China: fusão nuclear

Os EUA lideraram a fusão nuclear durante décadas. Agora a China está em posição de vencer a corrida
Angela Dewan e Ella Nilsen/CNN   

A movimentada cidade de Xangai marca celebrações nacionais com shows de luzes mundialmente famosos, iluminando seus arranha-céus com cores deslumbrantes, como faróis da inovação chinesa.
É aqui que cientistas e engenheiros trabalham dia e noite para buscar a próxima grande novidade em tecnologia global, da internet 6G e IA avançada à robótica de última geração. É aqui também, em uma modesta rua do centro da cidade, que uma pequena start-up chamada Energy Singularity está trabalhando em algo extraordinário: energia de fusão nuclear.
Empresas e especialistas do setor dos EUA estão preocupados que os Estados Unidos estejam perdendo sua liderança de décadas na corrida para dominar essa forma quase ilimitada de energia limpa, à medida que novas empresas de fusão surgem na China e Pequim gasta mais que Washington.  

A fusão nuclear, o processo que alimenta o sol e outras estrelas, é meticulosamente difícil de replicar na Terra. Muitos países alcançaram reações de fusão, mas sustentá-las por tempo suficiente para uso no mundo real continua sendo uma tarefa difícil.

Dominar a fusão é uma perspectiva atraente que promete riqueza e influência global para o país que a dominar primeiro.

O prêmio dessa energia é sua eficiência absoluta. Uma reação de fusão controlada libera cerca de quatro milhões de vezes mais energia do que queimar carvão, óleo ou gás, e quatro vezes mais do que a fissão, o tipo de energia nuclear usada hoje. Ela não será desenvolvida a tempo de combater as mudanças climáticas nesta década crucial, mas pode ser a solução para o aquecimento futuro.

O governo chinês está despejando dinheiro no empreendimento, colocando uma estimativa de US$ 1 bilhão a US$ 1,5 bilhão anualmente em fusão, de acordo com Jean Paul Allain, que lidera o Escritório de Ciências de Energia de Fusão do Departamento de Energia dos EUA. Em comparação, o governo Biden gastou cerca de US$ 800 milhões por ano.

“Para mim, o que é mais importante do que o número é a rapidez com que eles estão fazendo isso”, disse Allain à CNN.

Empresas privadas em ambos os países estão otimistas, dizendo que poderão colocar energia de fusão na rede até meados da década de 2030, apesar dos enormes desafios técnicos que ainda existem.

Os EUA estavam entre os primeiros do mundo a se mover na jogada futurística, trabalhando seriamente na pesquisa de fusão desde o início dos anos 1950. A incursão da China na fusão ocorreu mais tarde naquela década. Mais recentemente, seu ritmo aumentou: desde 2015, as patentes de fusão da China aumentaram, e agora ela tem mais do que qualquer outro país, de acordo com dados da indústria publicados pela Nikkei.

A Energy Singularity, uma start-up de Xangai, é apenas um exemplo da velocidade alucinante da China.

Ela construiu seu próprio tokamak nos três anos desde que foi estabelecida, mais rápido do que qualquer reator comparável já foi construído. Um tokamak é uma máquina cilíndrica ou em forma de donut altamente complexa que aquece hidrogênio a temperaturas extremas, formando um plasma semelhante a uma sopa no qual ocorre a reação de fusão nuclear. 

Para uma empresa iniciante trabalhando em um dos quebra-cabeças de física mais difíceis do mundo, a Energy Singularity é incrivelmente otimista. Ela tem razão para ser: recebeu mais de US$ 112 milhões em investimento privado e também alcançou uma estreia mundial — seu tokamak atual é o único a ter usado ímãs avançados em um experimento de plasma.

Conhecidos como supercondutores de alta temperatura, os ímãs são mais fortes do que os de cobre usados ​​em tokamaks mais antigos. De acordo com  cientistas do MIT pesquisando a mesma tecnologia , eles permitem tokamaks menores que podem gerar tanta energia de fusão quanto os maiores, e podem confinar melhor o plasma.

A empresa está planejando construir um tokamak de segunda geração para provar que seus métodos são comercialmente viáveis ​​até 2027, e espera um dispositivo de terceira geração que possa fornecer energia à rede antes de 2035, disse a empresa.

Em contraste, os tokamaks nos EUA estão envelhecendo, disse Andrew Holland, CEO da Fusion Industry Association, sediada em Washington, DC. Como resultado, os EUA dependem das máquinas de seus aliados no Japão, Europa e Reino Unido para promover sua pesquisa.

Holland destacou um novo parque de pesquisa de fusão de US$ 570 milhões em construção no leste da China, chamado CRAFT, que deve ser concluído no ano que vem. “Não temos nada parecido”, ele disse à CNN. “O Laboratório de Física de Plasma de Princeton vem atualizando seu tokamak há 10 anos. O outro tokamak em operação nos Estados Unidos, o DIII-D , é uma máquina de 30 anos. Não há instalações modernas de fusão nos laboratórios nacionais americanos.”

