O futuro da energia limpa e ilimitada

Principais takeaways

• Em 5 de dezembro, cientistas americanos da National Ignition Facility, na Califórnia, geraram mais energia a partir de uma reação de fusão nuclear do que colocaram em
• O resultado experimental é um enorme avanço da energia nuclear em uma busca de um século para desbloquear o poder do sol na Terra.
• Com mais pesquisa e investimento financeiro, os pesquisadores acreditam que estamos dentro de quatro décadas produzindo energia 100% limpa e ilimitada

“Segunda-feira, 5 de dezembro de 2022, foi um dia importante na ciência.”

Este eufemismo foi feito por Jill Hruby, subsecretária da Administração Nacional de Segurança Nuclear (NNSA), em uma coletiva de imprensa em 13 de dezembro.

O assunto: Um avanço da energia nuclear no National Ignition Facility (NIF) do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) na Califórnia.

O Diretor de Políticas de Ciência e Tecnologia do Escritório da Casa Branca, Dr. Arata Prabhakar, anunciou a conquista como um “marco científico” e uma “maravilha da engenharia inacreditável”.

“Essa dualidade de avançar na pesquisa, construir os complexos sistemas de engenharia, ambos os lados aprendendo um com o outro, é assim que fazemos coisas realmente grandes e difíceis, e este é apenas um belo exemplo”, acrescentou ela.

O ganho líquido de energia da reação de fusão é o primeiro na história da humanidade. Embora mais pesquisas (uma lote mais pesquisas) é necessária para tornar a tecnologia replicável, escalável e mais eficiente, é um passo essencial no caminho para a energia limpa.

E para os investidores, isso representa décadas de oportunidades prontas para serem colhidas.

O que é fusão nuclear?

A fusão nuclear envolve a combinação de átomos em um único átomo maior. O processo gera enormes quantidades de energia e é a reação central que impulsiona nosso sol.

A fusão nuclear difere da fissão nuclear, o processo usado em usinas nucleares. A fissão divide os átomos, em vez de combiná-los, gerando lixo radioativo perigoso no processo.

Por outro lado, a fusão nuclear é muito mais eficiente, quase não gera resíduos e elimina átomos de hidrogênio prontamente disponíveis na água do mar, em vez de materiais radioativos enterrados no solo. Isso o torna o candidato ideal para fornecer energia para tudo, de casas a fábricas... se puder ser dimensionado.

Desde que a fusão foi descoberta há um século, os cientistas correram para desbloquear e replicar a mecânica em um laboratório. Mas executar uma reação de fusão que requer menos energia do que gasta, um processo chamado ignição, iludiu os cientistas…

Até agora.

O avanço da energia nuclear em poucas palavras

O avanço da energia nuclear de dezembro ocorreu na National Ignition Facility, que usa um processo chamado “fusão inercial termonuclear”.

Essencialmente, o complexo de laser de US$ 3.5 bilhões dispara 192 lasers em uma pequena cápsula. A cápsula contém dois isótopos de hidrogênio que, quando bombardeados com energia, vaporizam quase imediatamente. O processo de fusão libera enormes quantidades de energia.

No passado, a entrada de energia dos lasers excedia em muito a saída de energia da reação de fusão. Mas em 5 de dezembro, os pesquisadores tentaram algo novo.

A casca ao redor da cápsula que eles usaram era mais espessa do que em experimentos anteriores, o que significa que pequenas falhas afetam menos o experimento. Essa mudança simples – e incrivelmente replicável – permitiu que algo incrível acontecesse.

O Dr. Marvin Adams, Vice-Administrador para Programas de Defesa da NNSA, descreveu o processo na conferência de imprensa de terça-feira. Ele observou que o processo começava com um cilindro esférico contendo uma pequena cápsula, “cerca de metade do diâmetro de um BB”.

“192 feixes de laser entraram pelas duas extremidades do cilindro”, disse ele, “e atingiram a parede interna… Raios-X da parede incidiram sobre a cápsula esférica. O combustível de fusão na cápsula foi espremido, as reações de fusão começaram. Isso tudo aconteceu antes, 100 vezes antes. Mas na semana passada, pela primeira vez, eles projetaram esse experimento para que o combustível de fusão permanecesse quente o suficiente, denso o suficiente e redondo o suficiente por tempo suficiente para inflamar. E produziu mais energia do que os lasers haviam depositado. Cerca de 2 megajoules para dentro, cerca de 3 megajoules para fora. Um ganho de 1.5.”

A importância desse avanço

Um ganho de 1.5 parece pequeno e, em termos de energia, é. Mas não é o tamanho da reação que importa – é que aconteceu absolutamente.

O avanço da fusão nuclear em 5 de dezembro foi o culminar de um século de pesquisa, financiamento de dólares e fracassos. Embora existam muitas etapas entre hoje e a viabilidade comercial, sem essa etapa, a fusão como fonte de energia era pouco mais que um truque de ficção científica. Hoje, é uma realidade.

E o potencial de longo prazo de um futuro repleto de fusão é simplesmente impressionante. Ao contrário do carvão e dos combustíveis fósseis, as reações de fusão não geram emissões de CO2 ou outros subprodutos. E como funciona com hidrogênio, o elemento mais abundante no universo, é virtualmente ilimitado em seu potencial de produção.

Com tanta energia, não vamos apenas reduzir nossa pegada de emissões – podemos revertê-la.

