Avanços e progressos no desenvolvimento científico da Energia de Fusão

Nº 24

Set. 2010

Tecnologia

07-12-2009 19:09

As energias sustentáveis ocupam hoje a agenda política e económica em todo o mundo. Energia solar, eólica, biocombustiveis, hidrogénio são algumas das possibilidades energéticas que podem vir a permitir fazer face à dependência das energias fósseis e podem reduzir as emissões de CO2. Mas para além destas energias, há outra que se apresenta como uma das principais soluções de sustentabilidade energética no mundo, a energia de fusão.

Professor: Noventa e nove por cento da matéria visível do Universo conhecido encontra-se em estado extraordinário. Este estado foi um quebra-cabeças para os físicos durante muito tempo. Mas os cientistas queriam compreendê-lo. Tinham esperança de poderem ter acesso a uma fonte de energia quase inesgotável. Queriam trazer a energia cósmica das estrelas, a força do nosso Sol, para a Terra.

Narrador: O nosso Sol brilha há 4,6 mil milhões de anos. Uma bola radiante constituída por hidrogénio e hélio. A estação de energia da estrela está localizada no interior. Aqui prevalece uma temperatura de 15 milhões de graus. Os átomos de hidrogénio são compostos por núcleos e electrões. Este estado da matéria denomina-se plasma. Os núcleos de hidrogénio fundem-se uns com os outros e são produzidos núcleos de hélio e uma grande quantidade de energia.

Aluno: Mas 15 milhões de graus? Mas outras partículas são aceleradas suficientemente? Têm muito pouca energia para ficarem fora da fusão em número suficiente!

Professor: Isso é correcto. Mas no núcleo do Sol permanece uma enorme pressão. E é aí que ocorrem as fusões nucleares.

Aluno: Mas ao exercer uma pressão tão alta aqui na Terra, isso nunca funcionaria.

Professor: Isso também está correcto. E é por isso que os cientistas tiveram de recorrer a um tipo de reacção diferente e acima de tudo produzir temperaturas muito mais altas para a fusão. Cerca de cem milhões de graus. Aquecer o plasma não foi o problema, a verdadeira dificuldade foi manter a temperatura do plasma na câmara. Assim que o plasma entrava em contacto com a parede da câmara arrefecia imediatamente.

Aluno: Então, os cientistas colocaram o plasma quente com cem milhões de graus a levitar numa ‘caldeira’, sem existir algo do género no mundo. Tudo bem!

Professor: Estão-se a rir, mas foi precisamente isso que os cientistas tiveram de tentar e utilizaram uma força que todos vocês conhecem…o magnetismo.

Professor: Certo! O plasma consiste num núcleo atómico de cargas positivas e electrões de cargas negativas, no entanto, não podem ser influenciados pelos campos eléctricos e magnéticos.

Professor: Tal como esta caneta. E até pode ser confinado em gaiolas de campo magnético. E de tal forma que não toca na parede da câmara de fusão.

Aluno: Conter e dar a forma que quiser ao plasma, apenas ao gerar o campo magnético apropriado?!

Professor: Infelizmente não. Não se pode permitir que as partículas escapem dos pólos do campo magnético. Apenas plasma em forma de anel consegue fazer isso. Para além disso, os campos magnéticos têm de ser especialmente formados para isolar o calor do plasma. Para fazer isto é preciso compreender o plasma muito bem. Trabalhar mais de 50 anos.

Narrador: Desde o início de 1940, cientistas em muitos países têm tentado clarificar as propriedades do plasma. No entanto, bons resultados experimentais eram raros. Só no final da década de 1960 é que cientistas russos anunciaram, com grande sucesso, o denominado Tokamak. Surge então a febre mundial do Tokamak. Mas passados 10 anos, os melhores resultados continuavam com um factor de 25 mil abaixo das necessidades da estação de energia de fusão. Mas depois a maior experiência europeia conjunta, o JET entrou em operação no Reino Unido. Em 1997, os cientistas obtiveram resultados com um factor de apenas seis de diferença das condições de ignição do plasma. A via do Sol ficou ao alcance pela primeira vez.

Professor: No início do século XXI ainda não estava claro se uma fábrica de energia de fusão era possível.

Aluna: Mas com o contínuo aumento dos preços do petróleo e do gás a pôr em iminência uma crise económica, e a guerra, era também claro que o nosso clima não precisava de mais gases com efeito de estufa. A altura para surgirem novas fontes de energia era mais do que certa.

Professor: Exactamente. Para a fusão, na altura tudo dependia de um projecto que foi possível, principalmente graças à investigação europeia. A experiência internacional, ITER.

Narrador: Em 2007, em Cadarache, no sul da França, a construção da maior experiência na história da investigação em fusão teve início. Para além da Europa, Rússia, Japão e EUA, o projecto também incluía a China, a Índia e a Coreia do Sul. O reactor de teste visava demonstrar que é física e tecnicamente possível obter energia a partir da fusão. No ITER, as tecnologias essenciais da estação de energia de fusão foram aplicadas pela primeira vez. Oitocentos metros cúbicos de plasma a ferver geraram 500 megawatts de energia. Dez vezes mais do que era necessário para aquecer o plasma.

Aluno: Mas o que eu não entendo é, como é que a energia na estação de produção é extraída do plasma a ferver?! Como é que se extrai a electricidade da energia de fusão libertada?

Professor: Os materiais naturais para a fusão estão disponíveis na Terra em quantidades quase inesgotáveis. E, numa grama de combustível, há a combustão de energia correspondente a 11 toneladas de carvão. A fusão dos dois isótopos de hidrogénio, o deutério e o trítio, criam um núcleo de hélio e um neutrão. Oitenta por cento da energia de fusão está nos neutrões. Eles não estão carregados e por isso voam para fora da gaiola do campo magnético, a sua velocidade é diminuída nas paredes da câmara do plasma; energia térmica é produzida e pode ser convertida em energia eléctrica, tal como nas antigas estações de energia de carvão.

Aluna: A energia tem 11 mil quilos de carvão em uma grama de combustível de fusão, isso parece realmente extraordinário.

Professor: Mas o plasma é muito fino. Uma grama de combustível é difundida em cerca de mil metros cúbicos do volume da câmara. Para além disso, o plasma só pode ser mantido em condições muito específicas. Qualquer perturbação, mesmo que pequena, termina com a reacção de fusão. E uma intervenção não é possível. Ok, é altura para um pequeno teste. Têm exactamente 30 minutos para investigarem o fim da história. Quero um dossier completo. O que aprendemos com o ITER? Quando obtivemos a primeira estação de energia de fusão? E qual a quantidade de energia de fusão que consumimos por ano actualmente na Europa? Na próxima lição de física vamos discutir sobre as possibilidades da irradiação.