Uma excitação nervosa paira no ar. Meia dúzia de cientistas estão sentados atrás de telas de computador, mexendo nos painéis enquanto fazem verificações de última hora. “Vá e torne a arma perigosa”, um deles diz a um técnico, que se esgueira para uma câmara adjacente. Um bipe baixo soa. “Pronto”, diz a pessoa que está executando o teste. A sala de controle fica em silêncio. Então, bum.
Ao lado, 3kg de pólvora comprimiu 1.500 litros de hidrogênio a 10.000 vezes a pressão atmosférica, lançando um projétil pelo cano de 9 metros de uma pistola de gás leve de dois estágios a uma velocidade de 6,5 km por segundo, cerca de 10 vezes mais rápido do que uma bala de um rifle.
Nos monitores, os cientistas estão verificando o próximo estágio, quando o projétil atinge o alvo - um pequeno bloco transparente cuidadosamente projetado para amplificar a força da colisão. O projétil precisa acertar sua marca perfeitamente. A menor rotação corre o risco de descarrilar a física cuidadosamente calibrada.
“Graças a Deus”, exclama um dos técnicos, após rever um vídeo do impacto da artilharia científica. Foi o tiro perfeito.
Os que estavam na sala do First Light Fusion, em um parque empresarial fora da cidade inglesa de Oxford, tinham acabado de testemunhar outro passo promissor em uma missão de 60 anos para responder a um dos problemas mais complexos da ciência: como aproveitar a reação de fusão que alimenta o sol para gerar eletricidade limpa e ilimitada na Terra.
O potencial da energia de fusão, desenvolvido pela primeira vez pela União Soviética, tem atormentado os cientistas por décadas, mas sempre pareceu fora de alcance.
“A fusão é provavelmente o maior desafio técnico que a humanidade já enfrentou”, diz Arthur Turrell, cujo livro The Star Builders mostra o esforço de décadas de engenheiros, físicos e matemáticos para alcançar o que alguns ainda acredito que é impossível. “O quão perto está não depende do tempo, mas da vontade, do investimento e do comprometimento de recursos para realmente chegar lá.”
Um número crescente de empresas privadas, incluindo a First Light, agora espera comercializar esses anos de pesquisa pública, provando que a energia de fusão pode funcionar e conectando-a à rede já na década de 2030.
Ao contrário da fissão nuclear, quando os átomos são divididos, a fusão não produz resíduos radioativos significativos e nunca poderia resultar em um acidente nuclear, como Chernobyl. Os insumos químicos mais eficientes para fusão - deutério e trítio - também estão amplamente disponíveis.
Apenas um copo de combustível criado pelo processo tem o potencial energético de 1 milhão de galões de petróleo e pode gerar, dependendo da abordagem de fusão, até 9 milhões de quilowatts-hora de eletricidade, o suficiente para abastecer uma casa para mais de 800 anos, estimam os cientistas.
Essas características, dizem seus proponentes, significam que a fusão, ao fornecer eletricidade barata e sem emissões ilimitadas, poderia genuinamente salvar o mundo.
“Eu não poderia estar mais otimista”, diz o capitalista de risco do Vale do Silício Sam Altman, que recentemente investiu US$ 375 milhões na start-up de fusão americana Helion. “Além de ser nosso melhor caminho para sair da crise climática, a energia mais barata é transformadora para a sociedade.”
Uma ideia da era soviética, privada
Os físicos soviéticos desenvolveram a primeira máquina de fusão na década de 1950 usando uma abordagem conhecida como fusão por confinamento magnético. O tokamak – abreviação em russo para câmara toroidal com bobinas magnéticas – permitia que um plasma de deutério e trítio, ambos isótopos de hidrogênio, fosse mantido no lugar por poderosos ímãs e aquecido a temperaturas mais altas que o sol, de modo que os núcleos atômicos se fundissem, criando hélio. e liberando energia no processo.
O problema é que, embora os cientistas tenham se tornado adeptos da fusão dos dois isótopos, o tokamak soviético e todos os outros sistemas de fusão desenvolvidos desde então exigem uma grande quantidade de energia. E em mais de meio século de tentativas, nenhum grupo conseguiu gerar mais energia a partir de uma reação de fusão do que o sistema consome.
“Quando obteremos eletricidade da fusão? Quem diabos sabe? diz Steven Krivit, um escritor de ciência que há 20 anos tem sido um observador crítico dos falsos começos da energia de fusão. “Até que vejamos alguém fornecendo eletricidade de maneira econômica, ainda estamos fazendo ciência, não estamos fazendo tecnologia.”