A energia ilimitada possibilitaria o avanço de todos os tipos de tecnologias de forma mais rápida, barata e limpa, desde soluções para mudanças climáticas até laptops melhores.

A energia de fusão pode aliviar os apagões de energia, alimentar as estações de tratamento de água e nos ajudar a descobrir maneiras melhores de reciclar e descartar o lixo.

Novas tecnologias podem extrair CO2 da atmosfera em grande escala, mitigando as mudanças climáticas e reduzindo as mortes humanas induzidas pela poluição.

A tecnologia da bateria pode avançar, permitindo a adoção em massa de produção e armazenamento de energia limpa para residências, veículos e muito mais.

Em grande escala, a longo prazo, a energia de fusão poderia eliminar as emissões da humanidade, permitindo um planeta mais limpo, mais verde e mais saudável – para não mencionar a qualidade de vida elevada para toda a humanidade.

Se isso soa um pouco idealista, você não está errado. Mas, novamente, a perspectiva da energia de fusão era idealista há 50 anos. Este mês, os cientistas provaram que a fusão é possível. Por que os outros benefícios de longo prazo também não podem se tornar realidade?

O que isso significa para os investidores?

Mas antes que um futuro de fusão se torne realidade, o espaço de energia requer mais pesquisa e inovação – muita.

Tempo e tecnologia são fundamentais

A coletiva de imprensa revelou que a matriz de laser que impulsionou a descoberta da energia nuclear é baseada em tecnologia de 40 anos. Os lasers modernos não são apenas mais poderosos, eles também são mais eficientes – o que significa que maiores ganhos de energia de fusão estão ao virar da esquina.

O diretor do LLNL, Dr. Kim Budil, teve o cuidado de lembrar aos jornalistas e investidores que a fusão não está a quatro semanas ou mesmo a quatro anos de distância. O processo levará tempo.

“Existem obstáculos muito significativos, não apenas na ciência, mas na tecnologia”, disse ela. “Esta é uma cápsula inflamada uma vez e, para obter energia de fusão comercial, você precisa fazer muitas coisas. Você tem que ser capaz de produzir muitos, muitos eventos de ignição por fusão por minuto, e você tem que ter um sistema robusto de drivers para permitir isso.”

No entanto, ela também está otimista de que um futuro movido a fusão está ao alcance.

“[É] provavelmente não daqui a cinco décadas, que é o que costumávamos dizer”, acrescentou ela. “Eu acho que está se movendo para o primeiro plano. Com algumas décadas de pesquisa e investimento… poderia nos colocar em posição de construir usinas de energia.”

Os investimentos financeiros podem impulsionar uma comercialização mais rápida

O LLNL baseou-se em grande parte em subsídios públicos e financiamento para tornar realidade o avanço da energia nuclear. Mas a secretária de energia dos EUA, Jennifer Granholm, acredita que tanto a pesquisa pública quanto a privada são necessárias para que a fusão aconteça.

“Sabemos que tem havido um grande interesse entre a comunidade de financiamento privado... e encorajamos isso”, disse ela na coletiva de imprensa de terça-feira. “Isso mostra que pode ser feito, o que sempre foi uma pergunta: você consegue chegar lá?”

“Esse limite sendo ultrapassado permite que [os cientistas] comecem a trabalhar em lasers melhores, lasers mais eficientes, cápsulas de contenção melhores etc., [essas são] as coisas necessárias para permitir que ele seja modularizado e levado à escala comercial”.

Felizmente, o setor privado está embarcando. Kim Budil observou que muitas empresas privadas estão explorando a produção de fusão inercial ao lado de sua prima, a fusão magnética. (A fusão magnética usa um tokamak, um dispositivo em forma de rosquinha que usa ímãs fortes para confinar o plasma em uma forma específica.)

Budil acredita que, entre a fusão magnética estar “um pouco à frente” e o avanço da ignição deste mês, ter nosso atual “portfólio de abordagens tecnológicas é realmente um ótimo lugar para se estar”.

Ela acrescentou: “Essas comunidades se alimentarão umas das outras, aprenderemos, continuaremos avançando no campo e muitas tecnologias crescerão em ambos os campos, além de um caminho para uma usina de energia de fusão”.

Capitalizando sobre o avanço da fusão nuclear

Durante a coletiva de imprensa, Arata Prabhakar compartilhou um momento de reflexão com o público.

“Também tenho refletido sobre quão longa pode ser a jornada do saber ao fazer”, disse ela. “Porque já faz um século desde que descobrimos que era a fusão [alimentando as estrelas]. E naquele século, foram necessários tantos avanços diferentes que finalmente chegaram ao ponto de podermos replicar essa atividade de fusão de maneira controlável em um laboratório.”

O tempo – mesmo em uma escala de décadas – é um conceito com o qual os investidores estão familiarizados. É necessário tempo para ganhar dinheiro, investir dinheiro e ver os resultados desses investimentos.

Se a fusão nuclear puder ser ampliada comercialmente, ela representará energia ilimitada para a humanidade – e enorme potencial de ganhos para os investidores que permanecerem por perto.

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E como o diretor do LLNL, Kim Budil, disse na terça-feira: “Os desafios da ciência e da tecnologia no caminho para a energia de fusão são assustadores, mas tornar possível o aparentemente impossível é quando estamos no nosso melhor”.

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