Caminho para o poder de fusão coloca lasers gigantes contra ímãs poderosos

O dia em que os humanos poderão aproveitar a mesma energia que ilumina as estrelas pode chegar mais cedo do que você pensa – chegar lá liberaria eletricidade abundante sem emitir gases de efeito estufa.

Por Will Wade, Jonathan Tirone e David R Baker Gráficos por Dave Merrill

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A humanidade está à beira de algo fenomenal: aproveitar a mesma fonte de energia que ilumina as estrelas para uma energia quase ilimitada e livre de carbono. Cientistas provaram recentemente que esse sonho – a fusão nuclear para geração de energia – é possível. Agora, passar de um experimento de laboratório para a construção de uma planta comercial será uma corrida que coloca lasers gigantes contra ímãs poderosos.

Após décadas de experimentos, surgiram dois projetos concorrentes para usinas de fusão. Um pede lasers de alta intensidade para desencadear uma série de reações que colidem os átomos várias vezes por segundo. O outro usaria ímãs superfortes para conter uma nuvem de plasma que queima mais quente que o sol. Embora os lasers tenham sido usados ​​na descoberta recente, muitos especialistas estão céticos quanto às perspectivas comerciais. A melhor aposta, dizem eles, são os ímãs.

Em dezembro, no Lawrence Livermore National Laboratory, uma minúscula cápsula de combustível, contendo duas formas de hidrogênio, foi explodida com lasers.

A reação de fusão resultante gerou mais energia do que a entrada dos lasers no alvo

As apostas não poderiam ser maiores. Se os pesquisadores puderem fazer a fusão funcionar em escala, isso abrirá as portas para usinas de energia que fornecem eletricidade barata e abundante dia e noite sem emitir gases de efeito estufa e sem perigo de fusão nuclear. A ideia de recriar as condições extremas das estrelas em uma usina de energia pode soar como algo saído da ficção científica, mas os especialistas mais otimistas dizem que estamos a apenas uma década desse limite. Outros cientistas estimam que daqui a 20 ou 30 anos.

"A fusão sempre foi o predador máximo das tecnologias de energia", disse Bob Mumgaard, diretor executivo da Commonwealth Fusion Systems. "É um problema muito difícil com uma grande recompensa."

A corrida já está atraindo apostas de algumas das pessoas mais ricas do mundo. Jeff Bezos, Bill Gates e Peter Thiel são apenas três dos bilionários que investem em startups. Investidores e governos investiram mais de US$ 4,8 bilhões em empresas que buscam a fusão, lideradas pela Commonwealth Fusion, uma startup derivada do Instituto de Tecnologia de Massachusetts que conseguiu US$ 2 bilhões. A TAE Technologies recebeu mais de US$ 1,1 bilhão. A Fusion Industry Association está acompanhando 33 startups. Quinze estão focados na abordagem magnética e oito estão trabalhando no projeto do laser. O resto está buscando uma variedade de outras tecnologias.

O caminho será longo e complicado. As abordagens de laser e ímã enfrentam grandes desafios técnicos, quebra-cabeças científicos e obstáculos de custo. Mas acertar significaria um tremendo avanço para o mundo. Os desafios climáticos de longo prazo da humanidade seriam muito mais administráveis, e a conquista poderia lançar uma nova era para a energia e a ciência.

Como funciona a fusão Enquanto as usinas nucleares de hoje empregam a fissão, separando os átomos, a fusão captura a energia produzida quando os átomos se fundem. A fusão já é usada para dar às armas nucleares modernas seu poder devastador, mas o objetivo é domá-la para a demanda civil de energia.

Essa não é uma tarefa simples. Trata-se de operar em temperaturas extremamente altas, conter a reação, capturar a energia e fazer tudo isso gerando mais eletricidade do que o processo consome.

A descoberta Não muito depois da meia-noite de 5 de dezembro, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, focaram o laser mais poderoso do mundo em uma pastilha de diamante do tamanho de um grão de pimenta cheia de isótopos de hidrogênio. Disparou 192 feixes em três pulsos cuidadosamente modulados.

Os feixes forneceram 2,05 megajoules de energia, desencadeando uma reação que fundiu o hidrogênio em hélio e liberou 3,15 megajoules no processo – a diferença, pouco mais de um megajoule ou aproximadamente a energia equivalente liberada por uma granada de mão. Foi uma conquista que os cientistas vinham perseguindo há décadas. O marco, conhecido como ganho líquido de energia, provou que os humanos podem desbloquear o poder das estrelas. Mas criar uma usina comercial significaria a necessidade de gerar 1.000 vezes essa quantidade de energia a cada segundo, disse Steven Cowley, diretor do Laboratório de Física de Plasma de Princeton.