Engarrafando o sol

Engarrafando o sol

O mundo tem vindo a tentar dominar esta fonte ilimitada de energia limpa desde os anos 30. Estamos agora mais perto do que nunca

História de Boštjan Videmek

Fotografia de Matjaz Krivic

De uma pequena colina no sul da região da Provença, pode ver-se dois sóis. Um está em chamas há quatro mil milhões e meio de anos e está a pôr-se. O outro está a ser construído por milhares de mentes e mãos humanas, e está - muito mais lentamente - a nascer. Os últimos raios de fim de tarde do sol real lançam um brilho mágico sobre o outro - um enorme estaleiro de construção que poderá resolver a maior crise existencial da história humana.

É aqui, na minúscula comunidade de Saint-Paul-lez-Durance, que 35 países se juntaram para tentar dominar a fusão nuclear, um processo que ocorre naturalmente no Sol - e em todas as estrelas - mas que é dolorosamente difícil de replicar na Terra.

A fusão promete uma forma de energia praticamente ilimitada que, ao contrário dos combustíveis fósseis, emite zero gases com efeito de estufa e, ao contrário da energia de fissão nuclear utilizada atualmente, não produz resíduos radioativos de longa duração.

Dominá-la poderia literalmente salvar a humanidade das alterações climáticas, uma crise criada por nós.

Trabalhadores inspecionam os supercondutores na ITER.

Se for dominada, a energia de fusão irá, sem dúvida, dar energia a grande parte do mundo. Apenas 1 grama de combustível de input pode criar o equivalente a oito toneladas de petróleo em energia de fusão. É um rendimento espantoso de 8 milhões para 1.

Os peritos atómicos raramente gostam de estimar quando a energia de fusão pode estar amplamente disponível, muitas vezes dizendo a brincar que não importa quando se pergunta, estamos sempre a 30 anos de distância.

Mas, pela primeira vez na história, isso pode realmente ser verdade.

Em fevereiro, cientistas da aldeia inglesa de Culham, perto de Oxford, anunciaram um grande avanço: geraram e mantiveram um recorde de 59 megajoules de energia de fusão durante cinco segundos numa máquina gigante em forma de donut, chamada tokamak.

Isso só foi o suficiente para alimentar uma casa durante um dia, e entrou mais energia no processo do que a que saiu dele. Mesmo assim, foi um momento verdadeiramente histórico. Provou que a fusão nuclear era de facto possível de sustentar na Terra.

Uma vista do topo da câmara tokamak. A tokamak acabará por pesar 23 mil toneladas, o peso de três Torres Eiffel.

Isto foi uma excelente notícia para o projeto em França, o Reator Termonuclear Experimental Internacional, mais conhecido como ITER. O seu principal objetivo é provar que a fusão pode ser utilizada comercialmente. Se puder, o mundo não terá qualquer utilização para combustíveis fósseis como o carvão, o petróleo e o gás, principais motores da crise climática provocada pelo homem.

Tem havido uma enorme sensação de dinâmica no ITER desde o sucesso no Reino Unido, mas as pessoas que trabalham no projeto estão também a passar por uma grande mudança. O seu director-geral, Bernard Bigot, morreu de doença a 14 de Maio, depois de ter liderado o ITER durante sete anos.

Antes da sua morte, Bigot partilhou o seu otimismo contagiante em relação à energia de fusão, no seu escritório solarengo, sobre a carapaça da tokamak do ITER, uma estrutura estilo ficção científica ainda em construção.

"Energia é vida", disse Bigot. "Biologicamente, socialmente, economicamente".

Trabalhadores transportam tubos de escape para longe da sala de montagem. Estes tubos são utilizados para expulsar gases dos camiões que entregam os grandes componentes nas limpas instalações.

Quando a Terra foi povoada por menos de mil milhões de pessoas, havia fontes renováveis suficientes para satisfazer a procura, disse Bigot.

"Já não existem. Não desde a Revolução Industrial e a seguinte explosão populacional. Assim, abraçámos os combustíveis fósseis e fizemos muito mal ao nosso ambiente. E aqui estamos nós agora, 8 mil milhões e no meio de uma crise climática drástica", afirmou ele.

