“Santo Graal” da fusão nuclear pode estar acessível em poucas décadas

CIÊNCIA/TECNOLOGIA/FUSÃO NUCLEAR

O projecto ITER, cuja ideia foi lançada em 1985, visa construir no sul de França um reactor de fusão que permita à humanidade produzir energia sem combustíveis fósseis, sem emissões de dióxido de carbono e sem resíduos radioactivos.

A fusão nuclear, o “Santo Graal” da ciência que permitiria acabar com os problemas energéticos, poderá estar ao alcance em 40 a 50 anos, segundo o investigador Eduardo Alves, membro de um projecto que junta cientistas de 35 países.

“É o maior projecto de sempre da humanidade em termos científicos”, afirma o cientista do Campus Tecnológico e Nuclear, que considera que apesar de os países mais desenvolvidos investirem “biliões” e estarem apostados no projecto, “os progressos têm sido relativamente lentos” para chegar à produção de energia limpa a partir da fusão nuclear.

O projecto ITER, cuja ideia foi lançada em 1985, visa construir no sul de França um reactor de fusão que permita à humanidade produzir energia sem combustíveis fósseis, sem emissões de dióxido de carbono e sem resíduos radioactivos, a partir do mesmo processo físico que alimenta o Sol e “todas as estrelas do Universo”.

“Se o que vamos testar nesse reactor provar que estamos no bom caminho, eu diria que mais 40 ou 50 anos e já podemos começar a ter reactores a fornecer energia”, afirma Eduardo Alves em entrevista à Lusa.

“A partir daí, teríamos uma forma de produzir energia mais barata, porque o combustível existe em todo o lado e não haveria possibilidade de o esgotarmos. São isótopos de hidrogénio que existem em todo o lado. Basta partir uma molécula de água e temos combustível. Se isto funcionar, deixaremos de ter preocupações com a energia”, antecipa.

Eduardo Alves participa no Programa Europeu de Fusão Nuclear responsável pela construção do ITER na área dos materiais e o foco do seu trabalho é a construção do invólucro para conter “um pequeno Sol”.

Na reacção de fusão, há “dois elementos leves, um átomo de deutério e um de trítio, dois isótopos de hidrogénio, que se juntam dando origem a um elemento mais pesado (Hélio)” e libertação de muita energia, sem produção de radioactividade ou resíduos.

“Estes isótopos são aquecidos a temperaturas elevadas, o que faz com que se fundam num único elemento. A massa dos dois iniciais é superior à do final. Essa diferença de massa é convertida em energia que depois é aproveitada e parte dela usada para produzir energia eléctrica. É assim que funciona o Sol e todas as estrelas do universo”, explica o cientista.

Nesse processo, “há partículas muito energéticas que batem nas paredes da câmara do reactor e por enquanto não temos forma de validar o comportamento dos materiais quando estiverem a ser bombardeados”.

Parte do trabalho conduzido no Campus Tecnológico e Nuclear, que faz parte do Instituto Superior Técnico de Lisboa, é usar aceleradores de partículas para irradiar materiais como o tungsténio e o berílio que vão ser utilizados para construir as paredes da câmara do ITER e ver como se comportam.

No caso dos reactores de fissão nuclear, que são os utilizados actualmente a energia é produzida devido à fissão de um elemento pesado em dois mais leves, processo que gera grandes quantidades de radioactividade.

Dos cerca de 400 reactores nucleares de fissão em funcionamento em todo o mundo, todos usam o isótopo urânio 235 (235U) como combustível físsil e “uma grama de urânio produz tanta energia como uma tonelada de carvão”.

Num reactor nuclear provoca-se uma desestabilização do núcleo do elemento pesado,235U, que se divide em dois, e nesse processo é libertada energia. Mais uma vez esta energia resulta da diferença de massa que existe no início e fim do processo que é convertida em energia que se utilizada para gerar energia eléctrica.

“A energia que existe no Universo é a mesma desde o instante inicial. Não criamos massa nem energia, transformamos uma forma de energia noutra”, ilustra, seguindo a famosa equação de Einstein, ‘E=mc2’.

