Quando a fusão nuclear colocará o petróleo e o gás fora dos negócios?

Esta época natalícia é um momento de agradecimento e esperança pelos saltos impositivos que estão a ser dados na ciência:

Primeiro, Príncipe William, que fundou o Prêmio Earthshots, anunciou prêmios em Boston em 2022. Uma categoria foi chamada Reviva Nossos Oceanos. O vencedor foi um grupo chamado Mulheres Indígenas da Grande Barreira de Corais. O Recife está sob ataque e os vencedores estão empenhados em sua defesa. Eles trabalham para proteger praias e tartarugas e preservar ervas marinhas que capturam dez vezes mais CO2 do que as florestas amazônicas. Eles combatem o antigo conhecimento aborígine e usam ferramentas modernas como drones para monitorar as mudanças nos corais do recife, bem como os incêndios florestais no interior.

Em segundo lugar, por 20 anos, o Departamento de Energia dos EUA financiou o conceito e o desenvolvimento de um Reator Nuclear Modular Pequeno (SMR) chamado NuScale Power Module. Mais seguro, mais barato, escalável e livre de carbono são as vantagens. É o único SMR a receber aprovação de projeto da Comissão Reguladora Nuclear (NRC). Com menos de 100 pés de altura, o módulo é um cilindro de 15 pés de largura que fica em um banho de água abaixo do nível do solo. Pode produzir 77 MegaWatts de eletricidade que pode abastecer 60,000 residências. O objetivo é estar funcionando em Idaho até 2029.

Em terceiro lugar, o estabelecimento médico tem um avanço no tratamento de certos tipos de câncer. O método retira as células T, que fazem parte do sistema imunológico que combate o câncer, do corpo para modificá-las geneticamente, usando a técnica CRISPR, e depois reinjetá-las de volta no corpo como uma “droga viva”. Usando o CRISPR, as células T podem ser ajustadas e tornadas mais mortais em seu ataque a células cancerígenas específicas.

Essas células T “comerciais” podem ser fabricadas em grandes quantidades rapidamente usando CRISPR, em vez de ter que esperar semanas ou meses antes. Em 12 de dezembro de 2022, o Dr. McGuirk, da Universidade do Kansas, anunciou resultados surpreendentemente bons e abriu uma nova porta para o tratamento de cânceres: os tumores encolheram em 67% de 32 pacientes com câncer de linfoma. 40% dos pacientes alcançaram remissão completa. Há grande entusiasmo pelo potencial desta técnica para curar muitos outros tipos de câncer.

O quarto é um avanço na fusão nuclear que é bastante impressionante.

Avanço da fusão nuclear.

No século passado, o maior século da física, uma das descobertas foi a fissão nuclear. Quando um átomo pesado como o plutônio se desfaz, uma pequena quantidade de massa é perdida e reaparece como uma enorme quantidade de energia – porque E = mc^2, onde c é a velocidade da luz e um número muito grande.

Sob a ameaça de que a Alemanha desenvolveria uma bomba de reação em cadeia com base nessa reação, o governo dos Estados Unidos despejou uma enorme quantidade de fundos na construção de uma bomba de fissão em Los Alamos, Novo México, não muito longe de onde moro. Foi testado no deserto de White Sands, ao sul de Albuquerque, e eventualmente usado para acabar com a guerra com o Japão.

A aplicação comercial levou rapidamente a reatores nucleares do tamanho de uma grade em diferentes países. Alguns tiveram sucesso – a França obtém 70% de sua energia elétrica de 56 reatores nucleares, enquanto os EUA obtêm cerca de 20% de sua energia de 93 reatores nucleares.

Mas o sucesso é difícil quando ocorrem acidentes terríveis, como Chernobyl, na Rússia, em 1986 e Fukushima, no Japão, em 2011, e a sempre presente preocupação com o descarte de lixo nuclear nos EUA.

Uma reação nuclear irmã ocorre quando dois núcleos de hidrogênio são forçados a se fundir em hélio, superando as forças repulsivas e, mais uma vez, uma enorme quantidade de energia é liberada. Esta foi a base dos testes de bombas de hidrogênio dos EUA no Pacífico Sul (Atol de Bikini) na década de 1950, antes do tratado de proibição de testes de 1963.

