Fusão!

Uma descoberta recente em um reator de fusão experimental criou uma onda de notícias que se espalhou pela grande mídia. Escritores de todos os matizes ficaram líricos sobre como este é um grande passo à frente e como nos aproxima de uma fonte de energia 'limpa, segura, quase ilimitada'. A realidade, porém, é um pouco mais matizada.

Como sempre, o que é insustentável, não será sustentado. A física, parte do livro de regras da natureza, funciona com base em princípios simples como esse. Não é complicado: o sistema deve produzir mais (muito mais) energia do que precisa para se sustentar para ser útil como fonte de energia. Deve produzir energia excedente - não é de admirar que os cientistas que buscam a fusão tenham feito disso seu objetivo principal. O National Ignition Facility (NIF) dos EUA, produzindo o excelente resultado , conseguiu exatamente isso:

A instalação usou seu conjunto de 192 lasers para fornecer 2,05 megajoules de energia a um cilindro de ouro do tamanho de uma ervilha contendo uma pastilha congelada dos isótopos de hidrogênio deutério e trítio. O pulso de energia do laser causou o colapso da cápsula, atingindo temperaturas vistas apenas em estrelas e armas termonucleares, e os isótopos de hidrogênio se fundiram em hélio, liberando energia adicional e criando uma cascata de reações de fusão. A análise do laboratório sugere que a reação liberou cerca de 3,15 MJ de energia - cerca de 54% a mais do que a reação e mais que o dobro do recorde anterior de 1,3 MJ.

Traduzido para a linguagem humana: um grupo de pessoas usou força bruta para acender uma bomba de hidrogênio em miniatura em uma câmara de teste (sem usar uma bomba atômica como fusível). Uma façanha! Produziu energia excedente? Inferno, ele fez. Assim como naquela experiência sinistra há setenta anos. Para referência, pergunte aos habitantes do Atol de Enewetak quão alto excesso de energia desse tipo pode lançar coral na atmosfera.

Esta é uma fonte de energia sustentável? Os experimentos realizados no NIF podem produzir um fluxo contínuo de energia, em vez de um estrondo em miniatura? Claro que não. Eles nunca foram destinados. Se você ler o artigo com atenção, poderá descobrir qual era o verdadeiro objetivo do experimento:

Mas os resultados têm um significado especial no NIF: a instalação foi projetada para ajudar os cientistas de armas nucleares a estudar o calor intenso e as pressões dentro das explosões, e isso só é possível se o laboratório produzir reações de fusão de alto rendimento. [...] a grande questão agora é o que o Departamento de Energia fará a seguir: dobrar a pesquisa de armas no NIF ou mudar para um programa de laser voltado para a pesquisa de energia de fusão.

Não sei sobre você, caro leitor, mas a palavra 'pivot' me sugere que todo esse experimento foi 100% de pesquisa militar, reembalado como um avanço na energia de fusão ... Em outras palavras: em vez de encontrar uma energia sustentável fonte NIF encontrou uma nova maneira de acender uma bomba H.

Para conseguir uma reação de fusão sustentada , você precisaria de um recipiente capaz de conter plasma de até 150 milhões de graus de temperatura. E é aqui que começam os arranhões de cabeças. No mundo não tão anunciado da realidade da engenharia, um reator de fusão é um porco de energia turbinado com esteróides. Para evitar que o plasma quente de vários milhões de graus queime através de seu invólucro, o reator precisa gerar um campo eletromagnético forte o suficiente para manter as partículas extremamente quentes no centro do reator, longe de suas paredes.

ITER , o maior e mais promissor reator de fusão do mundo, também alcançará esse feito por meio de ímãs supercondutores, exigindo resfriamento constante até temperaturas próximas do zero absoluto. Gerar apenas esse campo magnético dispara a conta de luz de uma pessoa, sem contar a infinidade de outros equipamentos, todos juntos igualando o consumo de eletricidade de uma cidade de médio porte:

Os requisitos de eletricidade para a usina e instalações do ITER variam de 110 MW a até 620 MW para períodos de pico de 30 segundos durante a operação de plasma.

Esta não é a chaleira elétrica da sua avó: estamos falando de 365 MW de eletricidade consumida (em média) para um show de fogos de artifício de 30 segundos. Dessa quantidade, porém, apenas 50 MW serão usados ​​para inflamar o plasma, o restante será absorvido pela água de resfriamento e pelos sistemas criogênicos. Porém, de acordo com o site do projeto , essa parte não tão insignificante do consumo ficará completamente de fora do alcance da meta:

O ITER foi projetado para produzir em seu plasma um retorno de energia dez vezes maior (Q = 10), ou 500 MW de energia de fusão a partir de 50 MW de energia de aquecimento de entrada .