Numa central nuclear, a energia produzida no reactor gera calor que é transferido para o líquido de arrefecimento – em 90 por cento dos quase 400 reactores em funcionamento é água a alta pressão – que absorve esse calor. Essa água sobreaquecida é arrefecida num circuito secundário por água à pressão atmosférica que vai entrar em ebulição gerando vapor que acciona turbinas com geradores que transformam a rotação em energia eléctrica.

Nas centrais a carvão, o processo é semelhante, mas o combustível é diferente, é o carvão.

Nos reactores mais modernos, chamados de quarta geração, a eficiência energética pode chegar a 60% da conversão da energia em electricidade porque o reactor funciona a temperaturas mais elevadas que o limite actual de 400 graus, podendo atingir os mil graus.

Energia nuclear é essencial para sair de mundo asfixiado pelo CO2

O investigador do Campus Tecnológico e Nuclear Eduardo Alves defende que a energia nuclear é essencial para garantir a autonomia energética e combater as alterações climáticas, argumentando que é uma alternativa limpa e fiável à queima de combustíveis fósseis.

“O medo que as pessoas têm da energia nuclear deve-se ao desconhecimento. O grande mal é que desde o início da produção de energia eléctrica em reactores nucleares não houve preocupação de informar as pessoas. Era mais simples e barato queimar petróleo e carvão e agora sofremos as grandes consequências disso. Criámos toda a economia mundial à volta de combustíveis fósseis”, afirma o investigador em entrevista à agência Lusa.

Trata-se de uma energia que na produção é “completamente limpa, em que não há qualquer emissão de dióxido de carbono, poeiras ou outros resíduos para a atmosfera”, gerando, no entanto, resíduos radioactivos do combustível consumido.

Portugal é um dos países europeus que “não tem neste momento uma autonomia energética, está totalmente dependente do exterior” e é também por isso que “paga das energias eléctricas mais caras”.

“Mas nós consumimos energia nuclear. As pessoas não podem esconder a cabeça na areia. Na factura da electricidade descreve-se de onde vem a energia consumida em Portugal e está lá a nuclear, importada de Espanha e de França. Nós precisamos do nuclear”, considera.

Eduardo Alves defende que “para não prejudicar mais o ambiente, é preciso parar imediatamente de consumir combustíveis fósseis e neste momento, 60 a 70 por cento da energia mundial ainda é produzida a partir de petróleo, carvão e gás”.

“Para deixarmos de os utilizar, tem que haver uma alternativa e os governos estão a ser obrigados a encarar esta realidade. Há um aumento da temperatura incontornável e temos que o parar, senão vamos assumir as consequências. Estamos a desestabilizar o equilíbrio que existiu na nossa atmosfera durante milhões de anos. Tem que haver um compromisso entre países para se reduzir progressivamente a utilização de combustíveis fósseis para poderem ser alcançados os protocolos climáticas, mas sem pôr em causa as economias”, analisa.

As energias renováveis como a solar e eólica não permitem sustentar mais do que “10 por cento das necessidades”, salienta o investigador, frisando que é preciso “ter outra forma viável de produzir energia, e já”.

“A única que conhecemos, porque a tecnologia está testada, é a nuclear”, como atesta o modelo energético francês, que conta com 70% de electricidade produzida em centrais nucleares, defende Eduardo Alves.

Com a invasão da Ucrânia pela Rússia, “a Europa acordou de repente” para os seus problemas de dependência energética de países exportadores de combustíveis fósseis como a Rússia, o que evidenciou que “não há nenhum método actual de produção de energia que consiga, no espaço de uma década, ter um sistema alternativo ao carvão, petróleo e gás”.

“A China, que é o maior poluidor mundial, está a consumir 45% da energia eléctrica produzida no mundo, mais do que a Europa e os Estados Unidos juntos. A sua grande fonte é o carvão e sofre também os problemas climáticos, por isso se comprometeram a baixar as suas emissões. E como é que o vão fazer? Estão a construir 10 centrais nucleares e têm mais cerca de 20 planeadas. É a única maneira de produzirem a energia de que precisam sem aumentar o consumo de carvão, e provavelmente vão consegui-lo”, afirma o investigador.

