Fabrício Mainenti
RedatorEla pode muito bem se tornar a mina de ouro definitiva do século XXI: a fusão nuclear como uma fonte de energia inesgotável e sustentável para o futuro. Além de resolver inúmeros problemas, ela poderia gerar uma riqueza imensa para os operadores das usinas, graças a matérias-primas relativamente baratas (tipicamente hidrogênio).
Uma startup está levando ao pé da letra a ideia de obter uma riqueza fabulosa por meio da fusão nuclear: ela planeja produzir ouro em reatores de fusão, gerando várias toneladas por ano sem comprometer a produção de eletricidade.
A alquimia medieval encontra a alta tecnologia futurista
Na Idade Média, os alquimistas sonhavam em criar ouro a partir de metais comuns — um processo então conhecido como transmutação. Embora o termo "transmutação" ainda exista hoje, ele agora se refere à transformação de elementos, particularmente no campo da física nuclear.
Como era de se esperar, eles nunca conseguiram criar ouro naquela época. Produzir ouro a partir de outras substâncias exige alterar núcleos atômicos — um feito que permaneceu fora do alcance da física, da química e da engenharia por milênios, até o advento da fissão nuclear e, mais recentemente, da fusão nuclear.
Cientistas do Grande Colisor de Hádrons (CERN) chegaram a transformar, acidentalmente, chumbo em ouro. Também nesse caso, as máquinas demonstraram um poder que teria sido considerado feitiçaria no século XIX: ao colidir átomos de chumbo com imensa força dentro de um acelerador de partículas de 27 quilômetros de extensão, eles produziram ouro de vida curta.
A startup Marathon Fusion publicou recentemente um artigo detalhando seu plano de realizar, intencionalmente, a transmutação em reatores de fusão em escala global. O truque, desta vez? Transformar mercúrio em ouro.
Durante décadas, o mercúrio foi utilizado em termômetros e em uma ampla gama de outras aplicações. Hoje, no entanto, sua toxicidade levou à eliminação gradual de seu uso — muitas vezes por exigência legal — na maioria dos países. Ainda assim, ele pode ser encontrado com bastante frequência, por exemplo, em lâmpadas de baixo consumo de energia. Sua transmutação em ouro — algo que pode parecer mágica ou alquimia — baseia-se em princípios sólidos da física nuclear.
De forma simplificada, o processo funciona da seguinte maneira:
- A fusão nuclear de isótopos de hidrogênio libera nêutrons;
- Esses nêutrons são usados para expelir duas partículas específicas do núcleo atômico do mercúrio, reduzindo assim sua massa;
- O resíduo resultante é instável e sofre decaimento após um curto período;
- Por fim, restam átomos de ouro ligeiramente mais leves.
De acordo com o artigo, esse método poderia ser aplicado principalmente em tokamaks e stellarators.
No entanto, o objetivo dos engenheiros não é simplesmente realizar o sonho supremo dos alquimistas: a produção de ouro destina-se apenas a servir como fonte de renda complementar àquela gerada pela produção de eletricidade.
O ouro visa cobrir os enormes custos que antecedem o lançamento no mercado e, assim, mitigar os riscos financeiros. Não se trata apenas de uma pequena quantidade de pó de ouro, mas de volumes substanciais: a Marathon Fusion estima uma produção de ouro de aproximadamente 2 toneladas por gigawatt de potência térmica ao ano.
Para se ter uma ideia: reatores nucleares modernos ultrapassam facilmente a marca de 4 gigawatts de potência térmica.
O tokamak ITER. No interior do anel em formato de rosca — ou toroide —, o plasma circula ao redor do transformador, que é protegido por paredes de blindagem no centro. Fonte da imagem: US ITER.
E o melhor de tudo: a produção efetiva de eletricidade não seria prejudicada. Segundo os dados, uma estrutura em camadas (interna e externa) no interior do reator em formato de rosca possibilita a manutenção das reações de nêutrons. Isso permite que a fusão nuclear — e, consequentemente, a geração de energia térmica utilizável — prossiga sem interrupções.