"Não há alternativa a não ser desmamarmo-nos da nossa principal fonte de energia atual", prosseguiu. "E a melhor opção parece ser aquela que o universo tem vindo a utilizar há milhares de milhões de anos".

Mimetizar o sol

A energia de fusão é criada forçando a junção de duas partículas que, por natureza, se repelem. Depois de uma pequena quantidade de combustível ser injetada na tokamak, ímanes gigantes são ativados para criar um plasma, o quarto estado da matéria, que é um pouco como um gás ou uma sopa que é carregada eletricamente.

Ao aumentar as temperaturas dentro da tokamak para níveis insondavelmente elevados, as partículas do combustível são forçadas a fundir-se numa só. O processo cria hélio e neutrões - que são mais leves em massa do que as partes de que foram originalmente feitos.

A massa que se perde converte-se numa enorme quantidade de energia. Os neutrões, que são capazes de escapar ao plasma, atingem depois um "cobertor" que reveste as paredes da tokamak, e a sua energia cinética transfere-se como calor. Esse calor pode ser utilizado para aquecer água, criar vapor e pôr turbinas a funcionar para gerar energia.

Tudo isto exige que a tokamak contenha um nível sério de calor. O plasma precisa de atingir pelo menos 150 milhões de graus Celsius, o que é 10 vezes mais calor do que o núcleo do sol. Isto levanta a questão: como pode qualquer coisa na Terra conter temperaturas tão elevadas?

Essa é uma das muitas barreiras que gerações de pessoas à procura de energia de fusão têm conseguido ultrapassar. Cientistas e engenheiros conceberam ímanes gigantes para criar um forte campo magnético para manter o calor “engarrafado”. Qualquer outra coisa iria simplesmente derreter.

Fusão nuclear

O que aqueles que trabalham na fusão têm tentado fazer nas suas máquinas é essencialmente replicar o sol. O sol é uma fábrica de fusão perpétua, constituída por uma gigantesca bola de plasma em combustão. Funde várias centenas de toneladas de hidrogénio em hélio a cada segundo.

O plasma é o material de que 99,9% do universo é feito, incluindo as estrelas, o nosso sol e toda a matéria interestelar. Aqui na Terra, por exemplo, é utilizado em televisões e luzes de néon, e podemos vê-lo em relâmpagos e na aurora.

Por incrível que pareça, gerar energia de fusão em si não é, na verdade, a parte mais difícil, disseram vários especialistas do ITER. Afinal de contas, a humanidade tem vindo a desencadear a reação de fusão nuclear desde a invenção da Bomba H. O principal desafio é sustentá-la. A tokamak no Reino Unido - chamada Joint European Torus, ou JET - manteve a energia de fusão durante cinco segundos, mas isso é simplesmente a maior duração de tempo que esta máquina aguentará. Os seus ímanes eram feitos de cobre e foram construídos nos anos 70. Quaisquer macas de mais de cinco segundos sob esse calor provocariam o seu derretimento.

O ITER utiliza ímanes mais recentes, que podem durar muito mais tempo, e o projeto visa produzir um retorno de energia 10 vezes superior, gerando 500 megawatts a partir de uma entrada de 50 megawatts.

Trabalhadores montam algumas das quatro bobinas de campo poloidal, que farão parte da gaiola de campo magnético necessária para conter o plasma. Cada uma mede entre 22 e 24 metros de diâmetro.

Mas o objetivo do ITER não é propriamente utilizar a energia para geração, mas provar que ela pode sustentar a energia de fusão durante muito mais tempo do que o JET foi capaz de fazer. O sucesso aqui significará que as máquinas à escala comercial poderão começar a gerar fusão no futuro.

Enquanto o sol funde átomos de hidrogénio para criar hélio, o projeto JET utilizou dois isótopos de hidrogénio, chamados deutério e trítio, que o ITER também irá utilizar. Estes isótopos comportam-se de forma quase idêntica ao hidrogénio, em termos da sua composição química e das reações.

