Em meio a uma crise crescente, a fonte de energia oferece um sonho – ou uma quimera – de energia limpa ilimitada.
Digamos que você tenha dedicado toda a sua vida adulta ao desenvolvimento de uma maneira livre de carbono para abastecer uma casa por um ano com o combustível de um único copo de água, e que você teve momentos, até anos, em que era bonita certeza de que você teria sucesso. Digamos também que você não é louco. Esta é uma descrição razoável de muitos dos físicos que trabalham no campo da fusão nuclear. Para atingir esse objetivo, eles tiveram que encontrar uma maneira de aquecer a matéria a temperaturas mais altas do que o centro do sol, tão quente que os átomos essencialmente se fundem em uma nuvem de partículas carregadas conhecida como plasma; eles fizeram isso. Eles tiveram que conceber e construir recipientes que pudessem conter esses plasmas; eles também fizeram isso, criando “garrafas” com fortes campos magnéticos. Quando essas garrafas magnéticas vazaram – porque, como explicou um cientista, tentar conter plasma em uma garrafa magnética é como tentar embrulhar uma gelatina em um barbante – eles tiveram que inventar outras soluções engenhosas e, repetidas vezes, o fizeram. Durante décadas, na busca pela fusão nuclear, cientistas e engenheiros construíram donuts de metal gigantes e bobinas retorcidas Gehryesque, eles “beliscaram” plasmas com lasers e construíram dispositivos de fusão em garagens. Há 36 anos, eles planejam e constroem um dispositivo de fusão experimental na Provença. E, no entanto, a energia de fusão nuclear comercialmente viável sempre permaneceu um pouco mais adiante. Como a Rainha Branca, em “Through the Looking Glass”, disse a Alice, nunca é geleia hoje, é sempre geleia amanhã.
A aceleração da crise climática torna a evasão da fusão mais do que fofamente enlouquecedora. A energia solar fica mais eficiente e acessível a cada ano, mas não está continuamente disponível e ainda depende de usinas de gás para distribuição. O mesmo se aplica à energia eólica. A energia nuclear convencional tem desvantagens extremamente conhecidas. A captura de carbono, que é como uma escova de dentes para o céu, é atraente, mas depois de capturar um teraton ou dois de carbono, não há onde colocá-lo. Todas essas ferramentas figuram amplamente nos planos de descarbonização elaborados por grupos como o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, mas, de acordo com esses planos, mesmo quando combinadas entre si, as ferramentas são insuficientes. A fusão continua sendo o grande sonho da energia limpa – ou, dependendo de para quem você perguntar, um sonho irreal.
A fusão, teoricamente, não tem problemas de escassez; nosso planeta tem o suficiente dos combustíveis primários da fusão, hidrogênio pesado e lítio, que são encontrados na água do mar, para durar trinta milhões de anos. A fusão não requer grandes avanços em baterias, ela estaria disponível sob demanda, não causaria o próximo Fukushima e não seria muito cara – se pudéssemos descobrir todos os “detalhes”. (Uma piada que ouvi é que a fusão opera de acordo com a lei da “conservação da dificuldade”: quando um problema é resolvido, outro de igual dificuldade surge para ocupar o seu lugar.) Os detalhes são tremendamente complexos, e as pessoas que trabalho para descobri-los há anos lidam com sua própria escassez – escassez de fundos e escassez de fé. A fusão, a partir de agora, não tem lugar no Green New Deal.
Em 1976, a Administração de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia dos EUA publicou um estudo prevendo a rapidez com que a fusão nuclear poderia se tornar uma realidade, dependendo de quanto dinheiro foi investido no campo. Por cerca de nove bilhões por ano em dólares de hoje – descrito como o “Esforço Máximo Efetivo” – projeta-se atingir a energia de fusão em 1990. A escala desceu para cerca de um bilhão de dólares por ano, o que o estudo projetado levaria à “Fusão Nunca.” “E isso é sobre o que foi gasto”, disse-me o físico britânico Steven Cowley. “Muito perto do valor máximo que você poderia gastar para nunca chegar lá.”
