Fusão Nuclear: Energia das estrelas como alternativa para matriz energética mundial.

Fonte definitiva de energia

Em busca de uma alternativa para a matriz energética mundial, muitos cientistas acreditam que só a energia das estrelas pode representar um passo decisivo para a humanidade.

Às voltas com a sujeira e os riscos causados pela fissão nuclear, ainda debatendo se os biocombustíveis valem a pena ou não, o mundo se vê às voltas com uma matriz essencialmente baseada no petróleo e seus parentes próximos, o carvão e o gás natural.

Para achar uma saída desse beco, as duas únicas tecnologias com potencial disruptivo são a fotossíntese artificial e a fusão nuclear.

Os experimentos com folhas artificiais estão apenas começando. Mas o homem sonha em domar a fusão nuclear desde que Hans Bethe explicou de onde as estrelas tiravam tanta energia.

Tentativas de produzir a fusão nuclear

A primeira tentativa de produzir a fusão nuclear na Terra não é de boa lembrança: em 1º de Novembro de 1952, os Estados Unidos usaram uma bomba similar à usada em Hiroshima apenas para dar a ignição na primeira bomba de hidrogênio. Funcionou, mas a coisa se mostrou tão perigosamente descontrolada que o projeto foi deixado de lado.

O recorde mundial de fusão nuclear hoje pertence ao reator tokamak do JET (Joint European Torus), no Reino Unido. Com 15 metros de diâmetro e 12 metros de altura, ele consumiu 20 MW para produzir 16 MW - mas a fusão nuclear se sustentou por menos de 10 segundos.

Hoje, todos os esforços para bater esse recorde e gerar energia são pacíficos - ao menos os que se conhece. E os projetos de fusão nuclear não são mais exclusividade dos governos e suas universidades: já há empresas privadas trabalhando na área.

ITER

O maior desses esforços é o ITER, sigla em inglês de Reator Internacional Termonuclear Experimental, que começou a ser erguido em Cadarache, na França.

Com um investimento planejado de US$21 bilhões, o projeto pretende consumir 50 50 megawatts (MW) de energia para dar partida em uma produção de 500 MW. Em 2027, se tudo der certo.

O problema é que ninguém sabe se vai dar certo. Muitos físicos dizem que não vai funcionar. Outros afirmam que o ITER funcionará como um excelente laboratório de física, mas nunca será uma usina de geração de energia eficiente.

O ITER usará um reator do tipo tokamak, que usa um gigantesco campo magnético para confinar um plasma que deverá atingir uma temperatura de 45 milhões de graus Celsius para dar partida na fusão de deutério-trício.

Se funcionar, um quilograma (kg) de combustível de fusão vai gerar tanta energia quanto 10 milhões de kg de carvão.

Outro experimento já atingiu 25 milhões de graus Celsius, ainda abaixo do ponto de partida da fusão. Mas os projetistas do ITER confiam em seu 18 gigantescos ímãs supercondutores, cada um pesando 360 toneladas, para confinar uma quantidade de plasma suficiente para chegar lá.

Ignitor

O Ignitor é um projeto conjunto entre a Itália e a Rússia, bem menos ambicioso que o ITER.

O Ignitor será na verdade uma versão ampliada do Alcator C-Mod, desenvolvido pela equipe do professor Bruno Coppi, do MIT.

O reator, que está sendo erguido nas proximidades de Moscou, terá aproximadamente o dobro do tamanho do Alcator, com uma câmara principal em forma de anel com 1,3 metro de diâmetro - a câmara do ITER terá 6,2 metros de diâmetro.

O Alcator não nasceu para gerar energia, mas como um laboratório para estudar as estrelas.

Ao longo dos anos, os cientistas foram aprimorando seus detalhes técnicos, a ponto de atingirem um estágio no qual eles acreditam ser viável usar a tecnologia para produzir temperaturas suficientes para iniciar a fusão nuclear.