Tanto o deutério como o trítio são encontrados na natureza. O deutério é abundante tanto em água doce como salgada - o deutério de apenas 500 mililitros de água, com um pouco de trítio, poderia alimentar uma casa durante um ano. O trítio é raro, mas pode ser produzido de forma sintética. Neste momento, existem apenas 20 quilos dele no mundo, e a procura não ultrapassa os 400 gramas por ano. Mas com um rendimento de 8 milhões para 1, bastam pequenas quantidades de ambos os elementos para gerar uma grande quantidade de energia de fusão.

O trítio é uma substância excecionalmente cara: um única grama vale atualmente cerca de 30.000 dólares [28 mil euros]. Se a fusão nuclear arrancar a sério, a procura disparará, colocando aos mestres da fusão mundiais mais um desafio.

Trabalhadores trabalham com soldadura de precisão em supercondutores durante a construção.

Um projeto de 10 milhões de peças

De longe, o ITER parece ser um projeto pronto a arrancar. Ao perto, é evidente que ainda há um caminho a percorrer.

A construção - em 39 estaleiros de construção - é incrivelmente complexa. O estaleiro principal é um ambiente marcadamente estéril, onde componentes tremendos estão a ser postos em prática com a ajuda de gruas de 750 toneladas. Os trabalhadores já montaram a concha da tokamak, mas ainda estão à espera de algumas peças, incluindo um íman gigante da Rússia, que ficará no topo da máquina.

As dimensões são impressionantes. A tokamak acabará por pesar 23.000 toneladas. Este é o peso combinado de três Torres Eiffel. Compreenderá um milhão de componentes, diferindo ainda mais, em nada menos do que 10 milhões de peças mais pequenas.

Este poderoso mastodonte estará rodeado por alguns dos maiores ímanes alguma vez concebidos. O seu espantoso tamanho - alguns deles têm diâmetros de até 24 metros - significa que são demasiado grandes para serem transportados e devem ser montados no local, numa sala gigante.

Dado o enorme número de peças envolvidas, não há simplesmente espaço para erros.

Até o desenho digital desta enorme máquina se encontra em ficheiros de computador 3D que ocupam mais de dois terabytes de espaço de disco. É a mesma quantidade de espaço em que se poderia guardar mais de 160 milhões de documentos de uma página em Word.

Um dos nove setores da nave de vácuo, que em breve será içado por gruas gigantes para montagem.

Um dos nove setores da nave de vácuo, que em breve será içado por gruas gigantes para montagem.

Fusão nuclear em tempo de guerra

Por detrás de centenas de trabalhadores que juntam o projeto ITER estão cerca de 4.500 empresas com 15 mil empregados de todo o mundo.

Trinta e cinco países estão a colaborar no ITER, que é dirigido por sete membros principais - China, Estados Unidos, União Europeia, Rússia, Índia, Japão e Coreia do Sul. Parece um pouco o Conselho de Segurança da ONU, embora o falecido Bigot, entre outros, se tenha esforçado por manter a geopolítica por completo fora do ITER.

Mas como a Rússia procura redesenhar o mapa da Europa com a sua guerra na Ucrânia, e até desafiar a ordem mundial do pós-guerra, há preocupações quanto à continuação do papel do país no ITER, e outras tantas quanto à sua potencial exclusão.

A Rússia foi excluída de uma série de outros projetos científicos internacionais na sequência da sua guerra, mas a Comissão Europeia abriu explicitamente uma exceção para o ITER nas suas sanções.

Parte disto deve-se ao facto de a Rússia estar inextricavelmente ligada não só ao projeto mas também historicamente à energia de fusão.

A plataforma negra na parte inferior da estrutura é o complexo tokamak, um edifício de 400 mil toneladas que reúne a tokamak e edifícios de diagnósticos e de trítio. A estrutura de betão por detrás dele é o edifício de diagnóstico.

Os países começaram a procurar energia de fusão na década de 1930, construindo todo o tipo de máquinas ao longo de décadas. Mas foi a tokamak, criada na União Soviética, que teve mais sucesso. Em 1968, os investigadores soviéticos fizeram um enorme avanço na fusão - conseguiram atingir as altas temperaturas necessárias e conter o plasma durante um período sustentado, o que nunca tinha sido conseguido antes.

A tokamak tornou-se a máquina a replicar. Mesmo a palavra tokamak - um portmanteau para "confinamento magnético toroidal" - vem da língua russa.