“Para ser honesto, eu estava me sentindo bastante desanimado”, disse Dennis Whyte, o diretor de 57 anos do Plasma Science and Fusion Center, da M.I.T. “E eu estava vendo esse desânimo nos rostos dos meus alunos também.” Era 2013 e o dispositivo de fusão experimental da M.I.T. havia perdido o financiamento do Departamento de Energia, sem motivo claramente declarado. O campo da fusão nuclear, como um todo, ainda estava avançando, mas de forma agonizantemente lenta. iter, um enorme dispositivo de fusão sendo construído no sul da França, em uma colaboração internacional, estava progredindo – a programação é para iter para demonstrar a energia de fusão líquida em 2035, e a maioria dos físicos de plasma tem grande confiança de que funcionará – mas Whyte sabia que não iria entregar energia acessível ao público em sua vida, e talvez não durante a vida de seus alunos também. “Iter é cientificamente interessante. Mas não é economicamente interessante “, disse Whyte. “Quase me aposentei.”
Whyte é um gigante gentil de Saskatchewan, Canadá. “Se você já esteve no meio do nada, é onde eu cresci”, ele me disse. Sua família era de fazendeiros e eletricistas. Quando ele estava na quinta série, ele sabia que queria ser um cientista, e na décima primeira série ele escreveu um trabalho de conclusão de curso sobre essa ideia selvagem que frequentemente aparecia na ficção científica – energia quase ilimitada gerada pela fusão de dois átomos, como acontece nas estrelas. “Lembro-me de receber aquele papel de volta e de meu professor dizer:’ Ótimo trabalho, mas é muito complicado ‘”. Whyte se formou em engenharia e física na Universidade de Saskatchewan; para seu Ph.D., ele participou de um novo programa de física de plasma na Universidade de Quebec, onde trabalhou em um laboratório de fusão financiado pelo governo. “Eu pensei, ótimo: vou aprender francês e trabalhar em um tokamak”, disse ele, referindo-se à grande máquina em forma de rosca cujo design é comumente usado para dispositivos de fusão. Mais tarde, Whyte conseguiu um emprego em um laboratório em San Diego. Ele pretendia voltar para casa eventualmente, mas em 1997 o Canadá cancelou seu programa de fusão. “Fiquei preso nos EUA”, disse ele.
Na M.I.T., Whyte dá aulas de design de engenharia para alunos de pós-graduação que ele organiza a cada ano em torno de um problema prático diferente de fusão. “Sempre quis expor meus alunos não apenas às questões de ciências, mas também às questões de tecnologia”, disse ele. Em 2008, ele pediu a seus alunos que projetassem um dispositivo que bombearia hélio, mas não hidrogênio – na maioria das abordagens de fusão, o hidrogênio é o combustível e o hélio é, na verdade, a cinza. “O hélio é uma das coisas mais difíceis de bombear na tabela periódica, porque é tão inerte”, disse Whyte. A classe teve várias ideias muito inteligentes. Nenhum deles teve sucesso. “Ainda estamos trabalhando nisso”, disse ele.
