Reator Europa-Japão dá um grande passo na busca da energia de fusão

Na cidade japonesa de Naka, no leste do país, ergue-se uma torre de seis andares de altura que está longe de ser um edifício vulgar.

O dispositivo no interior da estrutura cilíndrica de aço é designado por tokamak. Foi concebido para conter gases superaquecidos em turbilhão, chamados plasmas, a uma temperatura que pode atingir os 200 milhões de graus Celsius – mais de 10 vezes mais quente do que o núcleo do Sol.

Um grande marco

Localizado a nordeste de Tóquio, o tokamak representa o próximo marco numa busca internacional de décadas para tornar a energia de fusão uma realidade e reflete os papéis de liderança desempenhados pela União Europeia (UE) e pelo Japão. A estrutura de Naka, conhecida como JT-60SA, é o resultado do acordo UE-Japão de 2007 para desenvolver energia de fusão. É o tokamak mais potente do mundo e foi inaugurado em dezembro de 2023, após quase uma década de construção.

"A entrada em funcionamento do JT-60SA é um marco muito importante", afirmou Ambrogio Fasoli, um perito italiano em física que lidera um consórcio que recebeu financiamento da UE para fazer avançar as perspetivas para a energia comercial a partir da fusão. Denominada EUROfusion, a parceria reúne cerca de 170 laboratórios e parceiros industriais de 29 países. O participantes contribuem com materiais e pessoal para o JT-60SA.

Reatores de energia de fusão como o JT-60SA reproduzem processos que ocorrem no sol e noutras estrelas. Ao fundir átomos de hidrogénio para criar hélio e um neutrão, libertando energia sob a forma de calor, têm o potencial de gerar uma fonte de energia segura, limpa e quase inesgotável.

Não é fissão

A fusão é o inverso da fissão, o processo que está no âmago das centrais nucleares tradicionais. Enquanto a fissão envolve a divisão de um átomo pesado em dois átomos leves, a fusão combina dois átomos leves para formar um maior.

Ao contrário da fissão, a fusão não produz resíduos nucleares de longa duração e não apresenta qualquer risco de fusão ou de reação em cadeia.

A investigação sobre a fusão começou na década de 1920, quando um astrofísico britânico chamado Arthur Eddington relacionou a energia das estrelas com a fusão do hidrogénio em hélio.

Um século mais tarde, à medida que as alterações climáticas se intensificam e os países de todo o mundo procuram alternativas aos combustíveis fósseis que as provocam, o caráter apelativo da fusão é mais forte do que nunca.

No entanto, subsistem obstáculos significativos. Estes incluem os desafios técnicos de construir reatores cujas paredes não derretam devido ao calor extremo no interior, encontrar as melhores misturas de materiais para a produção da fusão e limitar a irradiação dos materiais no interior do reator.

O novo número 1

O Comissário Europeu para a Energia, Kadri Simson, participou na inauguração da JT-60SA em Naka há cinco meses.

O reator de 600 milhões de euros foi construído conjuntamente por uma organização da UE denominada Fusion for Energy, ou F4E, e pelos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia Quânticas do Japão, também conhecidos por QST.

Quando foi declarado ativo, o JT-60SA roubou o título de maior tokamak a uma instalação com 40 anos no Reino Unido chamada Joint European Torus, ou JET.

O JT-60SA terá até 41 megawatts de potência de aquecimento em comparação com os 38 MW do JET.

"Ligámos a máquina e funciona", afirma Guy Phillips, responsável da unidade para o JT-60SA na F4E. "Conseguimos produzir o maior volume de plasma de sempre num dispositivo deste tipo, o que é um grande feito. Contudo, foi apenas o primeiro passo e ainda temos muito trabalho pela frente."

A pedra angular

O JT-60SA irá informar o trabalho no próximo tokamak planeado: o ITER é a maior experiência de fusão do mundo.

Com o dobro do tamanho do JT-60SA, o ITER está a ser construído num terreno de 180 hectares no sul de França.

A F4E gere a contribuição da Europa para o ITER, que reúne 33 países, bem como para o JT-60SA, cuja vida útil prevista é de cerca de 20 anos.

Com a confirmação de que os sistemas do núcleo do JT-60SA funcionam, o reator entrará numa paragem planeada de dois a três anos, enquanto é adicionado um sistema externo de aquecimento e outros sistemas são melhorados.

"Quando iniciarmos a próxima fase operacional, poderemos então ir muito mais longe na produção de plasma e na compreensão das diferentes configurações", afirma Phillips.

O acumular do conhecimento

A continuidade é uma forte característica da investigação sobre a fusão.

Antes de dedicarem a sua atenção ao JT-60SA, os investigadores do EUROfusion trabalharam no JET.

Esta instalação bateu o seu próprio recorde para a maior quantidade de energia produzida por um reator de energia de fusão antes de serem realizadas as últimas experiências e de ser encerrada em dezembro de 2023.

Medindo 69 megajoules numa explosão de 5,2 segundos, a energia foi estimada como suficiente para alimentar 12 000 casas.

"O registo da energia de fusão no JET é um lembrete incrivelmente forte de como dominamos atualmente as reações de fusão na Terra", refere Fasoli.

Um olhar sobre o futuro

Dada a importância do saber-fazer neste domínio, tanto o EUROfusion como a F4E desenvolvem programas destinados a suscitar o interesse e a formação das futuras gerações de cientistas no domínio da fusão.

Segundo Fasoli, dois fatores que travam o interesse de alguns jovens investigadores pela fusão são a falta de resultados imediatos neste domínio e um estigma indireto, e injustificado, ligado à fissão nuclear.

"Trata-se de um esforço transgeracional", afirmou. "Existe uma necessidade de educação, formação e estruturas que possam manter as pessoas interessadas."

A Comissária Europeia para a Inovação, Investigação, Cultura, Educação e Juventude, Iliana Ivanova, afirmou, num evento realizado em março de 2024 com representantes da indústria, que a colaboração entre entidades públicas e privadas no domínio da fusão é essencial para acelerar a demonstração da produção de eletricidade de fusão.

O objetivo é envolver as maiores partes interessadas da indústria, bem como as startups, na transição do laboratório para o fabrico, conhecido como “do laboratório para a fábrica” (lab-to-fab).

Segundo Fasoli, isto significa combinar o espírito empresarial e a capacidade industrial do setor privado com a ambição e o realismo do setor público.

Fasoli refere ainda que a energia de fusão pode tornar-se uma realidade até 2050.

"Desde que rememos todos na mesma direção, acredito que o horizonte ainda é razoável", afirma Fasoli. "Significa que precisamos que todos trabalhem em conjunto."

Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.