A Rússia forneceu também alguns dos elementos mais críticos do projeto ITER e é um dos seus principais financiadores. O íman para o topo da tokamak, por exemplo, foi feito em São Petersburgo e está lá à espera, pronto para ser enviado para França, segundo o chefe de comunicações do ITER, Laban Coblentz.

Até agora, o envolvimento da Rússia no projeto não mudou em nada, garantiu.

"O ITER é realmente um filho da Guerra Fria", disse Coblentz. "É uma colaboração deliberada de países ideologicamente desalinhados que simplesmente partilham um objetivo comum para um futuro melhor".

Laban Coblentz salientou que os sete membros principais passaram por muitos acontecimentos tensos desde a conceção do ITER em 1985.

"Antes de qualquer coisa em torno das últimas circunstâncias da Rússia, nada afetou até à data o espírito de colaboração. Penso que não é exagero dizer que o ITER é um projeto de paz", disse.

Dentro do fosso da tokamak, um trabalhador mede a ligação entre uma passagem cilíndrica conhecida como uma ponta de alimentação e a base do criostato, o que ajuda a manter o vácuo da tokamak fria.

Mas Coblentz admitiu que a guerra na Ucrânia é “sem precedentes” e que não podia prever o que ela poderá significar para o futuro da Rússia no ITER - algo que será uma questão delicada para o próximo diretor-geral. Parte do trabalho de Bigot era coordenar os sete membros principais e as suas opiniões, muitas vezes divergentes, sobre o tratamento de várias questões políticas, ideológicas e económicas.

Quando questionado, antes da invasão russa da Ucrânia, se a gestão destas diferenças era desafiadora, Bigot sorriu de forma irónica.

"Bom, isso não é verdadeiramente uma pequena proeza", disse então. "Mas o nosso compromisso conjunto permanece tão forte como sempre. Posso dizer que, desde o início do meu envolvimento no projeto, a política diária não teve praticamente qualquer impacto nos nossos esforços", afirmou.

"Cada um dos parceiros parece bastante consciente de que deixar cair a bola poderia facilmente significar o fim de todo o projeto. Isto, claro, é uma responsabilidade tremenda".

Uma caixa sinuosa de escadas atrás do sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado do ITER na sua sala de montagem com 60 metros de altura.

A geopolítica sempre desempenhou um papel no ITER. Até em encontrar o local certo para o mesmo, o que levou anos e envolveu mais de uma década de estudos técnicos, negociação política e afinação diplomática. Saint-Paul-lez-Durance de França foi finalmente transformado em 2005 no local oficial, numa reunião em Moscovo, e o acordo sobre a construção foi assinado em Paris um ano depois.

À medida que o ritmo da diplomacia e da tecnologia alinharam, a construção começou. Em 2010, foram lançadas as fundações, e em 2014 foram ligadas as primeiras máquinas de construção.

O tempo está a esgotar-se

A escala e ambição do projeto ITER pode parecer enorme, mas é, no mínimo, uma resposta proporcional à confusão que os humanos causaram no planeta. Desde 1973, o consumo global de energia mais do que duplicou. No final do século, poderá mesmo triplicar. Setenta por cento de todas as emissões de dióxido de carbono para a atmosfera são criadas através do consumo de energia dos seres humanos. E 80% de toda a energia que consumimos é derivada de combustíveis fósseis.

Agora, a Terra está a esbarrar em níveis de aquecimento que se traduzem em ondas de calor mais frequentes e mortais, secas indutoras de fome, incêndios florestais, inundações e subida do nível do mar. Os impactos da crise climática estão a tornar-se cada vez mais difíceis de reverter, à medida que ecossistemas inteiros atingem pontos de rutura e mais vidas humanas são postas em risco.

Um soldador atrás de um escudo protetor no andar mais baixo da base do crióstato ITER.

O mundo está agora a lutar para descarbonizar rapidamente e acelerar a sua transição dos combustíveis fósseis que queimam o planeta para as energias renováveis, como a energia solar, eólica e hidroelétrica. Alguns países estão a apostar na energia de fissão nuclear, que é de baixo carbono mas vem com um pequeno, mas não negligenciável, risco de catástrofe, problemas de armazenamento de resíduos radioativos e um custo elevado.

