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A humanidade há muito tempo persegue o sonho da energia de fusão nuclear. Dominamos a fissão nuclear há várias décadas, e a energia nuclear tem nos servido bem desde então, exceto por sua péssima reputação. Quando a energia nuclear falha, como em Chernobyl e Fukushima, as consequências são muito graves.
Apesar de acidentes graves, a energia nuclear é, na verdade, uma das fontes de energia mais seguras disponíveis, juntamente com a solar e a eólica. A energia nuclear causa 99,91% menos mortes do que o carvão. O petróleo e o gás são quase tão perigosos quanto o carvão. A energia nuclear, especialmente a energia nuclear moderna, é muito mais eficiente do que qualquer outra fonte de energia.
A energia nuclear moderna também é altamente eficiente em termos de geração de resíduos. A maior parte dos resíduos pode ser reciclada, e as usinas nucleares produzem apenas 3 metros cúbicos de resíduos por ano de operação. Em comparação, uma usina termelétrica a carvão produz 300.000 toneladas de cinzas e seis milhões de toneladas de CO2 no mesmo período.
Tudo isso faz com que a energia nuclear pareça bastante atraente. Agora imagine usar energia de fusão em vez de fissão. Quatro vezes a energia da fissão, e o único resíduo é o hélio, que não é radioativo. Quatro milhões de vezes a energia do carvão.
Você já deve ter ouvido falar da fusão nuclear como energia ilimitada. Isso não está longe da verdade, exceto pelos custos potenciais associados a ela. Mas se superarmos esses obstáculos, se conseguirmos dominar a fusão nuclear, mudaremos o mundo para sempre. Mas ainda não chegamos lá.
O projeto de reatores de fusão começou já em 1939, mas é evidente que nenhum progresso significativo foi feito. Compreendemos as vantagens e a base científica, mas a implementação prática ainda não se concretizou. Podemos até criar reações de fusão, mas ainda não conseguimos sustentá-las e utilizá-las. Então, será que isso algum dia acontecerá? Veremos!
O que é fusão?
A energia de fusão, por mais difícil que seja criá-la na Terra, é totalmente real e plausível. É ela que alimenta o Sol. A alta pressão e temperatura do Sol podem fundir átomos de hidrogênio, produzindo hélio como subproduto. A energia liberada nessa reação é o que faz do Sol a gigantesca e incandescente bola de plasma que vemos no céu todos os dias.
A fissão atômica, que ocorre em reatores nucleares modernos e armas nucleares, é a divisão do átomo, não uma fusão. Em ambos os casos, uma quantidade incrível de energia é liberada porque a massa do núcleo resultante é menor que a massa dos núcleos reagentes.
O Sol se apagará um dia, quando esgotar o combustível necessário para sua sobrevivência, mas agora ele tem hidrogênio suficiente para durar mais cinco bilhões de anos, então isso não será um grande problema para nós tão cedo.
Para que a fusão nuclear funcione aqui na Terra, precisamos de uma reação que nos forneça mais energia do que a que investimos nela. Esse é o problema. Iniciar uma reação de fusão nuclear exige muita energia. Requer a criação de um plasma, que é um gás muito quente repleto de partículas carregadas. Quase todas as tentativas que fizemos até agora para induzir a fusão nuclear exigiram mais energia para criar a pressão e a temperatura necessárias para formar o plasma do que a energia que conseguimos produzir na pequena reação de fusão nuclear subsequente. Lembre-se, o Sol é 333.000 vezes maior que a Terra, então a pressão e a temperatura lá (que chegam a 27 milhões de graus) são muito menores.
Será que é possível criar um gerador termonuclear?
A fusão nuclear é possível na Terra, mas é difícil. A pressão no Sol é de 24,7 milhões de gigapascais. Em comparação, cientistas já criaram uma pressão de 770 gigapascais em laboratório, causando sensação internacional. Este é um obstáculo fundamental para que a fusão nuclear funcione aqui com a mesma facilidade que no Sol. Não conseguimos nem chegar perto de criar a mesma pressão. Isso significa que precisamos aumentar a temperatura, mas isso requer muito mais energia, o que destrói a reação. Se a energia necessária para criar a fusão nuclear for insuficiente para produzir o resultado desejado, então é inútil.
Lembra quando dissemos que o Sol pode gerar temperaturas de até 27 milhões de graus? Isso parece incrível até você saber o que precisamos fazer em laboratórios para tentar criar fusão termonuclear. Na Terra, usando lasers para compensar a falta de pressão, aquecemos o plasma a 100 milhões de graus.