As novas tecnologias de produção e os reactores de última geração permitem obter mais rendimento energético a partir da mesma quantidade de combustível e produzem menos resíduos com uma vida radioactiva na ordem dos 500 anos, muito inferior aos milhares de anos que tornam o armazenamento de combustível nuclear usado um problema que reconhecido e para o qual terá que se encontrar solução, pois existirão sempre resíduos radioactivos.

“A segurança e os resíduos radioactivos são a grande preocupação. Neste momento os reactores da nova geração permitem reduzir significativamente o volume desses resíduos pois eles são consumidos durante o funcionamento do reactor para gerar mais energia” e os novos reactores são construídos com “cada vez mais sistemas de segurança redundantes”, fruto das lições aprendidas com os três únicos acidentes nucleares de relevo da História: Three Mile Island, nos Estados Unidos em 1979, Chernobyl na União Soviética em 1986 e Fukushima, no Japão, em 2011.

“É evidente que a energia nuclear tem problemas. Mas os estudos estão feitos. É preciso um equilíbrio. Se continuarmos a emitir dióxido de carbono, daqui a 60 ou 70 anos, já não vamos mais à Baixa de Lisboa. Estará debaixo de água. As nossas praias vão desaparecer. Os nossos estuários vão desaparecer, tal como todas as ilhas da Ria Formosa”, frisa.

Eduardo Alves estima que “em cinco a dez anos” seria possível ter um reactor a produzir energia: “a construção é modular, é como um ‘lego’ mas acho que o processo de licenciamento seria mais moroso do que a própria construção, porque a União Europeia, apesar de considerar a energia nuclear para a transição energética, colocou requisitos de tal maneira limitadores que será um desafio cumprir com todos, do ponto de vista científico”.

Em Março de 1976, a população de Ferrel manifestou-se contra a construção de uma central nuclear naquela freguesia do concelho de Peniche, um processo de contestação que ganhou força nos anos seguintes e acabou por levar ao abandono do projecto no princípio da década de 1980.

Para Eduardo Alves, foi “uma oportunidade perdida” que Portugal hoje paga na factura da electricidade que tem que importar e nas consequências ambientais que são uma ameaça no horizonte.

“Precisamos de todas as energias. A nuclear foi ignorada durante muito tempo e está a ter as consequências que vemos. Não usando a nuclear, usamos os combustíveis fósseis, o que se compreendia há 50 anos, quando ainda não tínhamos sido afectados pelas alterações climáticas. A nuclear é aquela energia que ligamos e está lá sempre”, resume.

Diário de Notícias
DN/Lusa
27 Março 2022 — 10:12

 



 

546: Batido recorde de fusão nuclear com reacção 10 vezes mais quente que o Sol. Energia limpa e ilimitada à vista?

CIÊNCIA/FUSÃO NUCLEAR

Bob Mumgaard / Wikimedia
Interior de um reactor nuclear tokamak

O reactor do JET – Joint European Torus, no Reino Unido, acaba de bater o recorde de produção de energia através da fusão nuclear. Pode ser uma alternativa para substituir as actuais centrais nucleares.

Bastaram 0,1 miligramas de trítio, 0,07 miligramas de deutério e apenas cinco segundos de experiência para o consórcio de cientistas EUROfusion fixar um novo recorde de produção de energia, através de processos de fusão nuclear.

O sucesso da experiência abre portas ao que pode ser no futuro uma fonte de energia segura, limpa e ilimitada — um sonho antigo que parece estar mais próximo de se tornar realidade, diz a revista Science Focus da BBC.

A proeza foi alcançada no reactor nuclear Joint European Torus (JET), que se encontra em Oxford, no Reino Unido, através do choque de núcleos de trítio e deutério que permitiram produzir 59 megajoules de energia.

Além de corresponder à potência energética consumida por 11 mil casas, representa mais do dobro do anterior recorde mundial de 21,7 megajoules, que, recorda o Inverse, foi fixado em 1997.

O projecto juntou mais de 4.800 investigadores que fazem parte do consórcio EUROfusion. Entre as instituições participantes figura o Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN).