No ano seguinte, aconteceu algo que Whyte credita a restaurar seu interesse na fusão. “Eu havia passado por meu colega Leslie no corredor, e ele estava segurando um pacote do que parecia ser uma bobina de fita cassete”, disse ele. Era um material relativamente novo: fitas de supercondutor de alta temperatura. Supercondutores são materiais que oferecem pouca ou nenhuma resistência ao fluxo de eletricidade; por esse motivo, eles são eletroímãs idealmente eficientes, e os ímãs são o principal componente dos tokamaks. Um supercondutor de alta temperatura – bem, ele abriu novas possibilidades, da mesma forma que a vulcanização da borracha abriu possibilidades em meados do século XIX. O material supercondutor que o colega de Whyte estava segurando poderia, em teoria, fazer um ímã muito mais eficaz do que jamais existiu, resultando em um dispositivo de fusão significativamente menor e mais barato. “Cada vez que você duplica um campo magnético, o volume do plasma necessário para produzir a mesma quantidade de energia diminui por um fator de dezesseis”, explicou Whyte. A fusão acontece quando um plasma contido é aquecido a mais de cem milhões de graus. Whyte pediu à sua turma que usasse este novo material para projetar uma usina de fusão compacta de pelo menos quinhentos megawatts, o suficiente para alimentar uma pequena cidade: “Não tinha certeza do que encontraríamos com o HTS, mas sabia que seria inovador. ”
Os físicos Bob Mumgaard, Dan Brunner e Zach Hartwig estavam nessa classe. A usina de energia que eles criaram era familiar em muitos aspectos. Em seu centro estaria um tokamak em forma de rosquinha, não muito diferente do tipo com o qual Whyte havia trabalhado quando era estudante de graduação. Eles chamaram seu projeto de Vulcano. Na próxima iteração da aula, essas ideias evoluíram para um design chamado arco, para “acessível, robusto e compacto”. (Este também é o nome do dispositivo de fusão pessoal do industrial bilionário Tony Stark, nos filmes “Homem de Ferro”.) O arco usaria um sal comum para traduzir seu calor em uma rede elétrica. Seria modular, de fácil manutenção. Não seria capaz de reciclar seu próprio combustível. Era uma máquina “boa o suficiente”. Mas o uso de H.T.S. os ímãs tornavam-no mais ou menos do tamanho de uma usina convencional – um décimo do tamanho do iter.
Mais tarde, os físicos de ambas as classes formaram um grupo que modificou o projeto do arco. O novo modelo tinha dois terços do tamanho e deveria estar pronto o mais rápido possível – sparc. sparc seria o protótipo que demonstraria o conceito; arc seria uma usina de energia de longa duração, capaz de fornecer energia acessível para a rede.
Havia motivos reais para ceticismo. H.T.S. é frágil – restava saber se poderia ser transformado em um ímã resistente e, se pudesse, quão bem aquele ímã suportaria o bombardeio de partículas carregadas. Além disso, H.T.S. ainda não estava disponível comercialmente em escala e desempenho suficientes. “Mas essas eram barreiras de engenharia, não barreiras científicas”, disse Whyte. “Aquela aula realmente mudou minha opinião sobre onde estávamos na fusão.”
Os cientistas da fusão costumam falar em esperar por um “momento Kitty Hawk”, embora discutam sobre o que o constituiria. Apenas em retrospecto, vemos o Flyer dos irmãos Wright como o avanço essencial no vôo tripulado. Balões de ar quente já haviam alcançado o vôo, de uma espécie; planadores também estavam por perto, embora não pudessem decolar ou pousar sem uma catapulta ou um salto. Um dos primeiros voos tripulados dos irmãos Wright durou menos de um minuto – foi esse voo? Um repórter da A.P. disse, sobre aquele evento, “Cinquenta e sete segundos, hein? Se tivesse se passado cinquenta e sete minutos, então poderia ter sido uma notícia. ”
Nosso sol é um motor de fusão. Todas as estrelas também.
Mas descobrimos que a fusão impulsionou as estrelas apenas cerca de cem anos atrás, quando o físico britânico Arthur Eddington reuniu duas partes do conhecimento no que era visto na época como uma suposição absurda. Os fatos que ele combinou foram que o Sol é composto principalmente de hidrogênio, com um pouco de hélio, e que E = mc2.
