uma grande demonstração da possibilidade”, diz Dasgupta. Mas, ela acrescenta, muitos problemas técnicos permanecem. “É um grande empreendimento.”
E obter energia econômica de um reator de fusão é ainda mais difícil, diz Roulstone. Ele e sua equipe analisaram uma tecnologia rival conhecida como tokamak e concluíram que ainda havia um enorme número de desafios para fazer a fusão funcionar economicamente. Sua análise estimou que a fusão não estará pronta para a grade antes da segunda metade deste século. Ele acredita que o mesmo cronograma vale para a tecnologia da NIF. “Não é muito fácil ver como você escala isso em um reator de energia rapidamente”, diz ele.
A essa altura, a maioria dos especialistas em clima acredita que o mundo já terá feito cortes drásticos nas emissões de carbono para evitar os piores efeitos da mudança climática. Para limitar o aquecimento a 2,7 graus Fahrenheit até o final do século, o mundo deve quase reduzir pela metade sua produção de carbono até 2030 — uma escala de tempo muito mais curta do que a necessária para desenvolver a fusão.
Betti concorda que o cronograma para a construção de uma usina de fusão é “definitivamente décadas”. Mas, acrescenta, isso pode mudar. “Há sempre uma possibilidade de avanço”, diz ele. E os novos resultados do NIF podem ajudar a impulsionar esse avanço. “Você vai conseguir que mais pessoas analisem essa forma de fusão, para ver se podemos transformá-la em um sistema de produção de energia.”
Rebecca Hersher da NPR contribuiu para este relatório.
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