A fusão nuclear prática ainda é apenas um exagero

Avanço? Foram necessários 192 lasers de alta potência para produzir uma explosão de energia que durou apenas um décimo de bilionésimo de segundo.

por Brian Tokar

Em um dramático avanço científico e de engenharia, os pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore da Bay Area alcançaram recentemente o objetivo há muito procurado de gerar uma reação de fusão nuclear que produzisse mais energia do que a injetada diretamente em um pequeno reator. No dia seguinte, especialistas de todo o espectro político estavam divulgando esse avanço como o prenúncio de uma nova era na produção de energia, sugerindo que um futuro de energia de fusão ilimitada e de baixo impacto talvez estivesse a algumas décadas de distância.

Na realidade, porém, a fusão nuclear comercialmente viável está apenas infinitamente mais próxima do que estava na década de 1980, quando uma reação de fusão contida – ou seja, não ocorrendo no sol ou de uma bomba – foi alcançada pela primeira vez.

Embora a maioria dos escritores honestos tenha pelo menos reconhecido os obstáculos à fusão em escala comercial, eles ainda os subestimam – tanto hoje quanto na década de 1980. Dizem-nos que uma reação de fusão teria que ocorrer “muitas vezes por segundo” para produzir quantidades utilizáveis ​​de energia. Mas a explosão de energia do reator de fusão LLNL na verdade durou apenas um décimo de nanossegundo – isso é um décimo bilionésimo de segundo. Aparentemente, outras reações de fusão (com perda líquida de energia) operaram por alguns nanossegundos, mas reproduzindo essa reação através de um bilhões de vezes cada segundo está muito além do que os pesquisadores estão contemplando.

Somos informados de que o reator produziu cerca de 1,5 vezes a quantidade de energia que foi inserida, mas isso conta apenas a energia do laser que realmente atingiu o recipiente do reator. Essa energia, necessária para gerar temperaturas superiores a cem milhões de graus, foi produto de um conjunto de 192 lasers de alta potência, que exigiam bem mais de 100 vezes mais energia operar.

E nos dizem que a fusão nuclear algum dia liberará vastas áreas de terra que atualmente são necessárias para operar instalações de energia solar e eólica. Mas toda a instalação necessária para abrigar os 192 lasers e todos os outros equipamentos de controle necessários era grande o suficiente para conter três campos de futebol, embora a reação de fusão real ocorra em um recipiente de ouro ou diamante menor que uma ervilha.

Tudo isso apenas para gerar o equivalente a cerca de 10-20 minutos de energia que é usada por uma pequena casa típica. Claramente, mesmo os sistemas solares de telhado mais baratos já podem fazer muito mais. O grupo de Mark Jacobson, da Universidade de Stanford, calculou que uma conversão total para energia eólica, hídrica e solar poderia usar quase a mesma quantidade de terra que atualmente é ocupada pela infraestrutura mundial de combustíveis fósseis.

O crítico nuclear de longa data Karl Grossman escreveu sobre contra-ataque recentemente dos muitos obstáculos prováveis ​​para aumentar a escala de reatores de fusão, mesmo em princípio, incluindo alta radioatividade, corrosão rápida de equipamentos, demandas excessivas de água para resfriamento e a provável quebra de componentes que precisariam operar em temperaturas e pressões insondavelmente altas. Sua principal fonte sobre essas questões é o Dr. Daniel Jassby, que chefiou o pioneiro laboratório de pesquisa de fusão de Princeton por 25 anos. O laboratório de Princeton, juntamente com pesquisadores na Europa, liderou o desenvolvimento de um dispositivo mais comum para obter reações de fusão nuclear, um recipiente esférico ou em forma de rosquinha conhecido como tokamak. Tokamaks, que contêm volumes muito maiores de gás altamente ionizado (na verdade, um plasma, um estado fundamentalmente diferente da matéria), conseguiram reações de fusão substancialmente mais volumosas por vários segundos de cada vez, mas nunca chegaram perto de produzir mais energia do que é injetado. no reator.

A reação de fusão mediada por laser alcançada no LLNL ocorreu em um laboratório chamado National Ignition Facility, que divulga seu trabalho na fusão de energia, mas é dedicado principalmente à pesquisa de armas nucleares. MV Ramana, da University of British Columbia, cujo artigo recente foi publicado no recém-revivido ZNetworkGenericNameexplica, “o NIF foi criado como parte do Science Based Stockpile Stewardship Program, que foi o resgate pago aos laboratórios de armas nucleares dos EUA por abrir mão do direito de testar depois que os Estados Unidos assinaram o Tratado de Proibição Abrangente de Testes” em 1996. é “uma forma de continuar investindo na modernização das armas nucleares, ainda que sem testes explosivos, e vesti-las como um meio de produzir energia ‘limpa’”.

Ramana cita um artigo de 1998 que explicava como um dos objetivos dos experimentos de fusão a laser é tentar desenvolver uma bomba de hidrogênio que não exija uma bomba de fissão convencional para acioná-la, eliminando potencialmente a necessidade de urânio ou plutônio altamente enriquecido em armas nucleares.

Enquanto alguns escritores prevêem um futuro de reatores de fusão nuclear operando com água do mar, o combustível real para tokamaks e experimentos de fusão a laser consiste em dois isótopos únicos de hidrogênio conhecidos como deutério – que tem um nêutron extra em seu núcleo – e trítio – com dois nêutrons.

O deutério é estável e um tanto comum: aproximadamente um em cada 5-6.000 átomos de hidrogênio na água do mar é na verdade deutério e é um ingrediente necessário (como um componente da “água pesada”) em reatores nucleares convencionais.