Eddington notou que quatro átomos de hidrogênio pesam um pouquinho mais do que um átomo de hélio. Se quatro núcleos de hidrogênio de alguma forma se fundem, em uma série de etapas, e formam hélio, um pouco de massa deve ser “perdida” no processo. E se alguém levar a sério a mais famosa das equações, então aquele pouco de massa se torna muita energia – tanta energia quanto aquela quantidade de massa multiplicada pela velocidade da luz, ao quadrado. Para dar uma ideia dessa proporção: se você convertesse uma bola de beisebol em energia pura, poderia fornecer energia à cidade de Nova York por cerca de duas semanas. Talvez esse processo – o hidrogênio se transformando em hidrogênio e formando hélio, liberando uma quantidade extraordinária de energia no processo – tenha sido como o sol e todas as estrelas brilharam por tanto tempo. Eddington, em um artigo que expõe essa teoria, encerrou com uma visão incomum da história de Dédalo e seu filho Ícaro. Eddington argumentou em defesa de Ícaro, dizendo que era melhor voar alto demais e, ao fazê-lo, ver onde uma ideia científica começa a falhar do que ser cauteloso e não tentar voar alto.
Quando a maioria das pessoas pensa em energia nuclear, não está pensando em fusão, mas em fissão. A fissão ocorre quando um átomo – mais comumente urânio ou plutônio – se divide em dois. A fissão gera resíduos que permanecem radioativos por dezenas de milhares de anos; em contraste, o pequeno resíduo gerado pela fusão permanece radioativo por apenas algumas décadas. A fissão é muito poderosa, como evidenciado pelas bombas atômicas; a fusão é muito, muito mais poderosa. (Em 1952, uma bomba de fusão, conhecida como bomba H, foi testada, embora nunca tenha sido usada na guerra; funcionou usando uma bomba de fissão para detonar uma reação de fusão gigante descontrolada. Um dos pais do H -bomb, Edward Teller, um vilão shakespeariano ofendido na maioria das narrativas, tinha outras idéias incautas, como usar bombas de fusão para cavar canais ou fazer diamantes.) O processo de fusão parece perigoso para um leigo – um sol em uma garrafa magnética? mas é mais fácil apagar do que um fósforo.
O fascínio da fusão atraiu mentes brilhantes e imaginativas; também atraiu uma multidão de vigaristas, excêntricos e falsos messias. Em 1951, Juan Perón, presidente da Argentina, anunciou que o país havia aproveitado a energia de fusão. Logo estaria disponível em garrafas de litro e meio litro, como o leite. Perón cometeu o erro de desconfiar da comunidade científica de seu próprio país, em vez de confiar em Ronald Richter, um imigrante austríaco cujo aparelho, quando inspecionado por cientistas, nem tinha um contador Geiger funcionando, o dispositivo que ele usava para reivindicar provas de radiação de fusão.
Algumas décadas depois, dois respeitados químicos da Universidade de Utah, Stanley Pons e Martin Fleischmann, convenceram o público de que haviam produzido a fusão nuclear à temperatura ambiente, no que parecia um frasco com um pequeno misturador. Eles anunciaram seus resultados em uma entrevista coletiva antes de publicarem seus dados ou métodos. Pons e Fleischmann foram destaque na capa da Time. Enquanto isso, o trabalho de Steven Jones, um físico respeitado da Brigham Young University, também recebia atenção da imprensa; ele também estava trabalhando na produção de fusão em baixa temperatura e, embora parecesse estar em um caminho promissor, no final das contas não teve sucesso. Quando Pons e Fleischmann finalmente publicaram um artigo, eles eram suspeitos de terem falsificado seus dados. Ninguém foi capaz de reproduzir de forma confiável seus resultados. Jones mais tarde passou a provar que Jesus tinha visitado a Mesoamérica, e depois a explicar que a destruição do World Trade Center foi um trabalho interno. Zach Hartwig, agora professor de ciência nuclear e engenharia na M.I.T. e parte da equipe arc / sparc, disse: “O maior problema na fusão é a percepção. É a percepção de que a fusão é uma piada. ”
As estimativas do custo do Projeto Manhattan, que produziu armas atômicas em quatro anos, variam, mas costuma-se dizer que os cientistas receberam um “cheque em branco”. Este ano, o governo dos EUA gastará cerca de seiscentos e setenta milhões de dólares na fusão nuclear. Isso é muito dinheiro, mas seiscentos e cinquenta bilhões – a quantia do I.M.F. estima que os contribuintes dos EUA gastaram em subsídios aos combustíveis fósseis no ano passado – é um pouco mais.
