A busca pela energia de fusão, a fonte limpa e potencialmente ilimitada que poderia acabar com os problemas de energia da humanidade, começou como resposta a uma pergunta antiga, que temos feito desde que levantamos nossas cabeças em direção ao céu.
Era meados do século 19. A teoria da seleção natural de Charles Darwin havia revolucionado as noções sobre nós mesmos e nosso mundo. Mas a teoria tinha um problema. Como, perguntou o físico Lorde Kelvin, o Sol poderia estar brilhando por tanto tempo? Não teria queimado seu combustível bem antes de os humanos terem evoluído, como Darwin propôs?
Nenhum deles viveu para descobrir a resposta surpreendente: que dentro do nosso Sol, elementos mais leves estão constantemente se fundindo em elementos mais pesados, liberando vastas quantidades de energia no processo.
“A ‘loja’ é praticamente inesgotável”, escreveu o astrônomo Arthur Eddington em 1920, “se ao menos pudesse ser explorada.”
Um século depois, algumas startups dizem que estamos mais perto do que nunca de tornar isso realidade.
Nos próximos anos, essas empresas afirmam que suas máquinas de fusão produzirão mais energia do que consomem. Logo em seguida, começarão a gerar eletricidade para fábricas, data centers, usinas siderúrgicas e muito mais, ajudando a humanidade a dar um passo longe dos combustíveis fósseis, longe do aquecimento global e da poluição do ar, longe de alimentar nossas vidas acendendo pequenos fogos em motores, caldeiras e fornos.
As startups de fusão de hoje não estão apenas se preparando para esse momento no laboratório. Eles estão assinando acordos de pré-venda com clientes, desenvolvendo cadeias de suprimentos, cultivando uma força de trabalho, conversando com reguladores —todos os elementos que serão necessários para tornar a fusão uma fonte de energia acessível e prática, não apenas um experimento científico.
Porém, mais perto do que nunca não significa necessariamente perto. A história da fusão é um cemitério de prazos perdidos e marcos frustrados, explosões de entusiasmo seguidas de decepções dolorosas.
A visão otimista é que as startups estão avançando mais rapidamente do que os laboratórios governamentais jamais poderiam. Eles podem tentar, falhar e tentar novamente. Mas a lição de mais de meio século de pesquisa em fusão, segundo Gerald Navratil, professor de física de plasma na Universidade de Columbia, é que o fracasso acontece de formas que ninguém antecipa.
“Mesmo que a ideia física pareça tentadora”, de acordo com o docente, “até você realmente fazê-la de verdade”, em uma máquina real, produzindo energia real, “é apenas uma ideia”.
Quão difícil pode ser?
Criar uma estrela funcional na Terra pode parecer totalmente impossível, se os cientistas já não tivessem ido tão longe para fazê-lo.
Primeiro, você precisa aquecer uma nuvem de gás a temperaturas inimagináveis, acima de 100 milhões de graus Celsius. Isso faz com que o gás fique tão quente que os elétrons são arrancados de seus átomos. Tão quente que o gás transcende o estado gasoso e entra em outro estado da matéria: plasma.
Com calor suficiente, os átomos começam a fundir. Faça seu plasma manter esse calor por tempo suficiente e sob pressão alta o bastante, e mais energia é liberada do que a que você colocou para aquecê-lo.
A fusão é o oposto do processo de fissão que alimenta as usinas nucleares atuais. Os átomos não se dividem; eles se unem. O combustível básico não é urânio, mas hidrogênio extraído da água do mar. Não há ameaça de reações descontroladas, e os resíduos radioativos que deixa para trás são menos perigosos. Mas fazer isso acontecer, e controlá-lo, é muito, muito mais complicado.
“Para a fissão, se você simplesmente empilhar o tipo certo de material em um lugar, ele vai esquentar”, afirmou Robert Goldston, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton. “Para a fusão, é uma história diferente.”
Depois de criar algum plasma, o que vem a seguir? A substância se contorce como uma cobra de gelatina superquente, então você tem que mantê-la firme, caso contrário, ela pode se soltar e derreter seu equipamento. Ou ela pode simplesmente se desfazer, pois, por mais violento que o plasma seja, ele também é frágil: você poderia apagá-lo soprando nele.
Dentro do Sol, a gravidade mantém o plasma unido. Na Terra, as pessoas usam superímãs ou lasers.
Até este ponto, talvez você já tenha feito isso: átomos estão se fundindo, e partículas de alta energia, saindo do plasma. Sua máquina tem que sobreviver ao bombardeio. Mas também tem que colocar a energia para funcionar, produzindo eletricidade, mantendo a reação em andamento, tudo sem perturbar seu plasma, que é tão precário quanto um pião girando em uma ponta do dedo.
Em direção aos anos 2030
O enorme novo prédio da Commonwealth Fusion Systems no campo de Massachusetts poderia ser um canteiro de obras como qualquer outro: pisos cinza nus, lençóis plásticos presos com fita, aranhas nos cantos.
Há, no entanto, uma parede de 2,4 metros de concreto envolvendo o santuário mais interno do prédio, protegendo o mundo exterior do que está dentro.
