Houve um tremendo entusiasmo sobre os resultados recentes da instalação Joint European Torus (JET) no Reino Unido, sugerindo que o sonho da energia de fusão nuclear está se aproximando da realidade. Sabemos que a fusão funciona – é o processo que alimenta o Sol, fornecendo calor e luz à Terra. Mas durante décadas foi difícil fazer a transição de experimentos científicos de laboratório para produção sustentada de energia.
O objetivo fundamental da fusão é trazer núcleos atômicos se fundindo para criar um núcleo diferente e mais pesado – liberando energia no processo. Isso é diferente da fissão nuclear, na qual um núcleo pesado, como o urânio, é dividido em outros menores, ao mesmo tempo em que libera energia.

Uma dificuldade significativa tem sido o processo de fusão de átomos leves, isótopos de hidrogênio ou hélio, juntos. Como eles são eletricamente carregados, repelindo um ao outro, eles resistem à fusão, a menos que os núcleos estejam se movendo rápido o suficiente para ficarem fisicamente muito próximos uns dos outros – exigindo condições extremas. O Sol consegue isso em seu núcleo graças aos seus imensos campos gravitacionais e seu enorme volume.

Uma abordagem usada em laboratórios na Terra é o "confinamento inercial", pelo qual uma pequena pastilha de combustível de fusão com cerca de um décimo de centímetro de diâmetro é aquecida e comprimida do lado de fora usando energia laser. Nos últimos anos, alguns progressos encorajadores nesta técnica foram feitos, talvez mais notavelmente pelo National Ignition Facility nos EUA, onde um rendimento de fusão de 1,3 milhão de Joules (uma medida de energia) foi relatado no ano passado. Embora isso tenha produzido 10 quatrilhões de Watts de potência, durou apenas uma fração (90 trilionésimos) de segundo.

Outra técnica, o "confinamento magnético", foi implantada de forma mais ampla em laboratórios em todo o mundo e é considerada uma das rotas mais promissoras para a realização de usinas de fusão no futuro. Envolve o uso de combustível de fusão contido na forma de um plasma quente – uma nuvem de partículas carregadas – confinadas por fortes campos magnéticos. Ao criar as condições para que as reações de fusão ocorram, o sistema de confinamento precisa manter o combustível na temperatura e densidade apropriadas e por tempo suficiente.

Aqui reside uma parte significativa do desafio. A pequena quantidade de combustível de fusão (normalmente apenas alguns gramas) precisa ser aquecida a temperaturas enormes, da ordem de 10 vezes mais quentes que o centro do Sol (150 milhões de °C). E isso precisa acontecer mantendo o confinamento em uma gaiola magnética para sustentar uma saída de energia.

Várias máquinas podem ser usadas para tentar reter esse confinamento magnético do plasma, mas a mais bem sucedida até hoje é o chamado design "tokamak", que utiliza um toro (forma de rosquinha) e campos magnéticos complexos para confinar o plasma, como empregado na instalação JET.

Pequeno passo ou grande salto?

Os resultados recentes marcam um verdadeiro trampolim na busca pela energia de fusão. Os 59 milhões de Joules de energia no total, produzidos em um período de cinco segundos, deram uma potência média de fusão de cerca de 11 milhões de Watts. Embora isso seja suficiente apenas para aquecer cerca de 60 chaleiras, é impressionante - criando uma produção de energia 2,5 vezes o recorde anterior, estabelecido em 1997 (também nas instalações do JET, atingindo 22 milhões de Joules).

O sucesso da JET é o culminar de anos de planejamento e uma equipe altamente experiente de cientistas e engenheiros dedicados. O JET é atualmente o maior tokamak do mundo e o único dispositivo capaz de usar combustível de deutério e trítio (ambos isótopos de hidrogênio).

O design da máquina, usando ímãs de cobre que aquecem rapidamente, significa que ela só pode operar com rajadas de plasma de até alguns segundos. Para dar o passo para operações de alta potência mais duradouras, serão necessários ímãs supercondutores. Felizmente, este é o caso das instalações do ITER, atualmente sendo construídas no sul da França como parte de um esforço internacional envolvendo 35 nações, que agora está 80% concluído. Os resultados recentes deram, portanto, grande confiança no projeto de engenharia e desempenho físico para o projeto da máquina ITER, também um dispositivo de confinamento magnético, projetado para produzir 500 milhões de Watts de potência de fusão.

Outros desafios importantes permanecem, no entanto. Isso inclui o desenvolvimento de materiais duráveis ​​adequados que sejam capazes de suportar a pressão intensa dentro da máquina, lidar com a enorme potência de exaustão e, o mais importante, gerar energia economicamente competitiva com outras formas de produção de energia.

Alcançar saídas de energia notáveis ​​e sustentá-las por mais do que períodos muito curtos de tempo provou ser o principal desafio na fusão por décadas. Sem que isso seja resolvido, uma eventual usina de fusão simplesmente não pode funcionar. É por isso que os resultados do JET representam um marco significativo, embora apenas marcando um passo ao longo do caminho.

O salto gigantesco virá com a ampliação das atuais conquistas de fusão em sistemas de fusão subsequentes, como o ITER e depois em usinas de demonstração além disso. E isso deve estar ao alcance em um futuro não muito distante, visando a operação até a década de 2050 ou possivelmente um pouco antes.

Benefícios cruciais

Há muito em jogo. A fusão produz mais energia por grama de combustível do que qualquer outro processo que poderia ser alcançado na Terra. Alguns dos principais benefícios da fusão são que os produtos do processo são o hélio e os nêutrons (partículas que compõem o núcleo atômico, ao lado dos prótons) – não são liberados dióxido de carbono ou outros gases de efeito estufa. Os combustíveis brutos são o deutério, que pode ser encontrado na água do mar, e o lítio – que também é abundante e encontrado em vastas salinas. A energia de fusão potencial liberada do lítio contido em uma bateria de laptop e uma banheira de água é estimada em cerca de 40 toneladas métricas de carvão.

A fusão produz alguma radioatividade nos materiais que compõem o reator. Mas não se espera que isso seja tão duradouro ou intenso quanto os resíduos radioativos produzidos pela fissão nuclear – tornando-a potencialmente uma escolha mais segura e mais palatável do que a energia nuclear convencional.

Em última análise, Roma não foi construída em um dia. Vários outros aspectos da engenhosidade humana, como a aviação, historicamente levaram muito tempo para progredir. Isso significa que os passos ao longo do caminho que fazem progressos são extremamente importantes e devem ser comemorados com razão.

A fusão está avançando inexoravelmente e estamos cada vez mais perto de alcançar aquele sonho distante da energia de fusão comercial. Um dia, fornecerá um suprimento quase ilimitado de energia de baixo carbono para muitas gerações futuras. Então, embora ainda não esteja lá, está chegando.