Quando estudei geologia na pós-graduação, o futuro de longo prazo da energia tinha um único nome:fusão nuclear. Era a década de 1970. Os físicos com quem estudei previram que aproveitar esta nova fonte limpa de energia elétrica forçando dois núcleos de hidrogênio a se combinarem e liberarem grandes quantidades de energia, pode demorar 50 anos.

Quatro décadas depois, depois de deixar minha carreira de pesquisa e redação na indústria de energia e começar uma segunda carreira como autora e professora, Eu me vi fazendo essa mesma previsão com meus próprios alunos e leitores. No que se tornou um clichê irônico, fusão, pareceu, para sempre assombraria um horizonte distante.

Isso parece estar mudando, finalmente.

Graças aos avanços na pesquisa da física, ciência dos materiais e supercomputação, os cientistas estão construindo e testando vários projetos de reatores de fusão. Cerca de uma dúzia de startups de fusão com ideias inovadoras têm o investimento privado de que precisam para ver o que podem alcançar. Ainda, é muito cedo para estourar o champanhe, e não apenas por razões técnicas.

Avanços impressionantes

Um problema é que um avanço no laboratório não garante inovação ou sucesso no mercado porque a energia é muito sensível ao preço. Também, fusão ilustra como poucas coisas podem corroer a fé em uma nova tecnologia como um "avanço" iminente que não se materializa.

Primeiro, houve o desastre da fusão a frio em 1989, quando dois cientistas foram à mídia com a alegação inverificável de que haviam alcançado a fusão à temperatura ambiente e foram condenados ao ostracismo pela comunidade científica, manchando a imagem desta fonte de energia como uma opção real.

Então, os cientistas alcançaram um marco em 1994, quando o reator de fusão de teste em Princeton estabeleceu um novo recorde de potência de pico de 10,7 megawatts, que o The New York Times disse na época ser "o suficiente para alimentar 2, 000 a 3, 000 casas momentaneamente, significando cerca de um microssegundo. Cientificamente, aquele evento teve grande importância, embora tenha sido superado em 1997. Ainda assim, dificilmente prometia um reator de energia ao virar da esquina.

Pelo caminho, a tendência de cientistas e jornalistas de promover o progresso real em direção à fusão, seja para atrair financiamento ou leitores, reduziu o apoio público no longo prazo.

Hoje, na verdade, vários relatos da mídia continuam sugerindo uma onda de avanços na fusão.

Avanços reais

Realmente houve algum progresso? Em um grau impressionante, sim. Mas principalmente em termos de pesquisa científica e de engenharia. Se houver mais uma afirmação anunciando que o mundo está finalmente se fechando na solução para todos os problemas de energia, então o mito está sendo vendido no lugar da verdade.

Muitos cientistas são atraídos pela fissão, a fonte de energia dos reatores nucleares de hoje, e fusão, por causa da quantidade espetacular de energia que oferecem. O principal combustível para a fissão, Urânio-235, tem 2 milhões de vezes a energia por libra que o petróleo tem. A fusão pode entregar até sete vezes isso ou mais.

O combustível usado para a fissão é extremamente abundante. O mesmo vale para a fusão, mas sem nenhum desperdício perigoso de longa duração. Para fusão, o combustível são dois isótopos de hidrogênio, deutério e trítio, o primeiro dos quais pode ser extraído da água do mar e o segundo do lítio, cujos recursos são grandes e crescentes.

Portanto, o fracasso em buscar essas fontes colossais de não carbono pode muito bem parecer colossalmente contraproducente.

A fusão é difícil de aproveitar, no entanto. Nas estrelas, que são feitos de plasma, um estado de alta energia da matéria em que os elétrons carregados negativamente são completamente separados dos núcleos carregados positivamente, a fusão ocorre por causa de imensas forças gravitacionais e temperaturas extremas.

Tentar criar condições semelhantes aqui na Terra exigiu avanços fundamentais em vários campos, da física quântica à ciência dos materiais. Cientistas e engenheiros fizeram progresso suficiente ao longo do último meio século, especialmente desde a década de 1990, fazer para que a construção de um reator de fusão capaz de gerar mais energia do que o necessário para operar pareça viável dentro de duas décadas, não cinco. A supercomputação ajudou muito, permitindo aos pesquisadores modelar com precisão o comportamento do plasma em diferentes condições.

Tipos de reator

Existem duas razões para estar otimista sobre a fusão agora. Dois grandes reatores de fusão estão sendo construídos ou em construção. E startups de fusão com o objetivo de construir reatores menores, o que seria mais barato, construção mais fácil e rápida, estão proliferando.