Como estão trabalhando em uma área desconhecida, os cientistas parecem mais interessados em trocar experiências do que em competir. Evgeny Velikhov, responsável pelo lado russo do projeto, também é membro do conselho do ITER.

Mas o Dr. Coppi não se cansa de dizer, entrevista após entrevista, que, mesmo que o Ignitor nunca gere mais energia do que consumir, ainda assim a astrofísica terá muito a ganhar com o experimento.

Stellarator

O tokamak não é o único caminho para tentar domar a fusão nuclear.

O projeto Wendelstein 7-X, do Instituto Max Planck, da Alemanha, está construindo um reator de fusão do tipo stellarator (ou estelarator) - ele será o maior do mundo desse tipo.

Um tokamak é alimentado por uma corrente de plasma. Essa corrente fornece uma parte do campo magnético responsável por isolar o próprio plasma das paredes do reator. O grande problema é evitar as "disrupções", as instabilidades do plasma circulante pelo torus.

Um reator do tipo stellarator não tem corrente, eliminando de pronto o problema das instabilidades do plasma. Esse tipo de reator tem um desenho esquisito, mas também tem seus próprios problemas, como uma tendência a perder energia.

Cada stellarator foge à sua própria maneira do tipo "clássico", fazendo modificações e otimizações que tentam coibir os defeitos o obter um funcionamento contínuo.

O Wendelstein 7-X terá 50 bobinas supercondutoras, medindo 3,5 metros de altura cada uma, para gerar o campo magnético primário. Para completar o sistema de contenção do plasma será usada uma camada adicional com 20 bobinas planares, colocadas sobre as primeiras, que terão o papel adicional de permitir o controle da intensidade do campo magnético.

O conjunto todo é contido dentro de uma estrutura de 16 metros de diâmetro. Uma usina de refrigeração fornecerá 5.000 Watts de hélio líquido para manter a supercondução dos fios que formam as bobinas.

O Wendelstein 7-X será um reator de pesquisa, sem intenção de produzir energia. Na verdade, a intenção é demonstrar a viabilidade da construção de uma usina de fusão nuclear usando um reator do tipo stellarator. Se tudo ocorrer segundo o cronograma, o reator deverá entrar em funcionamento em 2014.

Fusão nuclear com laser

O projeto europeu Hiper (sigla em inglês de Pesquisa de Energia Laser de Alta Potência) pretende atingir as altas temperaturas necessárias para iniciar a fusão nuclear usando um equipamento de raio laser do tamanho de um estádio de futebol.

Um laser de alta potência vai comprimir átomos de hidrogênio para conseguir uma densidade 30 vezes maior do que a do chumbo.

Um segundo laser vai aumentar a temperatura do hidrogênio comprimido acima dos 100 mihões de graus Celsius - ao menos é o que os cálculos indicam.

Nessas condições, os núcleos do hidrogênio deverão se fundir para formar hélio.

Iniciado em 2008, o Hiper é financiado pela Comissão Europeia e envolve 26 instituições de dez países.

Motor de fusão

Os cientistas da empresa privada Helion Energy são bem mais comedidos do que seus parceiros institucionais.

Seu reator de fusão nuclear é um equipamento cilíndrico de 16 metros de comprimento e pouco mais de um metro de diâmetro.

Chamado de "motor de fusão", o reator não usará supermagnetos supercondutores mantidos em temperaturas criogênicas: ele usará um processo conhecido como configuração de campo reverso.

Em vez de confinar o plasma em uma estrutura toroidal, como no tokamak, o motor de fusão vai acelerar duas pequenas bolas de plasma uma em direção à outra.

Manter o plasma isolado em um aparato linear é muito mais simples do que o formato toroidal, exigindo um campo magnético menos intenso e mais fácil de controlar. É por isso que o reator é tão menor do que seus concorrentes.

Se os cálculos estiverem corretos, a colisão deverá gerar calor suficiente para fundir os núcleos dos átomos, aquecê-los e iniciar a fusão de forma sustentada.