Durante a crise do petróleo dos anos 1970, a pesquisa sobre fusão recebeu brevemente o tipo de financiamento que vai para projetos de defesa nacional. O Plasma Fusion Center do MIT foi estabelecido em 1976. O Joint European Torus, no Culham Center for Fusion Energy, no Reino Unido, que aqueceu o hidrogênio a temperaturas mais altas do que o sol, começou a operar em 1983, e por 1997 bateu recordes importantes, alguns ainda não superados. “Foi um momento tão emocionante”, disse Michael Mauel, professor de física aplicada na Universidade de Columbia, que fez sua graduação e pós-graduação em fusão na M.I.T. “E tínhamos certeza de que seríamos os únicos a resolver tudo.”
Steven Cowley, o ex-chefe da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, que agora chefia o Laboratório de Física do Plasma de Princeton, relembrou seus dias como estudante de graduação em Princeton, nos anos oitenta. “A fusão era tudo em que pensávamos, desde o momento em que acordamos de manhã até a última cerveja no porão da faculdade de graduação”, disse ele. “Lembro-me de quando chegamos a dez milhões de watts de potência de fusão no T.F.T.R.” – o dispositivo de fusão de Princeton. “Ainda tenho uma foto daquele momento fora do meu escritório.” Foi um marco tremendo, mas também, basicamente, criou energia suficiente para acender uma única lâmpada por um dia. Mais precisava ser feito.
Mas, na década de 90, o petróleo voltou a ser barato. O financiamento da pesquisa de fusão diminuiu. “Aprendemos a extrair petróleo e gás de todos os tipos de lugares”, disse Cowley. “Agora temos que aprender a deixá-lo enterrado para sobreviver, para salvar a civilização. É simples assim.”
Bob Mumgaard, um físico de plasma de 37 anos de Omaha, se anima ao falar sobre a colocação do cabo telegráfico transatlântico, em 1858, ou a fundação da Genentech, em 1976. Ele estudou engenharia na Universidade de Nebraska, embora seu primeiro amor tenha sido a física, um campo que ele viu como atraente, mas impraticável. “Muitos dos engenheiros que saíram da minha escola aceitaram empregos projetando tratores”, disse ele. Em 2008, Mumgaard estava trabalhando em um laboratório estudando discos rígidos de computador quando o MacBook Air foi lançado, com seu disco rígido de estado sólido: “Eu disse a mim mesmo,’ OK, os discos rígidos normais estão mortos agora. Eu preciso ir e fazer outra coisa. ‘”
Ele se inscreveu em programas de pós-graduação em física. Ele foi aceito em Stanford, onde poderia investigar questões de cosmologia e matéria escura; ele também foi aceito no M.I.T.’s P.S.F.C., onde poderia trabalhar na fusão nuclear. O pragmático do meio-oeste nele escolheu a fusão em vez de questões fundamentais sobre o universo, embora não fosse particularmente motivado pela emergência climática. “Às vezes penso na maneira como falávamos sobre o clima naquela época, e não posso acreditar que perdemos tanto tempo debatendo, tipo, se a Penn State tinha ou não o melhor modelo climático”, ele me disse. Quando ele era aluno do curso de design de Dennis Whyte, sua perspectiva mudou – ele viu a fusão como algo que precisava ter acontecido ontem.
