Tudo o que precisamos saber sobre o 'grande' anúncio da fusão nuclear

O Departamento de Energia dos EUA anunciou na manhã de terça-feira que os cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore conseguiram obter energia em uma reação de fusão, um marco muito aplaudido na busca da humanidade por uma fonte confiável de energia zero. As reações de fusão bem-sucedidas não são novidade, mas a indústria teve um grande problema desde o início: os cientistas não conseguiram obter mais energia de uma reação do que precisavam. Agora, eles dizem que têm. Seja como for os obstáculos tecnológicos são absolutamente enormes.

O importante resultado do National Ignition Facility (NIF) na Califórnia foi publicado pela primeira vez pelo Financial Times no domingo; a notícia foi confirmada ontem por funcionários do governo. Em uma coletiva de imprensa do Departamento de Energia, cientistas e especialistas em políticas descreveram o avanço.

Em 2021, o NIF anunciou um avanço científico em sua busca pela tecnologia de energia de fusão. Um ano depois, eles estão fazendo outro anúncio, relatado pela mídia como "revolucionário" , "transformador" e "um momento histórico". Mas a verdade é que não é uma coisa e nem outra. Este não é um avanço significativo para a energia de fusão prática e comercial: o NIF ainda drena pelo menos 130 vezes mais energia da rede elétrica do que produz.

A grande novidade do ano passado foi que o NIF aumentou drasticamente a produção de fusão de seus experimentos. Uma das duas partes críticas da missão de fusão do NIF é a "ignição": liberação de uma quantidade de energia de fusão maior que a energia do laser necessária para conduzir a implosão.

Um avanço sensacionalista em 2022

Nesse trabalho, a produção de energia de fusão a laser do NIF -medida em megajoules, MJ- saltou 2.500%, um sinal de um avanço significativo da física no problema crucial da queima termonuclear. O anúncio desta semana é um aumento na produção de energia de fusão, em relação à entrada de energia do laser, de 70% em 2021 para 154% em 2022. Esse progresso incremental, possivelmente acidental, em direção à queima termonuclear não é um avanço.

A instalação, finalmente, alcançou um pouco mais de saída de fusão do que entrada de laser: ignição. No papel, essa é uma grande vitória simbólica. Na prática, é de pouca importância. Aqui está o porquê.

A energia do laser entregue ao alvo foi de 2,05 MJ e a saída de fusão foi provavelmente de cerca de 3,15 MJ. De acordo com o site da NIF, a energia de entrada para o sistema de laser está entre 384 e 400 MJ. Consumir 400 MJ e produzir 3,15 MJ é uma perda líquida de energia superior a 99%. Para cada unidade de energia de fusão produzida, o NIF queima no mínimo 130 unidades de energia.

Em termos de energia elétrica, 3,15 MJ não bastaria para alimentar uma lâmpada de geladeira de 40 watts por um dia. Carregar o NIF constantemente no mesmo dia consumiria 4.600 watts da rede elétrica. Na verdade, o NIF é carregado muito mais rapidamente, mas ao custo de um consumo muito maior em watts -mais energia por unidade de tempo, em menos tempo-, mas a energia total é a mesma.

Chegando ao poder de fusão viável

Para produzir energia útil, o NIF precisaria aumentar a saída de fusão de cada experimento em pelo menos 100.000%. Esse é um enorme desafio científico a ser resolvido antes que a operação comercial possa ser considerada.

O desafio científico é igualado e possivelmente superado por outros. Uma usina de energia precisa produzir energia constante. Atualmente, o NIF executa, no máximo, uma explosão experimental por dia. Uma planta comercial precisaria explodir cápsulas produtoras de fusão a uma taxa de dezenas de milhares por dia.

Cada explosão requer condições estritas: temperaturas alguns graus acima do zero absoluto; uma cápsula esférica, de forma mecanicamente perfeita com um erro de menos de 1% da largura de um fio de cabelo; e um ambiente de câmara de vácuo. A maioria das explosões sofre de condições ligeiramente imperfeitas e produz menos fusão.

De qualquer forma, a máquina leva horas para se recuperar de cada experimento. O fato do NIF ser capaz de fazer isso uma vez por dia é uma conquista técnica fantástica que levou anos para ser aperfeiçoada, mas fazer isso acontecer 10.000 vezes mais rápido é absurdamente difícil. Se isso pudesse ser feito, ainda mais engenharia seria necessária para extrair a energia na forma de calor para a geração prática de eletricidade.

Finalmente, há um problema de abastecimento. Os pellets contêm deutério e trítio. O deutério é abundante, mas todo o suprimento mundial de trítio é algo como 25 quilos. Em 2020, o custo da grama no mercado do trítio era de quase 160 mil reais.

Os defensores da fusão costumam se gabar de que o combustível para seus reatores será barato e abundante. Isso certamente é verdade para o deutério: aproximadamente um em cada 5.000 átomos de hidrogênio nos oceanos é deutério e é vendido por cerca de 70 reais por grama. Mas o trítio, com meia-vida de 12,3 anos, existe naturalmente apenas em vestígios na atmosfera superior, produto do bombardeio de raios cósmicos.

Mas há um problema: para produzir trítio, você precisa de um reator de fusão em funcionamento, e pode não haver trítio suficiente para dar início à primeira geração de usinas de energia.

A maioria dos cientistas de fusão ignora o problema, argumentando que os futuros reatores podem produzir o trítio de que precisam. Os nêutrons de alta energia liberados nas reações de fusão podem dividir o lítio em hélio e trítio se a parede do reator for revestida com o metal. Apesar da demanda por baterias de carros elétricos, o lítio é relativamente abundante.

Os cientistas da Livermore estimam que uma operação comercial modelada no NIF exigiria 900 gramas por dia. Só para que se tenha uma ideia, as únicas fontes comerciais do mundo hoje são 19 reatores nucleares canadenses, cada um produzindo cerca de 0,5 quilo por ano como produto residual. Produzir mais trítio será um desafio.

Tal como em 2021, devemos enaltecer as realizações científicas do NIF. Muitos anos (e carreiras) de trabalho árduo estão produzindo progresso em um dos problemas de ciência aplicada mais difíceis já enfrentados. Cientificamente, é um progresso simbólico. Mas não é um avanço, um divisor de águas ou o arauto do iminente poder de fusão limpa. O NIF ainda está a décadas de uma fusão economicamente viável.