A máquina do sol

A aventura de produzir energia por meio da fusão nuclear, como as estrelas fazem, deu um salto com a construção do reator Iter, no sul da França.

A aventura de produzir energia por meio da fusão nuclear, como as estrelas fazem, deu um salto com a construção do reator Iter, no sul da França. O empreendimento reúne as principais potências do mundo na busca por uma fonte de energia abundante, limpa e inesgotável.

Na manhã de 11 de dezembro de 2013, operários começaram a despejar 15 mil metros cúbicos de concreto num poço em Cadarache, no sul da França. Era o início, para valer, da construção do Reator Experimental Termonuclear Internacional (Iter, na sigla em inglês), uma máquina com a qual os  cientistas pretendem domar a fusão nuclear, o processo pelo qual o Sol gera a energia que envia à Terra. As principais potências do planeta estão investindo US$ 20 bilhões na operação. A título de comparação, o acelerador LHC, o Grande Colisor de Hádrons, do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares, em Genebra, que permitiu a detecção do bóson de Higgs, custou US$ 6 bilhões. O Iter é a principal aposta da humanidade para viabilizar a produção comercial de energia por meio da fusão nuclear.  

O caminho para a fusão surgiu após o fi m da Segunda Guerra Mundial, mas essa fonte de energia se mostrou muito mais difícil de controlar do que a fi ssão, que originou os 430 reatores nucleares em operação de hoje. Contudo, como os benefícios potenciais da fusão nuclear são imensos, os países industrializados continuam a pesquisá-la. “Continua a haver muitos céticos em relação à viabilidade prática da fusão nuclear para produzir energia abundante e barata”, diz o físico brasileiro José Goldemberg, especialista em energia.

A origem do Iter remonta à reunião de cúpula das superpotências em Genebra (Suíça), em 1985. Ali, o secretário-geral do Partido Comunista da União Soviética, Mikhail Gorbachev, e o presidente dos Estados Unidos, Ronald Reagan, decidiram cooperar no desenvolvimento da fusão nuclear para fi ns pacífi cos. De imediato, a União Europeia e o Japão se juntaram aos dois arquirrivais na empreitada. Em 2003, a China e a Coreia do Sul entraram para o grupo, e a Índia aderiu dois anos mais tarde. Cerca da metade da população mundial, portanto, está representada na iniciativa.

A elaboração do desenho conceitual do Iter começou em 1988. Treze anos depois o esboço básico foi aprovado. Faltava, porém, um detalhe fundamental: o local de instalação. Mais quatro anos de disputas entre os países europeus e enfi m defi niu-se, em 2005, que o reator seria erguido em Cadarache, perto de Aix-en-Provence, na França. A construção teve início em 2010, mas problemas técnicos, fi nanceiros e contratuais adiaram as obras até dezembro de 2013. Com o recomeço, os diretores do projeto esperam iniciar as experiências no complexo em 2020. O combustível para a fusão, porém, só deverá ser introduzido no reator em 2027.

Plasma confinado
A tecnologia adotada no projeto é a mesma do reator “tokamak”, criado nos anos 1950 pelos físicos soviéticos Igor Tamm e Andrei Sakharov. Nesse aparelho, um potente eletroímã mantém o combustível do processo – o plasma, quarto estado da matéria, presente nas estrelas – superaquecido e confi nado magneticamente em uma câmara de vácuo no reator.

Formado por dois isótopos (variantes) mais pesados do hidrogênio, o deutério e o trítio, o plasma vai atingir, com o isolamento magnético, temperaturas solares de 150 milhões de graus Celsius, permitindo que os átomos se fundam. O processo produz energia e hélio, um gás inofensivo e inerte que pode ser reciclado e aproveitado industrialmente. Os gigantescos eletroímãs do Iter, capazes de sustentar içado um avião de carreira, manterão o plasma num vórtice giratório isolado na câmara de vácuo.

Os cientistas pretendem gerar 500 megawatts (equivalentes à produção de uma usina de médio porte) por vários minutos seguidos. O Iter será, assim, o primeiro reator do gênero a produzir mais energia do que precisa para atingir as altíssimas temperaturas necessárias ao processo de fusão nuclear. Para cada 50 MW de eletricidade consumidos, ele deverá gerar até 500 MW de energia na forma de calor. 

