Pesquisador desenvolve projeto de imãs que podem revolucionar a geração de energia

02 Jun 2021

Minerais e metais, como o lítio, são essenciais para transformar energia nuclear em energia limpa 

Você sabia que a mineração pode auxiliar na reprodução de um processo de transformação que acontece nas estrelas em energia limpa? Minerais e metais encontrados na natureza são utilizados na reprodução de diversas reações nucleares de fusão, como aquelas que ocorrem no Sol e em todas as outras estrelas, em que dois núcleos atômicos menores se unem para dar origem a um núcleo atômico maior e mais estável. O aspecto mais importante desse tipo de reação nuclear é a quantidade de energia liberada, mas que ainda não conseguimos aproveitá-la na Terra. 

O sonho de muitos cientistas é conseguir aproveitar a energia liberada em reações de fusão. O desafio é controlar esse fenômeno. A fusão sem controle já foi usada na bomba de hidrogênio ou termonuclear, no ano de 1952, lançada pelos Estados Unidos em um atol do oceano Pacífico. Essa bomba foi apelidada de “Mike” e possuía uma potência 700 vezes maior do que a bomba de Hiroshima. Os reatores usados em usinas nucleares são de fissão nuclear, que é o processo contrário à fusão e que produz uma quantidade menor de energia. 

Desde que concluiu sua pesquisa na Universidade de Oxford, na Inglaterra, cinco anos atrás, o pesquisador britânico, Greg Brittles, tem trabalhado para a Tokamak Energy, uma startup do Reino Unido que tem planos de construir um reator de fusão, que poderia gerar um imã inovador. 

Se essa reação pudesse ser aproveitada, forneceria uma fonte abundante de energia, a partir de apenas uma pequena quantidade de combustível e sem produzir dióxido de carbono. O princípio é adicionar calor e pressão suficientes a átomos de hidrogênio, que se fundirão formando o hélio. Durante esse processo, parte da massa de hidrogênio é convertida em calor, que pode ser usada para produzir eletricidade.

Além da grande quantidade de energia liberada, outra vantagem de se usar a fusão nuclear é a facilidade de obtenção dos materiais usados nessas reações, pois o deutério é encontrado nas moléculas de água, o trítio (isótopo do hidrogênio que possui um próton e dois nêutrons no núcleo) pode ser obtido por meio do lítio, um metal encontrado na natureza e que faz parte da mineração brasileira, por exemplo. Os produtos da fusão não são radioativos, sendo assim, geram um tipo de energia considerada limpa que não causa alterações no meio ambiente.  

Lítio

O mineral Lítio é utilizado no processo de fusão nuclear. Crédito: divulgação.

Para a fusão acontecer é necessário aquecer os isótopos de hidrogênio a centenas de milhões de graus, até que se tornem tão energéticos que se separam em um estado giratório de matéria chamado plasma. O desafio é conter esse plasma, que no caso das estrelas é feito pela gravidade. Na Terra o método mais comum é usar campos magnéticos poderosos para manter o plasma confinado. 

Plasma confinado dentro do reator com poderosos campos magnéticos.

Plasma confinado dentro do reator com poderosos campos magnéticos. Crédito: divulgação

Uma parte desse desafio se resolveu com a construção de ímãs, que precisam ser eficientes o suficiente para conter uma massa de matéria incrivelmente quente e rodopiante. Ainda neste ano, a equipe da Commonwealth Fusion Systems (CFS) vai testar um ímã inovador que, segundo eles, pode dar esse salto tecnológico. Pesando 10 toneladas, o ímã em forma de D é grande o suficiente para acomodar uma pessoa. Cerca de 300 km de uma fita eletromagnética muito especial é enrolada na forma da letra D. 

O avanço em tecnologia magnética é fundamental para o projeto de fusão da Tokamak Energy no Reino Unido. Brittles passou os últimos cinco anos desenvolvendo essa tecnologia e atualmente está ajudando a construir um demonstrador que terá uma série de ímãs poderosos trabalhando em conjunto. Quando esses ímãs estiverem prontos, serão colocados em um tokamak esférico – um reator de fusão em forma de maçã. As forças que esses campos magnéticos podem gerar são enormes. Brittles compara a potência total da força gerada por seus ímãs ao dobro da pressão no fundo da mais profunda fossa do oceano. 

A pesquisa sugere que tal projeto irá gerar mais energia para cada unidade do que o tokamak usou até hoje. “O verdadeiro desafio é a fusão comercial. E é isso que realmente está nos impulsionando, porque estamos nos concentrando no tokamak esférico por causa das vantagens comerciais de longo prazo”, diz David Kingham, um dos fundadores da Tokamak Energy e atualmente vice-presidente executivo da empresa. “Acreditamos que nossa tecnologia será colocada em uma planta piloto de fusão no início de 2030”, diz ele. 

*Com informações da BBC Brasil e Brasil Escola 

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