Um dos dois grandes reatores é um tokamak em forma de donut - um acrônimo russo para uma invenção soviética feita na década de 1950 que foi projetada para confinar e comprimir o plasma em uma forma cilíndrica em um poderoso campo magnético. A compressão poderosa do plasma de deutério-trítio em temperaturas extremamente altas - como em cerca de 100 milhões de graus centígrados - faz com que a fusão ocorra.

ITER (latim para "o caminho") é uma colaboração entre a União Europeia e os governos da Índia, Japão, Coreia do Sul, Rússia, China e EUA Este consórcio agora está gastando mais de US $ 20 bilhões para construir um tokamak gigante no sul da França. Em 2035, está programado para gerar 500 megawatts enquanto opera em apenas 50 megawatts. O cumprimento dessa meta iria essencialmente confirmar que a fusão é uma fonte viável de energia limpa em grande escala.

O menor, porém mais pesado dos seis ímãs em forma de anel ou bobinas de campo poloidal do #ITER #tokamak está tomando forma na China. Tem dez metros de diâmetro, mas pesa 400 toneladas. Setembro está planejado para ser concluído. https://t.co/a7ahvoh7qn pic.twitter.com/5SnFZeEoXv

- ITER (@iterorg) 30 de março, 2018

O outro é mais complexo, stellarator rosquinha torcida, chamado de Wendelstein 7-X, construído na Alemanha com o mesmo objetivo. As curvas em sua câmara giram o plasma para que ele tenha uma forma mais estável e possa ser confinado por longos períodos de tempo do que em um tokamak. O 7-X custou cerca de US $ 1 bilhão para ser construído, incluindo despesas do local. E se as coisas correrem de acordo com o planejado, pode ser capaz de gerar uma quantidade significativa de eletricidade por volta de 2040.

O projeto Wendelstein 7-x (estelar) e o campo de plasma real, habilitado por contenção magnética 3D vs 2D. É lindo pic.twitter.com/QLHbGmNQ1Q

- OppenheimersBlockchain (@ Corpusmentis0) 2 de abril 2018

Enquanto isso, quase uma dúzia de startups estão projetando novos tipos de reatores e usinas de energia que, segundo eles, podem entrar em operação muito antes e de maneira muito mais barata - mesmo que a tecnologia necessária ainda não esteja lá.

Por exemplo, Commonwealth Fusion Systems, um spin-off do MIT ainda vinculado ao Centro de Fusão e Ciência de Plasma da universidade e parcialmente financiado pela petrolífera italiana Eni, visa criar campos magnéticos especialmente poderosos para ver se a energia de fusão pode ser gerada com tokamaks de tamanho menor.

E fusão geral, Jeff Bezos, um empreendimento com sede em Vancouver, que o fundador da Amazon está apoiando, quer construir um grande reator esférico no qual o plasma de hidrogênio seria cercado por metal líquido e comprimido com pistões para causar uma explosão de fusão. Isso deve funcionar, esta energia aqueceria o metal líquido para gerar vapor e girar um gerador de turbina, produzindo grandes quantidades de eletricidade.

Possível avanço em energia:MIT e nova empresa lançam abordagem inovadora para energia de fusão #LightTheSPARC https://t.co/2sYO2ki1dy

- Steven Pinker (@sapinker) 9 de março, 2018

Rico o suficiente

Com operações enxutas e missões claras, essas startups são ágeis o suficiente para passar rapidamente da prancheta de desenho à construção real. Em contraste, complicações multinacionais estão custando tempo e dinheiro ao ITER.

Uma vez que as necessidades futuras de energia serão vastas, ter diferentes opções de fusão disponíveis pode ajudar a enfrentá-los, independentemente do tempo que levem. Mas outras fontes de energia não-carbono estão disponíveis.

Isso significa que os proponentes da fusão devem convencer seus financiadores em todo o mundo que vale a pena continuar a apoiar esta opção futura quando outras fontes não-carbono, como energia eólica e solar (e fissão nuclear - pelo menos fora dos EUA, Japão e União Europeia) estão aumentando ou se expandindo. Se a questão é se vale a pena fazer uma grande aposta em uma nova tecnologia sem carbono com vasto potencial, então, o rápido crescimento das energias renováveis ​​nos últimos anos sugere que eles eram a melhor aposta.

No entanto, se os cerca de US $ 3,5 trilhões investidos em energia renovável desde 2000 tivessem garantido a fissão, Acredito que os avanços nessa tecnologia teriam feito com que todas as usinas de energia movidas a carvão e petróleo restantes já tivessem desaparecido da face da Terra.

E se esse mesmo dinheiro tivesse apoiado a fusão, talvez agora existisse um reator funcional. Mas as nações ricas do mundo, empresas de investimento e bilionários podem facilmente apoiar pesquisas de fusão e experimentação junto com outras opções. De fato, o sonho do poder de fusão agora parece certo nem morrer, nem permanecer apenas um sonho.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.