José Goldemberg considera que o Iter pode ser visto como um esforço na direção de demonstrar que a fusão é inevitável. “Trata-se de um projeto de pesquisa e desenvolvimento, uma espécie de planta piloto para demonstrar que é possível produzir energia através do processo. É a continuação de projetos que há mais de 50 anos estão sendo realizados e que até agora não resolveram alguns problemas.A expectativa é de que o novo projeto ajude a ciência e a tecnologia a avançar, o que é justificável mesmo diante dos custos envolvidos.” 

Enquanto as instalações do Iter vão tomando forma, os países que integram o projeto trabalham a fi m de construir e montar os equipamentos para o empreendimento. Esses aparelhos, alguns do tamanho de pequenas casas, serão levados por mar e estradas até Cadarache, nos próximos anos. A montagem do reator promete ser um espetáculo à parte. Só os cabos para os supercondutores, por exemplo, poderiam dar 15 vezes a volta à Terra. 

“A máquina do Iter contém um milhão de partes. Essa será a tarefa de montagem mais complexa e desafi adora existente”, diz Brian Macklin, chefe da montagem. “O reator tokamak tem 30 metros de altura e consiste de 18 bobinas magnéticas toroidais (paralelas à câmara de vácuo) e seis bobinas poloidais (verticais à câmara), que pesam centenas de toneladas. Imagine que cada uma terá de ser posicionada com precisão de menos de dois milímetros.”

Referências
Várias experiências em fusão nuclear feitas em outros pontos do mundo estão reunindo dados para aproveitamento do Iter. A contribuição mais importante vem do Th e Joint European Torus (JET), um centro de estudos da União Europeia situado em Culham, no sudeste da Inglaterra, que abriga o maior reator de fusão nuclear existente e o mais próximo, em desenho, do que está sendo construído na França, embora o Iter tenha o dobro da extensão e dez vezes o seu volume. dobro da extensão e dez vezes o seu volume. 

O JET atingiu seu auge em 1997, quando gerou o recorde mundial de 16 megawatts de energia por fusão, em curtas explosões de até um segundo de duração. Desde então, suas experiências têm usado hidrogênio não reativo para testar materiais, sistemas e a física de plasma para o Iter. Mesmo assim, o JET não abdicou da ambição produtiva: “Planejamos quebrar nosso recorde mundial sustentando a produção de talvez 20 MW por seis ou sete segundos” daqui a dois ou três anos, afirma Steven Cowley, executivo-chefe da United Kingdom Atomic Energy Authority.

Para o cientista inglês, a fusão nuclear é a fonte de energia perfeita. “Basta pensar que a água do mar proporciona milhões de anos de combustível para a fusão. As reações de fusão são seguras, não emitem resíduos radiativos nem gases de efeito estufa e os reatores de fusão ocupam um espaço relativamente pequeno.” 

David Campbell, o líder de operação de plasma do Iter, está otimista. “Embora haja muitas incertezas na física de fusão de plasma, e seja necessário gastar algum tempo para otimizar as condições no reator, o trabalho já feito, em experiências menores e em simulações por computador, me deixa  confiante de que não haverá obstáculos a nos impedir de produzir algumas centenas de megawatts de energia de fusão.”

O Iter já tem até sucessor definido: será o Demo, reator de fusão de porte semelhante, mas comercial, a ser erguido na Ásia. Seu objetivo será demonstrar a produção sustentada em larga escala de energia elétrica e a autossuficiência em combustível de trítio. O sucesso dessa empreitada permitirá que o Demo entre em operação na década de 2030 e injete energia na rede elétrica na primeira metade dos anos 2040.

Goldemberg acredita que, com projetos como o Iter e o Demo, o aproveitamento da fusão nuclear como fonte de energia enfim se tornará uma realidade – mas, ressalva, dentro de um horizonte de tempo longo, isto é, de várias décadas. “É impossível prever quando, mas talvez 2050 seja um bom ponto de referência”, afirma o físico brasileiro. “Até lá, provavelmente, o uso de energia solar por meio de métodos convencionais, como células fotovoltaicas e biomassa, poderá suprir as necessidades da sociedade.”

Vamos demorar a saber se a fusão nuclear conseguirá vencer a incredulidade dos céticos e se tornar uma fonte de energia limpa e renovável no fim do século XXI. Mas agora já não se pode ignorar que as maiores potências industriais da Terra se uniram para tentar tornar esse sonho uma realidade plausível.

 

 

 

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