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É o mesmo processo utilizado pelo Sol e as demais estrelas, e tem todas as vantagens da energia nuclear. Com um benefício adicional importante: não gera resíduos radioativos.

Texto: Victor Bianchin | Edição de arte: Estúdio Nono | Design: Andy Faria


Os reatores de fusão nuclear, que começaram a ser desenvolvidos pelos russos nos anos 1950, são considerados a tecnologia do futuro para a geração de eletricidade. As vantagens da fusão justificam a empolgação. Afinal, ela utiliza pouquíssimos recursos renováveis, não emite gases causadores do efeito estufa – e, principalmente, não gera resíduos radioativos.

Mas por que, então, depois de seis décadas, ainda não existem usinas de fusão? Será que é possível acreditar que essa situação vá mudar? O futuro anunciado há quase sete décadas vai chegar em algum momento?

Antes de responder às perguntas, vamos entender do que se trata, afinal, a geração de energia a partir da fusão nuclear. Em poucas palavras, trata-se de imitar o que acontece nas estrelas. É um processo muito diferente da fissão nuclear que é utilizada pelas usinas nucleares atuais.

No processo de fissão nuclear desenvolvido atualmente, átomos de algum elemento instável, como o urânio-235, são bombardeados por um nêutron livre. Ele é capturado e a reação gera dois átomos mais leves e instáveis, energia térmica, radiação gama e mais nêutrons livres – esses últimos servem para fissionar os próximos átomos de urânio, provocando uma reação em cadeia.

A massa dos subprodutos da fissão é menor do que a inicial. Para onde vai essa diferença? Segundo a lei da conservação das massas, não é possível destruir energia, e sim apenas convertê-la em outra coisa. Portanto, a diferença entre os dois números representa justamente a massa que virou energia (na forma de calor).

Mas a fissão nuclear tem suas desvantagens. O lixo radioativo, a maior delas, consiste basicamente em átomos instáveis, que passam, no decorrer de um longo tempo, pelo processo de decaimento beta, que é quando um núcleo se transforma em outro ao emitir partículas beta, antineutrinos ou raios gama – essa é a famosa e temida radiação.
Trocando em miúdos: enquanto esses átomos não se estabilizarem, eles permanecerão emitindo radiação, precisando ser selados e armazenados em algum lugar seguro.

Eficiente e seguro

A fusão é muito comum no Universo. Nos centros de cada estrela, incluindo nosso Sol, a temperatura é tão absurdamente alta que os átomos de hidrogênio são forçados continuamente a se fundir, transformando-se em átomos de hélio. O calor viaja pelo vácuo universal até penetrar nossa atmosfera e aquecer a Terra. Se não fosse a fusão nuclear, não haveria vida no nosso planeta.

Reproduzir esse processo na Terra seria desafiador em alguns aspectos, mas não em todos. Começando pelo combustível. O hidrogênio em sua forma mais comum (chamada de prótio) não seria muito útil, mas seus isótopos deutério e trítio, por serem muito mais instáveis, caberiam no papel perfeitamente. O deutério tem um próton e um nêutron em seu núcleo e o trítio tem um próton e dois nêutrons.

Fundindo os dois, temos um átomo de hélio-4, que possui dois prótons e dois nêutrons no núcleo, e um nêutron livre em alta velocidade. A energia cinética liberada é o que propulsiona esse nêutron, que, por sua vez, irá esquentar a água que irá movimentar as turbinas com o objetivo de produzir eletricidade.

Deutério pode ser extraído com facilidade da água do mar, o que é um ponto positivo. Já o trítio é bem mais raro, pois não ocorre espontaneamente na natureza, e criá-lo artificialmente é caro. Estuda-se substituí-lo pelo hélio-3, um isótopo do hélio que também é raro, mas só na Terra. Na Lua, em tese, é possível que existam grandes depósitos de hélio-3 devido à radiação solar.

Se fosse possível minerar esses depósitos, nós não precisaríamos usar o trítio. Mas é claro que, aí, já estaríamos entrando no campo da ficção científica. O trítio, por mais caro que seja, a ciência já sabe como conseguir: basta bombardear átomos de lítio com nêutrons. Mas e os produtos da reação? A fusão nuclear só gera hélio-4, um gás inerte. Zero lixo radioativo.

Pense no que isso significa: além de eliminar o grande problema dos depósitos desse tipo de dejeto, também evitaria por completo a possiblidade de desastres nucleares como o de Chernobyl e o de Fukushima.

Caso a operação de um reator de fusão nuclear desse algum problema, como o rompimento de uma proteção, por exemplo, o plasma onde o processo ocorre esfriaria e a reação seria interrompida imediatamente. Não haveria explosão ou vazamento de radiação.