A matéria-prima é um isótopo de mercúrio relativamente comum, que representa cerca de 10% de todas as reservas de mercúrio na Terra. Visto que seriam necessárias aproximadamente 1.500 toneladas de mercúrio por gigawatt de potência térmica ao ano, a quantidade envolvida seria administrável.
No entanto, devido à redução da capacidade de produção, dispõe-se apenas de um estoque relativamente pequeno — inferior a 100 mil toneladas. Por outro lado, uma quantidade não quantificada de mercúrio reciclado também estaria disponível para complementar esse suprimento (via institut-seltene-erden).
O que é um isótopo? Isótopos de um elemento possuem o mesmo número de prótons e elétrons e, portanto, propriedades químicas idênticas. A única diferença é o número de nêutrons no núcleo, o que resulta em massas diferentes. Alguns isótopos são instáveis e sofrem decaimento radioativo, enquanto outros são estáveis.
Certos isótopos, como o deutério ou o trítio, são utilizados na fusão nuclear porque possuem propriedades físicas que tornam as reações de fusão mais eficientes, mais prováveis ou mais seguras (via Chemistry).
O processo de produção de ouro ocorre da seguinte forma:
- Nêutrons rápidos — gerados durante a própria fusão nuclear de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio) em hélio — atingem o mercúrio (isótopo Hg-198).
- Nessa interação, a partícula de alta energia expulsa dois nêutrons de menor energia do núcleo de mercúrio e é ela própria absorvida. Esses dois nêutrons recém-liberados sustentam a reação em cadeia dentro do reator de fusão, estabilizando tanto o processo de fusão quanto a transmutação simultânea em ouro.
- Esse processo também gera um isótopo de mercúrio diferente (Hg-197), que é instável. Isso significa que a quantidade de Hg-197 cai pela metade a cada 64 horas (sua meia-vida) à medida que se transforma em ouro estável (Au-197) por meio de captura eletrônica. Um próton converte-se em um nêutron, fazendo com que o elemento sofra transmutação de mercúrio (80 prótons) para ouro (79 prótons).
Nada de tocar no ouro — por 18 anos!
O ouro resultante deve, no entanto, permanecer guardado em um cofre por algum tempo — literalmente. Levar barras desse ouro diretamente para o porão de casa representaria um risco de morte.
A cadeia de reações pode produzir isótopos radioativos de mercúrio e ouro; eles são instáveis e potencialmente nocivos devido à radiação que emitem. No entanto, as quantidades envolvidas são pequenas, e a duração do risco é limitada.
Simulações indicam que são necessários de 7 a 18 anos para que os níveis de radiação caiam para o patamar da radiação de fundo onipresente.
Além disso, a quantidade de material radioativo pode ser reduzida se os operadores da instalação utilizarem centrífugas para maximizar, previamente, a proporção do isótopo de mercúrio desejado.
O motivo: o decaimento nuclear é previsível. Como se sabe quais isótopos sofrem decaimento radioativo, é possível separá-los com antecedência. Essa abordagem é, essencialmente, o inverso do processo utilizado para fabricar armas nucleares à base de urânio. Contudo, esse processo de separação exige tempo e dinheiro.
Uma visão de futuro — e um toque de fantasia alquímica
No entanto, provavelmente passarão décadas até que realmente vejamos ouro e eletricidade fluindo de um reator de fusão. Embora pareça que ouvimos falar com mais frequência, atualmente, sobre avanços alcançados por pesquisadores internacionais renomados — e até mesmo por alguns aqui mesmo na Alemanha —, a fusão nuclear é considerada há muito tempo um dos campos mais promissores para o progresso... e para a riqueza. Consequentemente, apresentar a própria pesquisa como algo particularmente espetacular faz parte do jogo.
Contudo, como explica o astrofísico Josef M. Gaßner, os obstáculos clássicos relacionados à energia que se interpõem no caminho do primeiro reator de fusão comercialmente viável já apresentam desafios consideráveis.
Ainda assim, abordagens como a da startup Marathon Fusion demonstram que, mesmo que o desenvolvimento da fusão nuclear leve até o século XXII, ela pode se transformar em uma verdadeira mina de ouro.
Imagem de capa | Adobe Firefly, IA generativa
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