Ele também era aluno de um programa com um futuro duvidoso. Depois de M.I.T. foi informado de que perderia financiamento para seu dispositivo de fusão experimental, o P.S.F.C. negociou uma prorrogação até 2016, mas estava claro que não haveria mais prorrogação. “Essa oportunidade nos foi imposta”, disse Mumgaard. “Perdemos nosso financiamento no momento em que tínhamos essa grande alavanca nova e brilhante, esse novo material supercondutor que poderia levar a fusão adiante.” Em 2014, Mumgaard e seus colegas poderiam escrever seus planos para arc / sparc na forma de um plano de aposentadoria de risco concreto – um termo de capital de risco para pesquisa bem focada, com benchmarks discretos. “Na M.I.T., o capital de risco é algo que você aprende no bar da universidade”, disse Mumgaard. Na opinião deles, o maior risco de se aposentar seria fazer um H.T.S. ímã para sparc.
Em 2015, o Simpósio de Engenharia de Fusão do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos foi realizado em Austin, Texas. Muitos membros importantes da comunidade de física de plasma estavam lá, e houve duas palestras especialmente notáveis. A primeira foi do físico austríaco Guenter Janeschitz, que não só soa como também se parece com Arnold Schwarzenegger. Ele fez uma apresentação em demo, um dispositivo de fusão proposto que teria quase o dobro do tamanho do iter e produziria cinco gigawatts de potência. Janeschitz prevê que, se financiado, um protótipo poderá ser construído em vinte anos. demo é amplamente visto como um plano viável e perspicaz, e um passo no caminho para levar a energia de fusão prática aos seus bisnetos.
Dennis Whyte fez uma apresentação sobre arco. Ele estimou que poderia demonstrar a energia de fusão líquida em 2025 e trazer a fusão para a rede elétrica até 2030, com plantas individuais produzindo um gigawatt de potência cada – mais ou menos o que uma usina convencional fornece hoje. a demonstração custaria inicialmente trinta bilhões de dólares; arc seria uma máquina de um milhão de dólares. “Foi muito dramático”, disse Mumgaard. “A diferença era tão gritante. A sala foi dividida. ” Grosso modo, os jovens estavam cheios de esperança; as pessoas mais velhas talvez tivessem ficado esperançosas muitas vezes.
Os que duvidavam não eram simplesmente desmancha-prazeres – eles eram pensadores criativos que devotaram décadas de suas vidas à pesquisa de fusão. Não seria fácil fazer H.T.S. em um ímã de tamanho suficiente. E o poderoso campo magnético criado por H.T.S. tinha certeza de ter consequências, que não foram totalmente estudadas. Havia todos os motivos na história da ciência experimental para esperar surpresas. E o financiamento para projetos de fusão já era apertado; outra ideia pode tirar dinheiro de projetos que muitos cientistas consideram mais promissores. Era inteiramente razoável perguntar se os membros do M.I.T. equipe eram os irmãos Wright ou Samuel Pierpont Langley – o chefe do Smithsonian que em 1903 colidiu com seu aeródromo caríssimo contra o Potomac e, alguns anos depois, o fez de novo.
Depois da palestra de Whyte, o M.I.T. multidão saiu para almoçar no Stubb’s Bar-B-Q. “É o tipo de lugar com toalhas de mesa xadrez vermelhas e comida que vem com muitos guardanapos”, disse Whyte. Todos ao redor da mesa sabiam que o financiamento principal para seu trabalho terminaria em um ano. Como lembra Mumgaard: “Basicamente, todos nós tínhamos tiras rosa, mas ainda estávamos lá. E a pergunta era: por quê? Precisamos aprender a nos ouvir. Nós realmente acreditamos que o campo estava onde dizíamos que pensávamos que estava? ” Era H.T.S. realmente a alavanca nova e brilhante que moveria a fusão dramaticamente para a frente? Whyte e seus colegas começaram a escrever em um guardanapo detalhes de como eles poderiam fazer sparc e tornar-se realidade. Eles escreveram estimativas de quanto dinheiro custaria para desenvolvê-lo. “Foi como um amanhecer coletivo, que isso era realmente possível”, ele me disse. Sobre costelas, eles decidiram que financiariam seu trabalho com bilhetes de loteria, ou com capital de risco ou com filantropia – de uma forma ou de outra, eles tornariam real sua usina de fusão suficientemente boa.