<strong>Quando estiver pronto, o ITER vai gerar plasma a 150 milhões de graus Celsius.</strong>

Quando estiver pronto, o ITER vai gerar plasma a 150 milhões de graus Celsius. (Reprodução/Divulgação)

Além de tudo isso, há o grande chamariz: a fusão de 1 kg de deutério e trítio produz 93,6 GWH. Isso é quatro vezes a energia produzida pela fissão da mesma quantidade de urânio-235. E é também um milhão de vezes mais do que a energia produzida pela combustão de 1 kg de gasolina. Na prática, isso significa que, fundindo 5 kg de água do mar por hora, daria para abastecer a demanda por energia do Brasil inteiro. Coisa de doido.

Então a fusão é menos perigosa, não gera lixo, usa ingredientes relativamente fáceis de obter e fornece muito mais energia do que os outros meios conhecidos. E ela já foi realizada, e não apenas em teoria: já existem reatores de fusão experimentais em vários países. Só no Brasil, três instituições mantêm os seus: Universidade de São Paulo (USP), Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). Até aqui, perfeito. Então, qual é o problema? Por que não temos um monte de usinas com reatores de fusão nuclear por aí?

Gasto excessivo

O que acontece é o seguinte: os núcleos atômicos têm cargas positivas e, por isso, se repelem. Para que a fusão aconteça, é preciso superar essa repulsão. A única forma de fazer isso é aquecer o material a temperaturas altíssimas, da ordem de dezenas a centenas de milhões de graus Celsius.

O aquecimento é tão violento que os átomos acabam formando o que se chama de plasma de fusão, uma sopa em que os elétrons e os núcleos dos átomos se separam e vagam livremente. Apenas obtendo o plasma é que é possível realizar fusão nuclear.

Aí está o primeiro grande desafio. Nas estrelas, o que acontece é um método de força bruta: a massa gigantesca desses corpos celestes gera uma pressão altíssima em seus núcleos, o que, por sua vez, garante as temperaturas necessárias para que a fusão ocorra por ali. Mas, na Terra, criar as condições para esse plasma se formar é uma tarefa hercúlea. Manter esse plasma estável para que as reações ocorram é um segundo passo mais difícil ainda. E, mesmo que tudo isso seja alcançado, ainda existe o fato de que você estará colocando muito mais energia dentro do sistema do que retirando dele, ou seja, o experimento não faria sentido comercialmente. É como se estivéssemos utilizando 100 baterias de carro para energizar uma máquina que, em troca, te dá uma pilha AAA. Não há benefício ambiental que justifique esse desperdício de energia.

Acontece que ciência existe justamente para enfrentar obstáculos como esse e, atualmente, não são poucos os profissionais que estão tentando reverter esse cenário – além de dezenas de startups criadas nos últimos anos com o objetivo de solucionar detalhes técnicos das futuras usinas de fusão. A primeira etapa, que é criar uma máquina que consiga estabilizar o plasma, já é desenvolvida em vários laboratórios pelo planeta.

Donut gigante

O ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), que está sendo construído na França, será o maior experimento de fusão nuclear do mundo e já anunciou seu “primeiro plasma” para 2025. Trata-se de um colosso em forma de donut com 16 mil m3 e 30 m de diâmetro onde o plasma será aquecido a uma temperatura de 150 milhões de graus Celsius, mais de dez vezes a temperatura do Sol.

A maior concorrente do ITER é a britânica Tokamak Energy, que conseguiu chegar aos 15 milhões de graus Celsius em um experimento em seu reator ST40 em 2018. A empresa declarou que pretende começar a explorar a energia de fusão nuclear comercialmente a partir de 2030.

“Tokamak”, além de ser o nome de uma empresa, é um termo que descreve um tipo de tecnologia, já que é formado pelo acrônimo da expressão em russo para “câmara toroidal com bobinas magnéticas”. Trata-se de um reator que usa campos magnéticos para criar e manter o plasma. O ITER e o ST40 são tokamaks, mas há outras tecnologias também sendo exploradas.

<strong>O modelo de reator mais utilizado para produzir fusão nuclear surgiu na Rússia e é conhecido como tokamak.</strong>

O modelo de reator mais utilizado para produzir fusão nuclear surgiu na Rússia e é conhecido como tokamak. (Reprodução/Divulgação)

Os modelos estelarator (como o alemão Wendelstein 7-X) também usam campos magnéticos, mas têm formato de anéis retorcidos em vez de donut. Já os aparelhos de confinamento inercial consistem, principalmente (mas nem todos), em usar lasers superpoderosos para aquecer o combustível, formando o plasma – o reator mais famoso nesse modelo é o NIF (National Ignition Facility), instalado nos EUA.

Nenhuma dessas máquinas citadas será capaz de produzir energia elétrica em escala comercial. Todas servem como experimentos para que os cientistas possam compreender melhor as diversas complexidades da tecnologia. São passos seguros (ainda que lentos) na direção do sonho de abastecer o mundo com a energia limpa e praticamente inesgotável de fusão nuclear.