Como a fusão ocorre em um ponto determinado no espaço é mais fácil também recolher os nêutrons gerados. Os nêutrons são essenciais para gerar o combustível da fusão.

E, se eles escaparem, podem tornar radioativas as peças metálicas do equipamento com as quais entrarem em contato - isso acontecerá no ITER, que deverá trocar as partes internas do seu reator periodicamente.

O protótipo do motor de fusão atingiu uma temperatura de 25 milhões de graus Celsius, bem abaixo do necessário. Mas os cientistas calculam que a temperatura necessária será alcançada com um equipamento apenas três vezes maior.

A NASA e o Departamento de Defesa dos Estados Unidos já investiram US$5 milhões na empresa, que agora está procurando parceiros privados para levantar mais US$20 milhões, necessários para construir a versão final do seu motor de fusão.

Fusão geral

A empresa canadense General Fusion está usando uma outra abordagem para tentar obter a fusão nuclear sustentada.

A técnica chama-se fusão de plasma magnetizado e consiste em iniciar a fusão em um plasma comprimido de forma intensa e rápida no interior de uma esfera giratória de metal líquido.

O reator funciona em ciclos sequenciais, com cada compressão do plasma magnetizado produzindo um "disparo" de energia gerada pela fusão.

São quatro ciclos: criação do plasma de deutério e trício, aprisionamento do plasma em um campo magnético, compressão do plasma magnetizado, gerando a fusão e, finalmente, captura do calor gerado pela fusão para uso em uma usina termoelétrica.

Os resultados ainda são modestos: segundo a empresa, o aparato produziu uma temperatura de 5 milhões de graus Celsius durante 1 microssegundo.

Mas a General Fusion tem mais dinheiro para construir versões maiores do seu reator: os US$30 milhões foram levantados entre investidores privados, entre os quais Jeff Bezos, da Amazon.

Fusão secreta

Há uma outra empresa privada na área, chamada Tri Alpha Energy, que não gosta de aparecer e nem divulga seus projetos, mas que aparentemente está usando um conceito criado pelos físicos Norman Rostoker e Hendrik Monkhorst.

A ideia é misturar hidrogênio e boro-11 em um plasma de alta temperatura para gerar a fusão.

O processo de confinamento usa a mesma configuração de campo reverso, mas aparentemente mantendo toda a energia de entrada dentro do reator - os elétrons do combustível seriam confinados eletrostaticamente e os íons seriam aprisionados magneticamente.

Os pesquisadores acreditam que, com o calor e a densidade adequadas, esses íons vão se fundir para liberar energia.

Recentemente circularam boatos de que a empresa teria levantado US$90 milhões, tendo entre seus investidores Paul Allen, cofundador da Microsoft. Mas as empresas de capital de risco apontadas nos boatos não listam a empresa em sua carteira de investimentos.

Em um artigo científico publicado em 2010, seus cientistas afirmam ter alcançado uma temperatura de 5 milhões de graus Celsius durante 2 milissegundos.

Já houve vários boatos sobre a iminência de um teste "no ano que vem", que ainda não aconteceu. Os mais otimistas opinam que uma versão comercial do reator Rostoker/Monkhorst - capaz de produzir mais energia do que consome - não sairá antes de 2020.

Fusão nuclear a frio

Há também propostas mais controversas para a fusão nuclear, embora não voltadas especificamente para a produção de energia.

A principal delas é a chamada fusão nuclear a frio, ou fusão de baixa energia, que mostra os indícios da fusão por meio dos nêutrons gerados no processo - pouquíssimos nêutrons, em comparação com os experimentos que pensam em gerar energia.

A ideia surgiu em 1989, quando Martin Fleishmann e Stanley Pons afirmaram ter verificado a fusão nuclear em uma célula eletrolítica. Mas nenhum outro grupo conseguiu reproduzir o experimento.

A esperança renasceu em 2009, quando Pamela Mosier-Boss e sua equipe modificaram ligeiramente a célula eletrolítica de Fleishmann e Pons e tiveram resultados animadores, ainda que frágeis demais para qualquer uso prático.