Mas, após uma série de avanços nos setores público e privado nos últimos seis meses, alguns participantes do setor estão muito mais esperançosos. Na China, em maio, uma máquina conhecida como East – o Experimental Advanced Superconducting Tokamak – conseguiu sustentar uma reação de fusão a 120 milhões de graus Celsius por um recorde de 101 segundos. Temperaturas acima de 100m C geralmente necessárias para a fusão por confinamento magnético já haviam sido alcançadas antes, mas nunca mantidas por tanto tempo.
Então, em setembro, uma startup de Boston demonstrou o uso de um supercondutor de alta temperatura para gerar um campo magnético muito mais forte do que um tokamak tradicional. O grupo, Commonwealth Fusion Systems, que cresceu a partir do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, acredita que a descoberta permitirá fazer uma máquina de fusão mais eficiente que será menor, mais barata e mais viável como fonte comercial de energia.
Bob Mumgaard, executivo-chefe da CFS, compara o avanço com a evolução da computação. “Os computadores, quando tinham tubos de vácuo, ocupavam salas inteiras. Então, quando eles tivessem transistores, você poderia tornar os computadores menores e, de repente, as pessoas que não estavam fazendo computadores poderiam fazer computadores”, diz ele.
“A fusão tem tantos atributos realmente desejáveis, se você pensar sobre o que é necessário para que o mundo inteiro viva da maneira que as pessoas merecem viver e também ter um planeta habitável”, diz ele. O próximo passo para a produção de energia é a construção de uma usina de demonstração chamada Sparc, com cerca de metade do tamanho de uma quadra de tênis, que a CFS espera que alcance energia líquida até 2025 e depois uma usina comercial na década de 2030.
“Estamos usando ciência conhecida, com nova engenharia e novos materiais”, diz Francesca Ferrazza, física da petroleira italiana Eni, que colabora com o MIT desde 2008 e é a maior investidora externa do CFS. “A ambição seria ser um player no campo [da energia de fusão] com uma presença significativa em várias partes da cadeia de valor”, diz ela.
“A fusão está chegando, mais rápido do que você espera”, diz Andrew Holland, diretor-executivo da recém-formada Fusion Industry Association, que contabiliza o número de empresas privadas no setor em todo o mundo em 35 e crescendo.
Uma espera paciente
A participação privada no setor é relativamente nova. Na segunda metade do século 20, a pesquisa de fusão foi promovida por consórcios públicos internacionais e os maiores projetos do mundo continuam sendo financiados pelo governo.
O Departamento de Energia dos EUA ajudou a estabelecer o Centro de Fusão de Plasma do MIT - agora o Centro de Ciência e Fusão de Plasma - em 1976 em resposta à crise do petróleo e ao aumento dos preços. O Joint European Torus, que continua sendo o tokamak mais avançado do mundo, foi inaugurado em Culham, um vilarejo ao sul de Oxford, em 1984. Então, em 1985, o presidente dos Estados Unidos, Ronald Reagan, e Mikhail Gorbachev, seu homólogo soviético, concordaram em cooperar no ITER — o Reator Experimental Termonuclear Internacional — o maior projeto de fusão nuclear do mundo, para aliviar as tensões da Guerra Fria.
Alguns especialistas acreditam que o ITER ainda tem maior probabilidade de produzir energia líquida primeiro, mas o projeto, uma colaboração entre 35 países que continua em construção na França quase 40 anos depois, a um custo estimado de mais de US$ 20 bilhões, tornou-se um sinônimo para o progresso glacial.
“Nenhuma das empresas privadas de fusão estaria aqui hoje sem a ciência desenvolvida no programa ITER”, diz Christofer Mowry, diretor executivo da General Fusion do Canadá. “Mas o custo e o cronograma do ITER não devem ser usados como ponto de referência para o que é necessário para desenvolver e comercializar a energia de fusão.”
Mowry, que ingressou na empresa apoiada por Jeff Bezos em 2017, tem certeza de que será o setor privado que tornará a energia de fusão uma realidade. Ele compara isso ao papel que a SpaceX de Elon Musk desempenhou no avanço das perspectivas de acesso comercial ao espaço.
“A SpaceX não inventou a ciência dos foguetes. Foram 50 anos de pesquisa, polvilhou um pouco dessas tecnologias modernas e fez uma Apollo melhor, mais rápida e mais barata”, diz ele, referindo-se ao programa da agência espacial americana.
A abordagem da General Fusion, que chama de fusão de alvo magnetizado, é incomum, pois foi projetada com uma usina de energia comercialmente viável em mente, diz Mowry. Ele usa uma série de pistões movidos a vapor para comprimir rapidamente o plasma para condições de fusão e uma parede de metal líquido para absorver o calor da reação, que é então usado para produzir vapor para acionar um gerador de turbina. A construção de sua primeira planta de demonstração está programada para começar no próximo ano, também em Culham, e ser concluída em 2025.
