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A maior parte da energia que usamos em nossas vidas diárias vem do sol. As plantas convertem a energia solar em carboidratos, os animais comem as plantas e os humanos comem ambas. Algumas dessas plantas e animais decompõem-se em combustíveis fósseis, que depois utilizamos para aquecer as nossas casas, carregar os nossos telefones e alimentar os nossos carros. Mas e se pudéssemos eliminar o intermediário? Nos últimos anos, os cientistas na China fizeram grandes avanços em direção a esse objetivo com a criação de um “sol artificial”.

A China não construiu literalmente um sol, mas os investigadores estão a explorar o processo nuclear que alimenta a estrela:a fusão. Ao contrário da fissão nos reactores convencionais, a fusão funde dois núcleos leves num só, libertando uma enorme quantidade de energia e produzindo apenas hélio como subproduto. Isto torna a fusão uma fonte de energia muito mais limpa do que a combustão de combustíveis fósseis, que liberta gases com efeito de estufa, ou a fissão, que gera resíduos radioactivos de longa vida.

Controlar a fusão é extremamente difícil. Requer temperaturas de milhões de graus e pressões que esmagariam qualquer material. No núcleo do Sol, o hidrogénio funde-se a cerca de 50-60 milhões de graus Fahrenheit e a uma pressão de 3,6 mil milhões de psi – mais de 200 mil milhões de vezes a pressão na superfície da Terra. Replicar essas condições em laboratório é um desafio monumental, e mantê-las é ainda mais difícil. É por isso que o recente sucesso do Instituto de Física do Plasma da China – produzindo e mantendo plasma durante mais de 1.000 segundos em 20 de janeiro de 2025 – é um marco tão importante.

O Tokamak:uma máquina futurista que pode conter a energia do Sol

O avanço da China veio no Experimental Advanced Superconducting Tokamak, ou EAST. Embora existam muitos tokamaks em todo o mundo, o EAST é o único que manteve o plasma estável por um período tão longo. Os princípios subjacentes de um tokamak, entretanto, são relativamente simples.

Primeiro, contenção. Como o plasma é quente demais para que qualquer material sobreviva ao contato, um tokamak usa um campo magnético em forma de rosca para suspender o plasma – não são necessárias paredes físicas. Ao girar o plasma, seus elétrons se alinham em uma única direção, dando ao plasma uma carga eletromagnética que pode ser mantida no alto como um ímã flutuante.

Em segundo lugar, pressão. A pressão central do Sol é enorme, mas num tokamak confiamos na lei dos gases ideais para ligar a temperatura e a pressão. O EAST atinge temperaturas acima de 180 milhões de graus Fahrenheit, permitindo que a pressão permaneça comparativamente baixa e ao mesmo tempo permitindo reações de fusão.

Por que o Tokamak Chinês resiste a 180 milhões de graus

Embora o plasma nunca toque as paredes do reator, ele ainda emite calor intenso. O verdadeiro desafio da engenharia é evitar que o calor derreta os componentes circundantes. Para fazer isso, os projetistas do tokamak usam supercondutores de alta temperatura, que conduzem eletricidade quase sem resistência, mesmo em temperaturas extremas.

Embora a maioria dos reatores utilize supercondutores de baixa temperatura que requerem resfriamento massivo, o EAST emprega óxido de cobre e bário de terras raras (REBCO). O REBCO elimina a necessidade de grandes sistemas criogênicos e melhora a eficiência energética – fundamental para um reator de fusão que deve produzir mais energia do que consome.

Reduzir a perda de energia é essencial para trazer a fusão para o domínio da energia prática e limpa. Cada melhoria incremental, como o tokamak EAST da China, aproxima-nos desse objectivo.