A aplicação comercial da fusão nuclear tem sido procurada ao longo das décadas desde então. Por exemplo, um dos empreendimentos está baseado no Sandia National Laboratories em Albuquerque, onde o plasma carregado a quente é confinado por campos elétricos. A ideia era confinar, comprimir e aquecer o plasma (entrada de energia) até que os núcleos de hidrogênio se fundissem (saída de energia). Mas a entrada de energia sempre foi maior do que a saída de energia.

Outra aplicação comercial foi no Laboratório Lawrence Livermore, na área da Baía de São Francisco, na Califórnia. Aqui 192 lasers foram usados para confinar, comprimir e aquecer o plasma explodindo um pellet de $ 1 milhão de isótopos de hidrogênio misturados. Os resultados foram sempre os mesmos – até agora. Anunciado na semana encerrada em 16 de dezembro de 2022, o consumo de energia (3.1 MegaJoules) foi maior do que o consumo de energia (2.1 MegaJoules) pela primeira vez. É um avanço genuíno. A temperatura alcançada foi de 3 milhões de graus Celsius.

Colocando isso em perspectiva.

Primeiro, entrada de energia versus saída de energia é muito simples, porque ligar os lasers requer uma energia muito maior: 400 MegaJoules. Veja referência 1.

Em segundo lugar, a história de sucesso foi sobre apenas um evento – uma ignição por fusão. Para ser prático, seriam necessários muitos, muitos eventos de fusão por minuto, e precisaria de um laser milhares de vezes mais poderoso. Além disso, o custo teria que ser um milhão de vezes mais barato (Ref 1). Em uma palavra, este único sucesso, embora inspirador, não está nem remotamente perto de sequer imaginar uma aplicação prática.

Portanto, não é barato e não é prático, mas produziria energia de alta intensidade e seria livre de carbono.

A energia da fissão nuclear é um milhão de vezes mais poderoso do que qualquer outra fonte de energia na Terra. E esse é um grande motivo para que países como França e Estados Unidos tenham investido na construção de dezenas de usinas nucleares.

A fusão nuclear cria 3-4 vezes mais energia do que a fissão nuclear. Essa é uma parte do sonho. Outra parte do sonho da fusão é que não há resíduos nucleares para descartar – resíduos que podem levar centenas ou milhares de anos para se decompor. Uma terceira parte é que a fusão não é uma reação em cadeia, então o perigo de reações e explosões nucleares descontroladas é inexistente.

Como a geração de eletricidade é responsável por cerca de um terço das emissões globais de gases de efeito estufa, a parte final do sonho são usinas de fusão nuclear espalhadas por todo o país para fornecer energia elétrica livre de carbono de alta intensidade.

Mas lembre-se, é apenas um sonho. Apesar de suas vantagens, a fusão nuclear livre de carbono não acabará com a indústria de petróleo e gás até 2050 e talvez nem mesmo até 2100.

Aprendizado.

A humanidade replicou a fonte de luz e calor do sol. A cerca de 15 milhões de graus C, o interior gasoso do sol é comprimido sob tremenda pressão – uma colher de chá pesa 750 gm ou 1.65 lb. ) é um feito impressionante.

Mas a fusão nuclear não está nem remotamente perto de imaginar uma aplicação comercial.

Então, por que estamos gastando muito dinheiro investigando isso? Porque é isso que os países avançados fazem. Eles constroem telescópios como o James Webb e os instalam em satélites para estudar o universo. Eles constroem foguetes para colocar homens e mulheres na lua. Eles constroem pistas magnéticas para acelerar os prótons à velocidade da luz antes que eles colidam e revelem nos fragmentos partículas subatômicas indescritíveis como o bóson de Higgs.

A política desempenha um papel importante na decisão de onde o apoio governamental e o financiamento para a ciência são distribuídos. Felizmente, conforme relatado acima, existem muitos exemplos de países que usam a ciência para resolver problemas prementes que beneficiam diretamente a humanidade.

Referência 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 de dezembro de 2022.