No total, as empresas privadas de fusão levantaram US$ 2,3 bilhões em investimentos, de acordo com a associação do setor. Mais de um quinto desse financiamento foi levantado apenas este mês pela Altman's Helion, que usa ainda outra abordagem que chama de fusão sem ignição pulsada. Envolve aumentar a temperatura do combustível para 100m C em um “acelerador de plasma” em forma de haltere de 12 metros de largura e 1,80 metros de altura para capturar a energia à medida que a reação se expande e empurra o campo magnético do sistema.
Mowry argumenta que a variedade de abordagens é um dos pontos fortes do setor emergente. “A indústria privada aceita mais riscos para ir mais rápido e mais barato”, diz ele. “Isso significa que nem todos os tiros serão aplicados, mas o mundo não precisa de todos eles.”
Um setor contaminado
No First Light em Oxford, as esperanças dos cientistas não estão na pistola de gás - que é usada para testar a ciência, mas não fará parte do futuro sistema de energia - mas no alvo usado para abrigar o combustível deutério-trítio e amplificar o impacto do projétil.
A hipótese da First Light, baseada na teoria da fusão por confinamento inercial, é que ao disparar um projétil contra o alvo a velocidades superiores a 20 km por segundo - o suficiente para viajar de Londres a Nova York em 4 minutos - eles podem criar o suficiente energia para forçar o deutério e o trítio a se fundirem, vaporizando o alvo, enquanto gera a energia equivalente à queima de 10 barris de petróleo.
Fundada pelo executivo-chefe Nicholas Hawker, de 36 anos, e seu ex-professor de física Yiannis Ventikos, a First Light é cautelosa quanto à composição e design do alvo, que a empresa mantém bem guardado. A réplica em sua sede - um cubo transparente, com pouco mais de um centímetro de largura, contendo duas cápsulas esféricas - parece um adereço de um filme de super-herói.
“É a cápsula de café expresso definitiva”, diz Hawker, explicando que a First Light espera fabricar e vender os alvos para futuras usinas de energia - construídas de acordo com seu projeto - que precisariam vaporizar uma a cada 30 segundos para gerar energia contínua. Ele foi atraído, diz ele, para “trabalhar além do limite do conhecimento humano”.
É exatamente essa complexidade, porém, que dificulta a verificação de sinistros e tem manchado o setor.
Em 1951, no auge da Guerra Fria, Juan Perón, presidente da Argentina, convenceu o mundo de que seus cientistas haviam aproveitado o poder da fusão, gerando manchetes em jornais globais. O combustível de fusão logo estaria disponível, como o leite, disse ele, em garrafas de meio litro. Quase quatro décadas depois, em 1989, dois químicos da Universidade de Utah disseram ter conseguido fundir núcleos à temperatura ambiente em uma célula eletroquímica simples em uma bancada de laboratório, uma afirmação que se desfez em semanas.
Esses incidentes continuam a pesar na indústria. Krivit, o escritor de ciência, argumenta que, até que um grupo mostre que pode gerar eletricidade a partir de uma reação de fusão, os potenciais investidores devem tratar as reivindicações das empresas privadas com ceticismo.
Ainda assim, sem dúvida, há progresso, inclusive no National Ignition Facility do governo dos EUA, onde em agosto os cientistas usaram 192 lasers para gerar uma reação de fusão que parece ter chegado mais perto de atingir a energia líquida.
“Foi o maior avanço na fusão em literalmente décadas”, diz Turrell, acrescentando que colocar a energia de fusão na rede em 2030 é uma “grande ambição”.
“Mas se eles chegarem lá em 2040, isso ainda será uma grande vitória para o mundo”, acrescenta ele. “E mesmo que cheguem lá depois de 2050 e o mundo [já] tenha atingido o zero líquido – isso ainda será uma grande vitória para a humanidade, porque precisamos de um portfólio de fontes de energia.”
Nesse estágio, diz Turrell, a fusão pode ser usada para alimentar sistemas de captura de carbono com uso intensivo de energia, permitindo que o mundo comece a reverter, em vez de diminuir, alguns dos danos ambientais causados pelas mudanças climáticas.
Hawker concorda com essa visão. As fontes de energia renovável existentes, particularmente energia eólica e solar, podem ser ampliadas para substituir os combustíveis fósseis, mas também terão dificuldades para atender aos aumentos previstos na demanda de energia devido à eletrificação do sistema global de energia e ao aumento do consumo de energia nos países em desenvolvimento, diz ele.
Em 2050, o mundo precisará de 12 vezes mais eletricidade limpa do que a produzida hoje, diz ele, citando o trabalho do autor climático Solomon Goldstein-Rose. “Qualquer coisa que tenhamos que acrescente à imagem existente é uma grande coisa”, diz Hawker, “e deveríamos estar fazendo isso na velocidade máxima”.
Vídeo: A energia solar baseada no espaço 'pode ser implantada em 10 anos'Capital do Clima
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