Esse processo funciona, e já utilizamos a fusão nuclear com sucesso diversas vezes em laboratório. O problema é que atingir temperaturas de 100 milhões de graus exige mais energia do que a fusão nuclear pode produzir. Também é seguro afirmar que, mesmo quando a fusão nuclear atingir um nível viável, seu custo inicial será extremamente alto. Isso representa um sério obstáculo ao sonho de recursos energéticos ilimitados.
Atualmente, existem cerca de 20 reatores de fusão em todo o mundo trabalhando para criar uma reação de fusão sustentável que não exija mais energia do que produz. Em 2022, cientistas alcançaram esse feito pela primeira vez. Eles utilizaram dois megajoules de energia para alimentar 200 lasers focados em uma única cápsula de combustível. A reação de fusão começou e produziu 3,15 megajoules de energia. Essa foi uma reação pequena, mas bem-sucedida. Ela foi repetida mais três vezes, produzindo uma vez 3,88 megajoules, comprovando que não se tratava de um acaso.
Ainda em 2022, um laboratório na China quebrou o recorde de reação sustentada mais longa, alcançando uma reação com duração de 17 minutos a uma temperatura de 126 milhões de graus Celsius. Posteriormente, um laboratório no Reino Unido produziu 59 megajoules de energia sustentada, dobrando o recorde anterior. Em 2024, foram produzidos 69 megajoules. Na prática, isso não é muito, suficiente apenas para quatro banhos termais. Existem diversos planos para criar geradores de fusão funcionais até 2030.
Para que isso se torne viável, a escala de produção precisa ser aumentada significativamente. Fornecer eletricidade às cidades exige a geração de muito mais energia. Mas as perspectivas existem e espera-se que isso aconteça em breve.
Por que desejamos tanto isso?
Não é de admirar que a fusão nuclear seja considerada uma fonte de energia potencialmente ilimitada. Ela utiliza hidrogênio, o elemento mais abundante do universo.
Suponhamos que tivéssemos uma instalação, uma espécie de reator de fusão, que fosse estável e confiável e produzisse energia de fusão altamente eficiente. Um galão de água do mar seria suficiente para produzir energia equivalente a 300 galões de gasolina. Não haveria necessidade de carvão, que produz fumaça poluente, nem de urânio, que emite radiação. Apenas combustível limpo e acessível, sem subprodutos perigosos.
A energia solar e a eólica também oferecem produção de energia limpa, mas não podem operar na escala da fusão nuclear. A energia eólica e a solar exigem muito mais infraestrutura, como painéis solares e turbinas eólicas. Ambas dependem das condições climáticas, o que não ocorre com a fusão nuclear.
A principal vantagem da utilização da energia de fusão é o seu impacto no clima. A energia de fusão elimina eficazmente a poluição ambiental causada pelas fontes de energia modernas, em particular os combustíveis fósseis. Poderíamos eliminar a produção de muitas emissões perigosas. A crise climática poderia potencialmente ser resolvida com a energia de fusão. As empresas que investem em energia de fusão preveem que podemos atingir emissões líquidas zero de carbono até 2050.
O fato de a fusão nuclear ser muito mais eficiente em termos energéticos do que qualquer método de produção de energia existente também é uma grande vantagem. A produção de energia é quatro milhões de vezes mais eficiente do que em uma usina termelétrica a carvão, tornando impraticável até mesmo a consideração do uso de carvão.
Embora a energia de fissão seja a melhor opção disponível atualmente, a fusão é significativamente superior não apenas em termos de produção de energia, mas também em termos de segurança. As maiores desvantagens das usinas nucleares hoje são o risco de acidentes e o problema do lixo radioativo. Os reatores de fusão eliminam essas duas preocupações. Não há resíduos perigosos e acidentes na usina são impossíveis.
As usinas de fusão nuclear utilizam quantidades incrivelmente pequenas de combustível; a quantidade de deutério ou trítio usada é aproximadamente do tamanho de um selo postal. Se algo acontecesse, a reação não sairia do controle e não causaria o derretimento do núcleo; ela simplesmente se extinguiria e pararia.
Outro ponto importante: como esses reatores utilizam hidrogênio, uma parcela significativa das tensões geopolíticas poderia ser reduzida. Imagine se as guerras por petróleo não fossem mais travadas porque ninguém precisasse dele. O potencial para novas dinâmicas em escala global é bastante real. Ao mesmo tempo, o potencial impacto econômico em diversas regiões do mundo não pode ser ignorado.