Mas há sérias questões sobre se o mundo pode fazer esta transição verde suficientemente depressa para evitar alterações climáticas catastróficas.

É aí que a fusão pode ser um herói da 25ª hora - se o mundo a dominar a tempo.

Quando o falecido físico Stephen Hawking foi questionado pela revista Time, em 2010, que descoberta científica gostaria de ver na sua vida, ele apontou exatamente para este processo.

"Eu gostaria que a fusão nuclear se tornasse uma fonte de energia prática", respondeu então. "Isso proporcionaria um fornecimento inesgotável de energia, sem poluição nem aquecimento global".

Parte da nave de vácuo, um recipiente de aço hermeticamente selado que albergará as reacções de fusão e atuará como uma primeira barreira de contenção de segurança.

Uma nova era

Os peritos que trabalham na fusão nuclear já superaram enormes desafios, e muitos, incluindo Bigot, dedicaram-lhe toda a sua carreira e nunca a viram chegar a uma utilização prática.

Agora as empresas comerciais preparam-se para produzir e vender energia de fusão, de tão otimistas estão quanto à possibilidade de esta energia do futuro entrar em produção em meados do século.

Mas, como sempre com a fusão nuclear, à medida que um desafio é superado, outro parece surgir. Os stocks limitados e o preço do trítio são só um deles, pelo que o ITER está a tentar produzir o seu próprio trítio. Nessa frente, a perspetiva não é má. O cobertor dentro da tokamak será revestido com lítio, e à medida que os neutrões de plasma que escapam lhe chegam, reagirão com o lítio para criar mais combustível de trítio.

Tempo e dinheiro são sempre preocupações num grande projeto, mas a palavra "grande" nem sequer começa a descrever a escala do ITER, que é verdadeiramente uma das maiores e mais ambiciosas colaborações internacionais de energia da história.

Um dia de atraso custa cerca de um milhão de euros, disse Bigot.

A União Europeia está a suportar 45% dos custos de construção sempre crescentes do projeto. Todos os outros países participantes estão a contribuir um pouco mais de 9% cada um, de acordo com estimativas aproximadas. Inicialmente, a construção total foi estimada em cerca de 6 mil milhões de euros. Neste momento, o total mais do que triplicou, para cerca de 20 mil milhões de euros.

Parte do crióstato para testar as bobinas do campo poloidal. O crióstato vai ajudar a confinar o plasma.

As previsões de 2001 previam que o primeiro lote de plasma seria produzido em 2016, outro objetivo falhado. Alguns observadores tinham considerado o projeto morto na água, mas depois de Bigot ter assumido o leme, o projeto foi racionalizado e voltou ao bom caminho. Bigot tinha uma reputação de microgestor, disse Coblentz, mas era exatamente isso que era necessário para pôr este complicado projeto na ordem.

"Quando chegou aqui, o seu carro estava no lugar às 7 da manhã, e muitas vezes até às 9 ou 10 horas da noite", disse Coblentz. "Por isso, havia sempre a impressão de que nenhum detalhe era demasiado grande ou demasiado pequeno para ele o levar a sério e se envolver".

Mesmo debaixo da sua liderança, as expectativas e os prazos foram revistos para se tornarem mais realistas. Espera-se agora que o primeiro plasma em 2025, e que as primeiras experiências de deutério-trítio tenham lugar em 2035, embora mesmo estas perspetivas estejam agora a ser revistas - atrasadas, em parte, pelas questões pandémicas e persistentes das cadeias de logística.

No entanto, mesmo com um dos maiores projetos do mundo no seu colo e a correr atrás do tempo, Bigot permaneceu até ao seu último suspiro apaixonado e otimista sobre o potencial do ITER.

"A fusão de hidrogénio é um milhão de vezes mais eficiente do que a queima de combustíveis fósseis. O que estamos a tentar fazer aqui é, na verdade, muito semelhante à criação de um pequeno sol artificial na Terra", disse ele. "Esta central de fusão estará em funcionamento a todas as horas. Este sol, por assim dizer, nunca se irá pôr".

O crepúsculo cai sobre o complexo ITER em Saint-Paul-lez-Durance, França.