Mas a fusão nuclear a frio só voltou a ser levada a sério em 2010, quando a Sociedade Americana de Química promoveu um evento de dois dias exclusivamente para discutir o assunto. Deste o fiasco inicial, quem se atrevia a pesquisar a área preferia trabalhar em silêncio.

Foram mais 50 apresentações de experimentos que apresentaram resultados significativos, suficientes para colocar o assunto em pauta novamente. Mas ninguém sonha em usar a fusão a frio para geração de energia.

Fusão por cavitação

Pelo menos três grupos se envolveram em uma pretensa fusão nuclear em um equipamento de mesa, desde que Rusi Taleyarkhan e seus colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge afirmaram ter conseguido iniciar a fusão pelo colapso de microbolhas.

Seth Putterman, da Universidade da Califórnia, fez uma demonstração semelhante em 2005, mas usando o aquecimento de um cristal em um ambiente de deutério. A produção de nêutrons, contudo, foi muito pequena, e os cientistas nunca chegaram a afirmar que a técnica seria útil para a geração de energia.

No mesmo ano, uma equipe da Universidade Purdue afirmou ter confirmado o experimento de Taleyarkhan, baseado na cavitação de microbolhas.

Contudo, depois da contestação de outros cientistas, a Universidade fez uma sindicância e concluiu que Yiban Xu e Adam Butt haviam falseado os resultados.

Resistência às eólicas cresce e setor tenta reagir

Os parques de energia eólica, uma fonte de energia limpa e barata, se espalham rapidamente pelo país. Mas a eletricidade gerada a partir do vento também começa a ser criticada por uma ala do setor de energia, que vê com preocupação a maior dependência em uma fonte de energia intermitente.

Sem vento, uma turbina eólica deixa de gerar energia repentinamente, risco que não existe com as termelétricas, que queimam gás, biomassa ou carvão de forma contínua. Mesmo com escassez de chuvas, uma hidrelétrica também não para de produzir energia abruptamente.

O sentimento antieólicas não aumenta apenas no Brasil, onde o governo passou a ser mais rigoroso com os empreendedores e fornecedores de equipamentos, a maior parte estrangeira. O movimento também é mundial. Tanto assim que a fabricante dinamarquesa de turbinas Vestas lançou neste mês uma campanha para combater o crescente lobby contra a indústria eólica na Austrália, um dos países onde a resistência ao setor é forte.

No Brasil, o presidente da Renova, Mathias Becker, também demonstra preocupação. O executivo afirma que o segmento é vítima de preconceito e que pretende conversar mais com vários representantes do setor de energia para desfazer algumas ideias, a seu ver, "equivocadas", como a percepção de que a eólica seria uma fonte menos confiável que a hidráulica.

É muito mais fácil ventar que chover, diz Becker. A ocorrência de precipitações depende de uma combinação de variáveis meteorológicas bem mais específica, o que faz com que as chuvas também sejam mais imprevisíveis. Os ventos também são mais contínuos. Com isso, a energia gerada por um parque varia menos que a produção de uma hidrelétrica sem reservatório, como as usinas mais novas.

Controlada pela Light/Cemig, pelo Fundo Infrabrasil, focado em infraestrutura, e pela RR Participações, dos empresários Renato Amaral e Ricardo Delneri, a Renova é a maior geradora de energia eólica do país, com mais de mil MW de capacidade instalada. 

Uma das medidas que causou neste ano indignação entre os empresários do setor foi a exclusão das eólicas do leilão de energia nova, que será realizado no dia 29 de agosto. Serão licitadas no certame usinas a carvão, uma das fontes mais poluentes, além de térmicas a gás e biomassa e hidrelétricas. Os contratos firmados no leilão passarão a valer a partir de janeiro de 2018. 

As eólicas serão licitadas em um leilão específico de energia de reserva, no dia 23 de agosto. Mas os projetos terão de estar prontos em dois anos, tempo bem mais curto que os cinco anos que as térmicas a carvão e a gás terão para concluir suas obras. "Queremos competir com o carvão. Somos contra essa proibição", afirma Becker.