Qual é o perigo da energia termonuclear?
Embora isso não represente perigo, uma possível desvantagem da energia de fusão nos estágios iniciais de seu desenvolvimento provavelmente será o custo. Tudo que é novo é caro, seja um carro novo, um novo console de videogame ou uma nova fonte de energia. As fontes de energia tradicionais simplesmente se tornarão mais baratas. É por isso que ainda queimamos carvão e gasolina e usamos usinas nucleares. A infraestrutura existe, o método de produção de energia é simples de entender e os consumidores estão acostumados a pagar um certo preço por isso.
O custo da fusão nuclear está projetado em torno de US$ 80 a US$ 100 por MWh a preços de 2020. No entanto, um cenário mais realista é que os custos sejam significativamente maiores, chegando a US$ 150 por MWh. Esse valor aumentará com a inflação. Contudo, isso só é realista em um mundo onde a fusão nuclear se torne a norma. Inicialmente, pesquisadores de Princeton projetaram que os custos de capital para a fusão nuclear poderiam atingir US$ 7.000 por kW.
Em 2021, o Departamento de Energia dos EUA estimou que o projeto internacional de pesquisa de fusão ITER, que está construindo tokamaks para estudar e produzir energia de fusão, já havia custado US$ 65 bilhões. O orçamento inicial era de US$ 5 bilhões. Em outras palavras, ninguém ainda sabe o custo exato da fusão, mas provavelmente será maior do que imaginamos.
Em termos de riscos práticos, os reatores de fusão podem não funcionar como se acredita. O Sol funde hidrogênio, mas na Terra, estamos considerando o uso de deutério e trítio, isótopos do hidrogênio, por serem mais reativos que o próprio hidrogênio. O trítio não é encontrado na natureza. É radioativo e um subproduto da fissão nuclear. Uma reação de fusão pode eventualmente produzir seu próprio trítio, mas este precisa ser fornecido em grandes quantidades. O custo de um grama é de aproximadamente US$ 30.000.
A fusão usando esses isótopos cria fluxos de nêutrons, que são radioativos e podem produzir plutônio de grau militar. Portanto, a vantagem de "zero resíduos" é tecnicamente falsa quando aplicada à forma como realizamos a fusão na Terra. No entanto, os defensores da tecnologia apontam que o trítio tem uma meia-vida muito curta e que apenas quantidades insignificantes são necessárias em usinas de fusão. Isso ainda poderia proporcionar relativa segurança. Quanto aos fluxos de nêutrons, a solução para blindagem e proteção contra eles ainda precisa ser determinada, mas é possível.
Outra desvantagem, voltando à questão da energia, é que a alegação de ganho líquido de energia é talvez um tanto ambígua. O relatório de 2022 sobre o avanço da fusão nuclear não mencionou que o laboratório utilizou 300 megajoules de energia para carregar os lasers antes de dispará-los, gerando três megajoules de energia de fusão. Eles se concentraram apenas na energia liberada durante o disparo em si, que foi menor do que a energia produzida.
Quanto ao papel de salvador do mundo, há também a questão da oportunidade. Se quisermos salvar o mundo da crise climática, a ONU afirma que devemos alcançar a neutralidade de carbono globalmente até 2050. Apesar das promessas das empresas, parece improvável que a fusão nuclear possa ser ampliada tão rapidamente. Isso não significa que não deva ser desenvolvida, mas afirmar que ela resolverá um problema que será tarde demais para solucionar é desonesto.
Vale ressaltar também que as informações sobre a potência que um gerador de fusão pode produzir são frequentemente obscurecidas por uma linguagem vaga. Alega-se que a instalação ITER, na França, é capaz de produzir 500 megawatts de potência com um consumo de apenas 50 megawatts. Isso parece um bom compromisso, mas 500 megawatts não são potência elétrica, e sim a energia da fusão na forma de nêutrons e partículas alfa. E 50 megawatts não são a potência elétrica consumida, mas apenas energia térmica. A instalação consome muito mais eletricidade, aproximadamente entre 300 e 400 megawatts. Portanto, a eficiência alegada ainda não foi alcançada, e as estratégias de relações públicas e marketing distorcem a verdade.
O Sol e outras estrelas no espaço comprovam, sem dúvida, que a energia de fusão é uma fonte de energia incrível. Se a humanidade algum dia conseguirá aproveitá-la, e aproveitá-la de uma forma que justifique o tempo e o esforço investidos, só saberemos daqui a alguns anos, pelo menos.
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