Ali, em uma sala tão arejada e grandiosa quanto um templo, uma máquina colossal em breve será colocada no altar. Em círculo ao redor de seu núcleo, estarão 18 ímãs gigantes, cada um poderoso o suficiente para içar um porta-aviões. Quando a máquina for ligada, as forças magnéticas internas serão tão fortes quanto dez foguetes pesados decolando da Terra.
Apenas na indústria de fusão isso seria considerado uma máquina compacta: uma versão pequena, mas turbinada, de um tokamak, o dispositivo de fusão em forma de rosquinha que os cientistas têm construído desde os anos 1960. (tokamak é um acrônimo russo.)
Se há um grande peixe no lago da fusão comercial, é a Commonwealth. Desde a sua fundação em 2018, a empresa arrecadou mais de US$ 2 bilhões, mais do que qualquer outra startup de fusão.
A máquina que está sendo construída em Massachusetts, Sparc, é um dispositivo de demonstração. A Commonwealth tem como objetivo fazer com que ela produza energia líquida, de uma forma comercialmente relevante, em 2027. Sua próxima máquina, ARC, é a que, segundo a empresa, vai gerar eletricidade para clientes pagantes, no início dos anos 2030.
Uma das razões pelas quais a Commonwealth está confiante em atingir seus objetivos é que, de certa forma, o Sparc é uma máquina “conservadora”, até mesmo “sem graça”, segundo Bob Mumgaard, o diretor-executivo da empresa.
Os cientistas têm estudado e construído tokamaks há tanto tempo que a Commonwealth não precisa reinventar a roda, exceto em algumas áreas-chave, acrescentou ele.
A Commonwealth está direcionando a maior parte de sua energia criativa para o ARC, a máquina que deseja construir em seguida. “Ainda estamos aprendendo muito na parte íngreme da curva de aprendizado”, disse Mumgaard.
Os cientistas e engenheiros da empresa estão descobrindo como tornar o plasma do ARC menos propenso a se agitar e como evitar o superaquecimento de partes da máquina. Também estão examinando quão bem os materiais que estão usando podem resistir às partículas de alta energia passando por eles e se precisarão ser complementados com materiais que ainda não foram inventados.
Mais chances de gol
A crítica aos tokamaks, como Mumgaard reconhece, é que são geringonças complicadas.
Difíceis de construir. Um incômodo para desmontar e manter. E caros: De acordo com Mumgaard, o Sparc acabará custando cerca de US$ 1,2 bilhão para ser construído.
O maior tokamak em construção em qualquer lugar da Terra, um projeto multinacional na França chamado Iter, está no caminho para custar dezenas de bilhões de dólares e não estará pronto para experimentos até meados da década de 2030.
É aí que entra o outro lado do boom privado de fusão. A maioria das startups de hoje não está seguindo o Iter e a Commonwealth e construindo tokamaks. Eles acham que podem fazer fusão de forma mais barata e fácil usando outros tipos de máquinas, mesmo que seus designs variem muito na eficácia com que os cientistas os fizeram funcionar.
“Ainda não foram comprovados”, disse Earl Marmar, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). “Mas, sabe, boa sorte. Espero que algo funcione em breve com certeza.”
Type One Energy e Thea Energy estão trabalhando em “stellarators”, que são semelhantes aos tokamaks, mas torcidos e complexamente ondulados. A Realta Fusion está construindo um reator que o cofundador da empresa Cary Forest chama de “formato de Tootsie Roll”: um cilindro com ímãs em ambas as extremidades.
Em um parque de escritórios perto de Seattle, a Zap Energy está fabricando dispositivos de fusão nos quais filamentos de plasma são, sim, zapeados com eletricidade. Perto dali, a Helion Energy está trabalhando em uma máquina de fusão que dispara dois anéis de plasma um contra o outro. A Helion diz que começará a usar sua tecnologia para gerar eletricidade para a Microsoft em 2028.
Do outro lado da fronteira canadense, perto de Vancouver, uma empresa chamada General Fusion está mirando em comprimir o plasma não com ímãs sofisticados, lasers ou outras peças exóticas, mas com pistões um pouco como os de um motor de carro. A empresa espera demonstrar a viabilidade de sua nova máquina em 2026.
Quando se trata do grande objetivo de levar a humanidade para uma era movida a fusão, mais empresas poderiam significar mais “chances de gol”, como define Jean Paul Allain, chefe do programa de ciência de fusão do Departamento de Energia. Quando alguém marca, todos se beneficiam.
O que preocupa os pesquisadores é o quanto algumas startups de fusão estão prometendo e o quão rápido. Mesmo que suas usinas piloto sejam bem-sucedidas, ainda há um longo caminho a percorrer antes que estejam prontas para atender a uma parcela significativa das necessidades de eletricidade do globo, segundo Steven Cowley, diretor do Laboratório de Física de Plasma de Princeton.
“Há muito hype supercarregado”, disse Cowley. “Você se preocupa com as consequências quando as pessoas não cumprem.”