Segundo ele, os dois anos de prazo para conclusão dos parques não são triviais e trazem várias consequências para os empreendedores e fornecedores, que precisarão montar uma operação de "guerra". "Não se trata de má vontade, é um problema físico", diz Becker, referindo-se às dificuldades que serão enfrentadas ao longo da cadeia de abastecimento. E os fornecedores certamente repassarão esse empenho aos preços, dizem os empreendedores.

Os obstáculos, porém, não tiraram o apetite dos investidores. A Renova inscreveu para o leilão 500 MW de parques eólicos na Bahia. Outra eólica, a Bioenergy, também afirma ter inscrito 500 MW. Ao todo, foram cadastrados 655 projetos, que somam uma capacidade instalada de 16 mil MW, o maior volume já inscrito até hoje.

Mas, desse total, é esperado que apenas uma pequena parcela seja de fato comercializada no leilão, algo entre 2 mil MW e 3 mil MW. O volume negociado dependerá do preço teto, que ainda não foi estabelecido.

Além do prazo exíguo para a construção dos empreendimentos, o governo aumentou as exigências para os fabricantes, obrigando-os a produzir no país os três componentes: torre, máquina e pás. Os fabricantes que não cumprem com os índices de nacionalização nessas três etapas foram excluídos da linhas de financiamento do BNDES. As mesmas exigências não são feitas para outros setores, queixa-se Becker. 

Sobre a abertura de capital da CPFL Renováveis, Becker responde: "Nunca torci tanto por um concorrente". A chegada de uma segunda empresa do setor na bolsa dará mais visibilidade e mais parâmetros para os investidores, diz o executivo.

A Renova fez sua estreia na bolsa em julho 2010 e, por enquanto, vem se saindo bem melhor que outras elétricas. Neste mês, enquanto o Índice de Energia Elétrica (IEE) da Bovespa acumula uma desvalorização de 12,5%, as ações da companhia subiram 0,58%. Em 2013, os papéis da geradora valorizaram 25%, enquanto o IEE recuou 13,3%.

FONTE: FEITEP

Concreto moderno importa tecnologia da Roma Antiga

Em uma época conhecida como Era do Conhecimento ou Era da Tecnologia, pode soar estranho o que fez uma equipe internacional geólogos e engenheiros - eles foram procurar uma solução para um problema moderno no passado remoto.

Trabalhando para tornar o concreto usado na construção civil mais durável e mais sustentável, Marie Jackson e seus colegas encontraram inspiração no concreto fabricado na Roma Antiga.

Jackson foi orientada pelo brasileiro Paulo Monteiro, atualmente professor na Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos.

Concreto romano

O concreto romano, fabricado há mais de 2.000 anos, continua sustentando estruturas, sem sinal de deterioração, enquanto o concreto moderno mostra sinais claros de degradação apenas 50 anos depois de sua fabricação.

Segundo a equipe, o segredo está em um composto altamente estável, conhecido como silicato hidratado de cálcio e alumínio. É esse composto que dá liga ao concreto romano, que foi usado para construir algumas das estruturas mais duráveis do mundo ocidental.

O processo de fabricação do concreto romano também era muito menos danoso ao meio ambiente do que o atual.

O processo de fabricação do cimento portland, o principal componente do concreto, usa combustíveis fósseis para queimar o carbonato de cálcio, ou calcário, e argilas a uma temperatura de 1.450º C - 7% das emissões globais de CO2 vem da fabricação de cimento.

A produção do concreto romano, por sua vez, exigia temperaturas equivalentes a dois terços da temperatura necessária para fabricar o cimento portland. O processo, descrito no ano 30 A.C. por Marcus Vitruvius Pollio, engenheiro do Imperador Augusto, emprega cinza vulcânica, que os romanos combinavam com cal para formar uma argamassa.

Eles embalavam essa argamassa e pedaços de pedras em moldes de madeira e mergulhavam tudo na água do mar.