“Esta experiência permitiu demonstrar que se sabe como produzir quantidade significativa de energia através da fusão nuclear. É algo que também pode servir de preparação para o desenvolvimento de outros dispositivos de fusão nuclear“, explica Bruno Soares Gonçalves, Presidente do IPFN, citado pelo Expresso.

O JET já não é propriamente novo, mas garantiu um lugar na história ao elevar a fasquia no que toca à produção de fusão nuclear, que é apontada como um dos potenciais caminhos a explorar para a produção de energia limpa, ainda que nem sempre consiga gerar consenso.

Os cientistas têm sonhado com uma fonte de energia limpa e inesgotável através da fusão nuclear, ao longo de mais de 60 anos.

Como é que se consegue dobrar um recorde com um equipamento já antigo? “Foram melhorados todos os sistemas de aquecimento e todos os dispositivos de controlo e agora há mais conhecimento sobre plasmas“, explica Bruno Soares Gonçalves.

Fusão nuclear à escala industrial

Como noutras centrais que produzem energia, os reactores de fusão nuclear geram energia térmica, que costuma ser usada para o aquecimento de água que, por sua vez, se transforma em vapor e põe assim diferentes turbinas a produzir electricidade.

É todo este processo que Bruno Gonçalves espera poder vir a ser escalado para o reactor ITER (sigla em inglês de Reator Internacional Termocuclear Experimental), que está a ser desenvolvido em França.

A expectativa é que a primeira “descarga” efectuada nesse reactor ocorra na viragem de 2025 para 2026, apesar dos contratempos gerados pela pandemia.

O ITER prevê produzir 10 vezes mais energia que aquela que é necessária para desencadear cada fusão nuclear, mas ainda não está equipado com os módulos que permitem converter energia térmica em electricidade.

“O ITER vai permitir testar todas as tecnologias e métodos que poderão vir a ser usados para levar a fusão nuclear para a escala industrial“, explica Bruno Soares Gonçalves, recordando que tanto no Reino Unido como na União Europeia já estão a ser estudados reactores de fusão nuclear com propósitos de demonstração comercial.

Como funciona um reactor nuclear

A chave para um reactor nuclear bem sucedido de qualquer tipo é gerar, limitar e controlar uma bolha de material super-aquecido, chamado plasma – um gás que tenha atingido temperaturas de mais de 100 milhões de graus Celsius.

A estas temperaturas incandescentes, os electrões são arrancados dos seus átomos, formando o que são chamados de iões.

Sob estas condições extremas, as forças repulsivas, que normalmente fazem com que os iões saltem uns contra os outros como carrinhos de choque, são superadas.

Consequentemente, quando os iões colidem, eles fundem-se, gerando energia, e temos o que é chamado de fusão nuclear.

Este é o processo que tem alimentado o nosso Sol ao longo de cerca de 4,5 mil milhões de anos e continuará a fazê-lo por mais cerca de quatro mil milhões de anos.

Enquanto os engenheiros tentam aquecer o gás no reactor à temperatura certa, são utilizadas bobinas magnéticas super-refrigeradas para gerar campos magnéticos intensos que contêm e controlam o plasma.

(dr) Max-Planck Institut für Plasmaphysik
Esquema tradicional em forma de donut de um tokamak, dispositivo que usa poderosos ímanes para confinar plasma num circuito toroidal

A diferença entre tokamaks e stellarators

Durante anos, os tokamaks foram consideradas as máquinas mais promissoras para o aproveitamento da energia do sol, porque a configuração das suas bobinas magnéticas contém um plasma que é melhor do que a dos stellarators que existem actualmente.

Mas há um problema: os tokamaks só podem controlar o plasma em rajadas curtas que não duram mais de 7 minutos – e a energia necessária para gerar aquele plasma é maior do que a energia que os engenheiros obtêm destas rajadas periódicas.

Os tokamaks, portanto, consomem mais energia do que produzem, o que não é o esperado dos reactores de fusão nuclear, que têm sido apontados como a “fonte de energia mais importante do próximo milénio” — como afirmou Terry Slavin na sua coluna no Observer, do jornal The Guardian.

Alice Carqueja
10 Fevereiro, 2022


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