Há um crescente desconforto na indústria dos EUA de que a China está vencendo a América em seu próprio jogo. Alguns dos tokamaks de próxima geração que a China construiu, ou planeja construir, são essencialmente “cópias” de designs dos EUA e usam componentes que lembram aqueles feitos na América, disse Holland.

O tokamak BEST financiado pelo estado da China, que deve ser concluído em 2027, é uma cópia de um projetado pela Commonwealth Fusion Systems, disse Holland, uma empresa em Massachusetts que trabalha com o MIT. Os dois designs apresentam o mesmo tipo de ímãs avançados que a Energy Singularity está usando.

Outra máquina que está sendo construída por uma empresa privada chinesa é muito parecida com uma projetada pela empresa americana Helion, disse Holland.
Há “uma longa história” de a China copiar tecnologia americana, acrescentou.
“Eles são seguidores rápidos e então assumem a liderança dominando a cadeia de suprimentos”, disse Holland, usando a tecnologia de painéis solares como exemplo. “Estamos cientes disso e queremos ter certeza de que não é assim que as coisas vão adiante.”

A CNN não recebeu resposta da Administração Nacional de Energia da China quando questionada se a pesquisa de fusão financiada pelo Estado havia copiado ou sido inspirada em projetos dos EUA.

Lasers vs. tokamaks

A fusão nuclear é um processo altamente complexo que envolve forçar a união de dois núcleos que normalmente se repeliriam. Uma maneira de fazer isso é aumentar as temperaturas em um tokamak para a casa dos 150 milhões de graus Celsius, 10 vezes a do núcleo do sol.

Quando se ligam, os núcleos liberam uma grande quantidade de energia na forma de calor, que pode então ser usada para girar turbinas e gerar energia.
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Os EUA são líderes em fusão há décadas; foram a primeira nação a aplicar energia de fusão no mundo real — em uma bomba de hidrogênio.

No início da década de 1950, os militares dos EUA testaram uma série de armas nucleares no Oceano Pacífico que foram "impulsionadas" por gases que criaram uma reação de fusão, resultando em uma explosão 700 vezes maior que a explosão de Hiroshima.

Manter a fusão nuclear por longos períodos é muito mais desafiador e, enquanto a China avança com seus tokamaks, os EUA estão encontrando uma vantagem em outra tecnologia: os lasers.

No final de 2022, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory na Califórnia dispararam quase 200 lasers em um cilindro contendo uma cápsula de combustível do tamanho de um grão de pimenta, no primeiro experimento bem-sucedido do mundo a gerar um ganho líquido de energia de fusão. Isso significa que mais energia saiu do processo do que foi usada para aquecer a cápsula (embora eles não tenham contado a energia necessária para alimentar os lasers).

Ainda há mais maneiras de alcançar a fusão nuclear, e os EUA estão apostando em uma variedade de tecnologias.

Não é impossível que essa abordagem valha a pena.

“Não sabemos exatamente qual será o melhor conceito, e pode não ser um”, disse Melanie Windridge, uma física de plasma sediada no Reino Unido e CEO da Fusion Energy Insights, uma organização de monitoramento da indústria. Pode haver, no final das contas, várias abordagens viáveis ​​para a energia de fusão, ela disse à CNN. “E então tudo se resumirá a custos e outros fatores no longo prazo.”
Mas o tokamak é o conceito mais bem pesquisado, ela disse.

“Com o tempo, ele teve a maior parte da pesquisa colocada nele, então é o mais avançado em termos de física”, disse Windridge. “E muitas empresas privadas estão construindo sobre isso.” 

Com o dinheiro que a China está investindo em pesquisa, o conceito de tokamak está evoluindo rapidamente. O tokamak EAST da China em Hefei manteve o plasma estável a 70 milhões de graus Celsius — cinco vezes mais quente que o núcleo do sol — por mais de 17 minutos, um recorde mundial e um avanço objetivamente surpreendente.

Mikhail Maslov, da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, descreveu isso como um “marco importante”, acrescentando que a execução de longos pulsos de plasma continua sendo um dos maiores desafios técnicos para a comercialização de energia de fusão.

Enquanto o governo da China despeja dinheiro em fusão, os EUA atraíram muito mais investimento privado. Globalmente, o setor privado gastou US$ 7 bilhões em fusão nos últimos três a quatro anos, cerca de 80% dos quais foram por empresas dos EUA, disse Allain, do DOE.

“Nos EUA, o que você tem é esse espírito empreendedor de ser capaz de realmente pensar fora da caixa, inovar e realmente abordar algumas dessas lacunas, não apenas na ciência, mas também na tecnologia”, disse ele.

Mas se o governo chinês continuar a investir mais de US$ 1 bilhão por ano, isso poderá em breve eclipsar os gastos dos EUA, mesmo no setor privado.
E se esses investimentos renderem frutos, as celebrações coloridas em Xangai não serão apenas impulsionadas pela fusão, mas também lançarão a China sob uma luz totalmente nova.

Foto: Um membro da equipe solda peças no parque de pesquisa de fusão CRAFT em Hefei, leste da China, em setembro de 2023. O tokamak BEST será construído ao lado do CRAFT. 

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