Ou seja, em vez de lutar contra os elementos marinhos, os maiores inimigos do concreto moderno, os romanos aproveitavam a água salgada, tornando-a parte integrante do concreto.

Essa combinação dá origem a um outro mineral, também descrito pela primeira vez pela equipe, a tobermorita de alumínio, que ajuda a explicar a resistência do concreto imperial.

Durável demais

"O concreto romano se mantém coerente e bem consolidada há 2.000 anos nos agressivos ambientes marítimos," comenta Marie Jackson. "É um dos materiais de construção mais duráveis do planeta, o que não é nenhum acidente - o transporte marítimo estava na base da estabilidade política, econômica e militar do Império Romano. Assim, construir portos que durassem era algo crítico."

E por que as fábricas modernas não usam a tecnologia romana para fazer concreto durável?

"Você pode argumentar que as estruturas originais romanas foram construídas tão bem que, uma vez no lugar, elas não precisavam ser substituídas," sinaliza a pesquisadora.

Outra razão pode ser a pressa moderna: o concreto romano não endurecia tão rapidamente quanto o concreto moderno.

FONTE: Inovação Tecnológica 

Geração de energia a partir do lixo em questão

Representantes do governo federal e do setor privado se reuniram, este mês, em São Paulo (SP), para debater a viabilidade técnica e econômica da implantação, no Brasil, de uma usina de geração de energia elétrica a partir da incineração de resíduos sólidos urbanos – tecnologia conhecida como mass burning. As discussões foram baseadas em dados iniciais de um estudo contratado pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI) e o Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), que mostra como esse tipo de tecnologia é usado em outros países, o possível modelo de negócio nacional e o arcabouço legal necessário.

Um dos pontos cruciais do debate é o custo de instalação e manutenção do empreendimento. “Uma usina como essa tem capacidade para, através da incineração, converter os resíduos em vapor, por onde é gerada a energia elétrica. Além disso, ela opera com filtros destinados ao tratamento dos gases efluentes da combustão, antes que eles sejam dispersos na atmosfera. Segundo o estudo, realizado pela Proema Engenharia e Serviços Ltda, toda a estrutura envolve um investimento estimado em 140 milhões de euros, além do custo de manutenção, que pode ficar em 29 milhões por ano”, conta Junia Motta, coordenadora da Área de Química da ABDI.

Por outro lado, frente aos altos custos desse tipo de recuperação energética estão os impactos ambientais dos aterros sanitários, principal forma de tratamento utilizada no Brasil e que envolve alto risco de contaminação do solo no longo prazo. “O grande destaque do projeto que estamos desenvolvendo aqui é a definição de um modelo técnico-econômico que torne viável a instalação de uma usina de mass burning no Brasil. Por meio do estudo e da colaboração de diversas instâncias envolvidas, estamos adequando esse objetivo à realidade do país e, com isso, tornando-o possível”, afirma o gerente de projetos da ABDI, Miguel Nery.

A versão final do documento deve ser apresentada em julho, mas empresas como Braskem, Foz do Brasil/Odebrecht, Foxx e Proema já estão inseridas no debate e participaram do encontro. Também estiveram presentes representantes do Instituto Sócio-Ambiental dos Plásticos (Plastivida), da Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (Abrelpe) e da Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública (ABLP).

Entre os dados mostrados no evento está o crescente uso do mass burning em países como Estados Unidos, Portugal, Inglaterra, França e, principalmente, Alemanha. “Vemos que essas nações promovem cada vez mais a incineração, ainda que também realizem outros tipos de tratamento de resíduos, como reciclagem, compostagem e aterros sanitários. A Alemanha se destaca por promover os mass burning desde 1965 – em 2009, o país já tinha cerca de 70 usinas – e por já não possuir aterros, seguindo a diretriz da Comissão Europeia de eliminar todos os aterros sanitários até 2020”, descreve Maria Helena Orth, diretora da Proema.

FONTE: Ambiente Energia