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O futuro da energia não são os combustíveis fósseis ou renováveis, é a fusão nuclear

O plasma no centro deste reator de fusão é tão quente que não emite luz; é apenas o plasma mais frio localizado nas paredes que pode ser visto. Dicas de interação magnética entre os plasmas quente e frio podem ser vistas. Crédito da imagem: National Fusion Research Institute, Coréia.

Quando pensamos em uma solução de longo prazo para nossas necessidades de energia, nenhuma das opções de hoje é tão boa.

Eu gostaria que a fusão nuclear se tornasse uma fonte de energia prática. Forneceria um suprimento inesgotável de energia, sem poluição ou aquecimento global. – Stephen Hawking

Vamos fingir, por um momento, que o clima não importa. Que estamos ignorando completamente a conexão entre o dióxido de carbono, a atmosfera da Terra, o efeito estufa, as temperaturas globais, a acidificação dos oceanos e o aumento do nível do mar. De um ponto de vista de longo prazo, ainda precisaríamos planejar nosso futuro energético. Os combustíveis fósseis, que constituem de longe a maior parte da energia mundial hoje, são um recurso abundante, mas fundamentalmente limitado. Fontes renováveis ​​como energia eólica, solar e hidrelétrica têm limitações diferentes: são inconsistentes. Há uma solução de longo prazo, porém, que supera todos esses problemas: a fusão nuclear.

Mesmo as reações químicas mais avançadas, como a combustão de termite, mostradas aqui, geram cerca de um milhão de vezes menos energia por unidade de massa em comparação com uma reação nuclear. Crédito da imagem: Nikthestunned da Wikipedia.

Pode parecer que o problema do combustível fóssil seja óbvio: não podemos simplesmente gerar mais carvão, petróleo ou gás natural quando nossos suprimentos atuais acabarem. Estamos queimando praticamente cada gota que conseguimos por três séculos agora, e esse problema vai piorar. Mesmo que tenhamos centenas de anos mais antes de sairmos, a quantidade não é ilimitada. Também existem preocupações ambientais legítimas e não relacionadas ao aquecimento.

Mesmo que ignoremos o problema da mudança climática global de CO2, os combustíveis fósseis são limitados na quantidade que a Terra contém, e também extraí-los, transportá-los, refina-los e queimá-los causa grandes quantidades de poluição. Crédito da imagem: Greg Goebel.

A queima de combustíveis fósseis gera poluição, pois essas fontes de combustível à base de carbono contêm muito mais do que apenas carbono e hidrogênio em sua composição química, e queimá-los (para gerar energia) também queima todas as impurezas, liberando-as no ar. Além disso, o processo de refino e/ou extração é sujo, perigoso e pode poluir o lençol freático e corpos d'água inteiros, como rios e lagos.

Os parques eólicos, como muitas outras fontes de energia renovável, dependem do meio ambiente de forma inconsistente e incontrolável. Crédito da imagem: Winchell Joshua, Serviço de Pesca e Vida Selvagem dos EUA.

Por outro lado, as fontes de energia renovável são inconsistentes, mesmo no seu melhor. Tente alimentar sua rede durante períodos secos, nublados (ou durante a noite) e cheios de seca, e você está fadado ao fracasso. A grande magnitude dos recursos de armazenamento de bateria necessários para alimentar até mesmo uma única cidade durante condições insuficientes de geração de energia é assustadora. Simultaneamente, os efeitos da poluição associados à criação de painéis solares, fabricação de turbinas eólicas ou hidrelétricas e (especialmente) à criação dos materiais necessários para armazenar grandes quantidades de energia também são enormes. Mesmo o que é apresentado como energia verde não é desprovido de desvantagens.

Reator nuclear experimental RA-6 (República Argentina 6), en marcha. O brilho azul é conhecido como radiação Cherenkov, das partículas emitidas mais rápidas que a luz na água. Crédito da imagem: Centro Atomico Bariloche, via Pieck Darío.