O trítio, no entanto, é radioativo, com meia-vida de doze anos, e normalmente é um subproduto caro (US$ 30.000 por grama) de um tipo incomum de reator nuclear conhecido como CANDU, encontrado hoje principalmente no Canadá e na Coreia do Sul. Com metade dos reatores CANDU em operação programados para a aposentadoria nesta década, os suprimentos de trítio disponíveis provavelmente atingirão o pico antes de 2030 e uma nova instalação de fusão experimental em construção na França quase esgotará o suprimento disponível no início dos anos 2050. Essa é a conclusão de um artigo altamente revelador que apareceu na Ciência revista em junho passado, meses antes do mais recente avanço da fusão. (Aprendi posteriormente que a maioria desses dados foi relatada pela primeira vez para um público não especializado no New Energy Times em 2021.)

Embora o laboratório de Princeton tenha feito algum progresso em direção à possível reciclagem de trítio, os pesquisadores de fusão continuam altamente dependentes de suprimentos que diminuem rapidamente. Combustíveis alternativos para reatores de fusão também estão em desenvolvimento, baseados em hélio ou boro radioativo, mas requerem temperaturas de até um bilhão de graus para desencadear uma reação de fusão. O laboratório europeu planeja experimentar novas formas de geração de trítio, mas elas também aumentam significativamente a radioatividade de todo o processo e prevê-se um ganho de trítio de apenas 5 a 15 por cento. Quanto mais tempo de inatividade entre as execuções experimentais, menos trítio ele produzirá.

o Ciência O artigo cita D. Jassby, ex-laboratório de fusão de Princeton, dizendo que a questão do suprimento de trítio essencialmente “torna impossíveis os reatores de fusão deutério-trítio”.

Então, por que toda essa atenção voltada para o potencial imaginado para a energia de fusão? É mais uma tentativa daqueles que acreditam que apenas uma abordagem de megaescala e intensiva em tecnologia pode ser uma alternativa viável à nossa atual infraestrutura de energia dependente de combustíveis fósseis. Alguns dos mesmos interesses continuam a promover as falsas alegações de que uma “nova geração” de reatores de fissão nuclear resolverá os problemas persistentes com a energia nuclear, ou que a captura em grande escala e o enterro de dióxido de carbono de usinas movidas a combustíveis fósseis tornarão possível perpetuar a economia baseada em fósseis no futuro.

Está além do escopo deste artigo abordar sistematicamente essas reivindicações, mas está claro que as promessas de hoje para uma nova geração de reatores “avançados” não são muito diferentes do que ouvíamos nas décadas de 1980, 1990 ou início dos anos 2000.

O denunciante nuclear Arnie Gundersen expôs sistematicamente as falhas no ‘novo’ projeto do reator atualmente favorecido por Bill Gates, explicando que a tecnologia subjacente refrigerada a sódio é a mesma do reator que “quase perdeu Detroit” devido a um colapso parcial em 1966, e repetidamente causou problemas no Tennessee, França e Japão.

A infraestrutura de energia nuclear da França, que há muito é apontada como um modelo para o futuro, está cada vez mais atormentada por problemas de equipamentos, estouros de custos maciços e algumas fontes de água de resfriamento que não são mais frias o suficiente devido ao aumento das temperaturas globais. Uma tentativa de exportar tecnologia nuclear francesa para a Finlândia levou mais de vinte anos a mais do que o previsto, a um custo muitas vezes superior ao estimado originalmente.

Quanto à captura de carbono, sabemos que inúmeras experiências de captura de carbono altamente subsidiadas falharam e que a grande maioria das emissões de CO₂ atualmente capturado de usinas de energia é usado para “recuperação avançada de petróleo”, ou seja, aumentando a eficiência dos poços de petróleo existentes. Os oleodutos que seriam necessários para realmente coletar CO₂ e enterrá-lo no subsolo seria comparável a toda a infraestrutura atual para canalizar petróleo e gás, e a noção de enterro permanente provavelmente provará ser um sonho.

Enquanto isso, sabemos que novas instalações de energia solar e eólica já são mais baratas de construir do que novas usinas movidas a combustíveis fósseis e, em alguns locais, são ainda menos dispendiosas do que continuar operando usinas existentes. Em maio passado, a Califórnia conseguiu por um breve período operar toda a sua rede elétrica com energia renovável, um marco que já havia sido alcançado na Dinamarca e no sul da Austrália. E sabemos que uma variedade de métodos de armazenamento de energia, combinados com gerenciamento de carga sofisticado e atualizações da infraestrutura de transmissão já estão ajudando a resolver o problema de intermitência da energia solar e eólica na Europa, Califórnia e outros locais.

Ao mesmo tempo, cresce a conscientização sobre a crescente dependência da tecnologia renovável, incluindo baterias avançadas, de minerais extraídos de terras indígenas e do Sul global.

Assim, uma transição energética significativamente justa precisa ser totalmente renovável e também rejeitar os mitos do crescimento perpétuo que surgiram na era dos combustíveis fósseis. Se o fim da era do combustível fóssil pressagia o fim do crescimento capitalista em todas as suas formas, é claro que toda a vida na Terra acabará sendo beneficiária.

Ativista e autor Brian Tokar é membro do corpo docente e do conselho do Institute for Social Ecology. Seu último livro, co-editado com Tamra Gilbertson, é Justiça Climática e Renovação Comunitária: Resistência e Soluções de Base.