Se você definir o sucesso como os projetistas do ITER fizeram com foco na entrada de aquecimento de 50 MW para a câmara de teste (excluindo o consumo bruto de TODOS os equipamentos que fornecem suporte à vida para a câmara), então sim, você provavelmente poderia encerrar o dia e pegar o dinheiro. Calculado honestamente, no entanto, o ITER atingirá um mero retorno de 1,37:1 sobre a energia investida - um pouco acima do nível de equilíbrio - na melhor das hipóteses. Isso sem considerar a energia necessária para construir uma estrutura semelhante.

O problema é que a física não está nem um pouco interessada no que medimos: ou é todo o sistema que é sustentável, ou nada.

Se estivéssemos realmente falando sério sobre salvar esta civilização, em vez de agir como se tivéssemos todo o tempo do mundo enquanto alegremente coletamos grandes quantias de governos e pedidos da indústria de armas, então estaríamos fazendo cálculos brutos de entrada versus saída. Então, perceberíamos que um a dez gols de calor na entrada x saída de calor definitivamente não seria suficiente aqui. Usando a métrica fornecida pelos experimentos atuais, precisaríamos apontar para uma meta líquida de 500:1 (ou 70:1 bruto), para provar que podemos pelo menos igualar o desempenho atual do reator nuclear . Se isso parece impossível, então talvez seja - mas também não devemos perder nosso tempo com isso.

Acrescente os fatos, que a) não temos idéia se podemos manter a fusão por uma hora, muito menos um dia sem estragar completamente o equipamento (provavelmente não), e b) o ITER não produzirá eletricidade (que será alguém problema de outra pessoa (1)), e você verá que esse experimento é realmente uma ponte para lugar nenhum.

É aqui que a incapacidade da humanidade de compreender a natureza finita de nossa civilização realmente me atinge. Os dias da alta tecnologia estão contados. Nas taxas atuais de consumo, precisaríamos extrair tantos minerais nos próximos vinte a trinta anos quanto nos últimos dez milênios – tal é a natureza do crescimento exponencial.

O problema é que não temos tantos recursos sobrando, mas vamos tentar mesmo assim. A escassez dos dias atuais não é nada comparada com o que viveremos daqui a dez, quinze anos... Apenas observe. O ITER ainda estará inicializando (previsto para começar em 2035). Iniciá-lo será o nosso menor problema…. Apesar de outras questões, vamos pegar o trítio, por exemplo, um isótopo extremamente raro de hidrogênio:

Hoje, o trítio é gerado por 19 reatores de fissão CANDU canadenses, metade deles programados para fechar. […] Isso significa que o estoque de trítio de cerca de 25 kg atingirá o pico em 2030 e começará um declínio constante à medida que é vendido e decai.

e por que isso é importante? Claro, a fusão poderia funcionar em isótopos muito mais abundantes uma vez e zumbindo junto ... Para acioná-la, porém, você sempre precisará de uma pequena quantidade desse material realmente raro.

Os pesquisadores perceberam há mais de 20 anos que a “janela de trítio” da fusão acabaria se fechando, e as coisas só pioraram desde então. O ITER não queimará DT até 2035, no mínimo, quando o suprimento de trítio terá diminuído. Quando o ITER terminar o trabalho na década de 2050 – se não houver mais atrasos – apenas 5 quilos ou menos de trítio permanecerão.

Leia o artigo completo sobre o assunto aqui - achei extremamente perspicaz e com boas fontes. A fusão, em certo sentido, é um subproduto da tentativa única da humanidade de construir uma civilização movida a energia nuclear... Tudo baseado em metais não renováveis, combustíveis fósseis e areia - materiais que estamos destinados a esgotar no próximas décadas.

Enquanto continuamos sonhando com energia infinita, seja capturada por painéis solares ou criada aqui na Terra por meio de fusão, estamos voluntariamente esquecendo a quantidade de materiais não renováveis ​​necessários para serem incorporados – e eventualmente consumidos – por essas intrincadas tecnologias.

Para um excelente exemplo, dê uma olhada nas seis bobinas de campo poloidal (gerando o forte campo magnético - adorei o nome delas), feitas de fios de nióbio-titânio. Estes não são algo que você compra na Home Depot:

Variando em diâmetro de 17 a 24 metros e pesando 200 a 400 toneladas , as bobinas PF2, PF3, PF4 e PF5 são simplesmente grandes demais para serem fabricadas fora do local e enviadas para o ITER.

As pessoas no ITER absolutamente não escondem o fato de que seu projeto é um unicórnio totalmente inescalável. Tente imaginar toda a cadeia de suprimentos por trás da operação, começando com as minas de terras raras na China: extração de uma reserva finita de nióbio por caminhões basculantes e escavadeiras queimando galões de diesel por minuto e refinarias deixando um resíduo tóxico e altamente radioativo. lagoa atrás. Então imagine a quantidade de carvão e gás natural queimado nas fundições para derreter esses metais exóticos e fazer essa liga especial… A quantidade de diesel (novamente) queimado em navios e caminhões que transportam centenas de toneladas dele no local, a eletricidade consumida o processo de montagem de fabricação e assim por diante... Agora, você começa a ter uma noção de que tipo de entrada de energia e materiais finitos de que estou falando, necessários para construir, manter e operar um reator de fusão. Novamente,

Por que pretendemos construir uma usina de fusão praticamente ilimitada na Terra, quando foi exatamente isso, o uso de energia ilimitada (na forma de combustíveis fósseis) que levou à 6ª extinção em massa que estamos testemunhando no momento? A quem queremos impressionar com tudo isso?