Mas há sempre a opção nuclear. Essa palavra por si só é suficiente para provocar fortes reações de muitas pessoas: nuclear. A ideia de bombas nucleares, de precipitação radioativa, de colapsos e de desastres como Chernobyl, Three Mile Island e Fukushima – para não mencionar o medo residual da Guerra Fria – fazem do NIMBY a posição padrão para um grande número de pessoas. E esse é um medo que não é totalmente sem fundamento, quando se trata de fissão nuclear. Mas a fissão não é o único jogo na cidade.

Em 1952, os Estados Unidos detonaram Ivy Mike , a primeira reação de fusão nuclear demonstrada a ocorrer na Terra. Enquanto a fissão nuclear envolve pegar elementos pesados, instáveis ​​(e já radioativos) como Tório, Urânio ou Plutônio, iniciando uma reação que os faz se separar em componentes menores, também radioativos que liberam energia, nada envolvido na fusão é radioativo. Os reagentes são elementos leves e estáveis ​​como isótopos de hidrogênio, hélio ou lítio; os produtos também são leves e estáveis, como hélio, lítio, berílio ou boro.

A cadeia próton-próton responsável por produzir a grande maioria da energia do Sol é um exemplo de fusão nuclear. Crédito da imagem: Borb / Wikimedia Commons.

Até agora, a fissão ocorreu em um ambiente descontrolado ou controlado, ultrapassando o ponto de equilíbrio (onde a saída de energia é maior que a entrada) com facilidade, enquanto a fusão nunca atingiu o ponto de equilíbrio em um ambiente controlado. Mas surgiram quatro possibilidades principais.

1. Fusão de confinamento inercial. Pegamos um pellet de hidrogênio – o combustível para essa reação de fusão – e o comprimimos usando muitos lasers que cercam o pellet. A compressão faz com que os núcleos de hidrogênio se fundam em elementos mais pesados, como o hélio, e liberam uma explosão de energia.
2. Fusão de confinamento magnético. Em vez de usar compressão mecânica, por que não deixar a força eletromagnética fazer o trabalho de confinamento? Campos magnéticos confinam um plasma superaquecido de material fusível, e as reações de fusão nuclear ocorrem dentro de um Reator estilo Tokamak .
3. Fusão de alvo magnetizada . No MTF, um plasma superaquecido é criado e confinado magneticamente, mas os pistões que o cercam comprimem o combustível no interior, criando uma explosão de fusão nuclear no interior.
4. Fusão Subcrítica . Em vez de tentar desencadear a fusão com calor ou inércia, a fusão subcrítica usa uma reação de fissão subcrítica - com zero chance de fusão - para alimentar uma reação de fusão.

Os dois primeiros têm sido pesquisados ​​há décadas e são os mais próximos do cobiçado ponto de equilíbrio. Mas os dois últimos são novos, com o último ganhando muitos novos investidores e start-ups esta década.

Os pré-amplificadores do National Ignition Facility são o primeiro passo para aumentar a energia dos feixes de laser à medida que avançam em direção à câmara-alvo. A NIF alcançou recentemente um disparo de 500 terawatts - 1.000 vezes mais energia do que os Estados Unidos usam a qualquer momento. Crédito da imagem: Damien Jemison/LLNL.

Mesmo se você rejeitar a ciência climática, o problema de alimentar o mundo, e fazê-lo de maneira sustentável e livre de poluição, é um dos mais assustadores a longo prazo que a humanidade enfrenta. A fusão nuclear como fonte de energia nunca recebeu o financiamento necessário para desenvolvê-la, mas é a única solução fisicamente possível para nossas necessidades de energia sem desvantagens óbvias. Se conseguirmos tirar de nossas cabeças a ideia de que a energia nuclear significa potencial para desastres, pessoas de todo o espectro político poderão se unir e resolver nossas necessidades energéticas e ambientais em um único golpe. Se você acha que o governo deveria investir em ciência com retornos nacionais e globais, você não pode fazer melhor do que o ROI que viria de uma pesquisa de fusão bem-sucedida. A física funciona lindamente; agora só precisamos do investimento e dos avanços da engenharia.

Começa com um estrondo é com sede na Forbes , republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Encomende o primeiro livro de Ethan, Além da Galáxia , e pré-encomende seu próximo, Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive !

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