Nossos descendentes, herdando uma biosfera meio morta, repleta de lixo radioativo, produtos químicos eternos, baterias usadas e metrópoles inundadas entre desertos vazios, certamente não vão se divertir nem um pouco. Com cada aumento no consumo de energia - como vimos - vem um aumento nas atividades ecocidas da mineração, à manufatura, do desmatamento à desertificação e, finalmente, ao desperdício - e se você acha que desta vez será diferente... Bem, então eu tenho um ponte para vendê-lo. As corporações, armadas com uma fonte de energia tão “limpa e abundante”, certamente destruiriam o pouco que resta do planeta Terra em questão de décadas em busca de recursos e, finalmente, lucro.

Gente, isso é um absurdo. Estamos comprovadamente no precipício do longo declínio na produção de petróleo e gás, em um planeta superaquecido com um ecossistema morrendo lentamente. E nossa melhor esperança é que possamos manter essa taxa verdadeiramente suicida de extração de recursos por muitas décadas até que nossa melhor e mais brilhante descoberta seja a fusão? Sério? Apenas para perceber que teremos esgotado o combustível de ignição até então, e nosso magnífico unicórnio não será nada mais do que uma pilha de vários bilhões de dólares de sucata radioativa (2), incapaz de se alimentar, muito menos da produção de novos reatores de seu tipo? Alguém, alguém , pensou nisso seriamente? Quem em sã consciência aprovou o orçamento para tudo isso?!

Sério, sabendo da terrível situação em que estamos, deveríamos estar ocupados aprendendo e reaprendendo como produzir alimentos, roupas e moradias em um planeta em transição para um clima radicalmente diferente. Precisamos desesperadamente de um plano de como reduzir o uso de tecnologia, em conjunto com o declínio natural na disponibilidade de recursos e energia. Devemos dar uma olhada em como as pessoas viviam antes de nossa era e ver quais tecnologias e conhecimentos científicos podem ser úteis em um mundo severamente esgotado, tanto em termos de recursos minerais/energia quanto da própria vida.

Combustíveis fósseis e minerais nos deixarão mais cedo devido ao esgotamento do que poderíamos deixá-los. Como resultado, a civilização industrial desaparecerá no decorrer dos próximos cem anos, não importa o que façamos. No entanto, presumindo que não caímos no esquecimento à medida que a história se desenrola, podemos aprender algo no processo ... O declínio da alta tecnologia também dará uma chance para a natureza se recuperar e nos tornarmos mais sábios e muito, muito mais , sustentável. A fusão, apesar deste grande 'sucesso', permanecerá uma torta no céu para sempre. Sempre será daqui a 25 anos, assim como era há meio século... até que as pessoas finalmente se esqueçam disso. Algumas centenas de anos no futuro, as pessoas nem serão capazes de explicar a seus filhos o que ele deveria fazer.

Para o aqui e agora, porém, a fusão é uma perda de tempo, dinheiro e recursos em escala gigantesca. Isso nos prejudica e nos impede de fazer muitas outras coisas que poderiam realmente fazer todo o sentido em nossa situação e nos ajudar a superar o gargalo à frente. Vamos nos concentrar neles, então, e deixar a technutopia movida a fusão onde ela pertence: para as páginas dos livros de história ainda a serem escritas.

Até a próxima vez,

B

Notas:

(1) No momento, podemos apenas imaginar como aproveitar a imensa energia liberada durante a fusão. A maior parte vem na forma de calor e radiação eletromagnética, além de algumas partículas de alta energia. O que faremos com isso? Ferver água e girar uma turbina a vapor? Qual seria a taxa de conversão de energia? 30% no máximo? Espere, estamos planejando usar isso em rajadas de 30 segundos? Imagine uma usina nuclear que teve que ser resfriada, desmontada e consertada a cada 30 segundos - ela simplesmente não funcionará.

(2) Os nêutrons são gerados e lançados nas paredes da câmara de reação durante a fusão. Com carga neutra, os campos eletromagnéticos não podem fazer nada para impedi-los de causar danos estruturais às paredes da própria câmara, transformando-a em um pedaço frágil de sucata radioativa ao longo do tempo. Um lixo perigoso, precisava ser enterrado junto com varetas de combustível de urânio usado, sem esperança de reciclagem. Boa sorte em encontrar um lugar seguro para ambos.