Em 30 de setembro de 2016, o antigo dispositivo de fusão experimental da M.I.T., que funcionava há 25 anos, foi obrigado a desligar à meia-noite. “Este dispositivo formou mais de cento e cinquenta Ph.D.s”, disse Whyte melancolicamente. “Ele bateu recordes, embora seja cem vezes menor do que o iter.” Embora M.I.T. nunca foi informado por que o dispositivo foi desligado – o Departamento de Energia continuou a financiar dois outros projetos de tokamak nos EUA – especulou-se que o motivo era que era o menor. “O que é irônico, porque menor é para onde estamos tentando chegar”, disse Whyte. Os pesquisadores realizaram experimentos na máquina até o último minuto permitido. Às 22h30, eles estabeleceram um recorde mundial de temperatura e pressão. À meia-noite, eles compartilharam champanhe.
“Fui para casa um pouco depois da meia-noite, mas não consegui dormir”, disse Whyte. Em seu escritório em casa, com as pinturas de árvores e flores de sua esposa na parede, ele começou a revisar os dados dos experimentos finais: “Eu estava apenas conectando o que nossos resultados significariam em uma máquina com um campo magnético mais alto, “Como seria produzido com HTS ímãs. “Significava que o sparc poderia fornecer cem milhões de watts.” Isso foi ainda mais do que a equipe havia especulado em Austin. Whyte estava vendo o Santo Graal da fusão.
O M.I.T. A equipe continuou a dedicar seu tempo ao arco / sparc, juntando bolsas de estudo e subsídios. A certa altura, para fazer a folha de pagamento, os técnicos foram ao porão e carregaram caminhões com sucata de cobre para vender. O sparc Underground foi criado – um grupo de cientistas interessados que se reuniam regularmente para discutir planos e superar as dificuldades. Eles precisavam comprar o máximo de H.T.S. quanto eles pudessem, a fim de aprender mais sobre as características do material – martele-o, aqueça-o, congele-o, envie corrente através dele. “Lembro-me muito bem da primeira remessa de H.T.S.”, disse Mumgaard. “Esperamos meses para receber essa bobina de material. Eram apenas quinhentos metros. Agora, se não estamos falando de dez quilômetros, não estamos falando de nada. Atualmente, você pode solicitar essas coisas no Alibaba.com. Mas então – foi um grande momento. ”
A equipe teve que resolver problemas de engenharia – ela também teve que resolver problemas de negócios, incluindo convencer os fornecedores de que havia um mercado para o material, para que mais fosse feito. “Nós nos encontramos com eles e perguntamos se eles haviam considerado a fusão como um mercado”, disse-me Mumgaard. “Eles estavam, tipo, ‘De jeito nenhum, isso não é uma coisa real.'” Após dois anos de extenso trabalho de laboratório e conversas sonhadoras sobre jarros de cinco dólares de Miller High Life no Muddy Charles Pub, o sparc Underground se tornou o Commonwealth Fusion Systems, uma empresa privada de energia de fusão de sete pessoas com um relacionamento contínuo com o MIT (O C.F.S. financia pesquisas na M.I.T., que compartilha seus recursos intelectuais e algum espaço de laboratório com o C.F.S .; as patentes são registradas em conjunto.) Alguns dos financiadores do C.F.S. são empresas de energia europeias e alguns são filantropos. Em 2021, a empresa empregava mais de 150 pessoas, muitas delas veteranas da SpaceX e Tesla.
“Energia é um mercado”, disse Mumgaard. “Se você soubesse que existe um mercado de dez trilhões de dólares – isso é um puxão. Você nem poderia dizer que existe um mercado tão grande para computadores ou para mídias sociais. Mas você pode dizer isso sobre energia. ”
O Plasma Science and Fusion Center, no canto noroeste do M.I.T. campus, fica a apenas alguns minutos a pé dos campi de Cambridge da Pfizer e Moderna. Em março, Whyte e Mumgaard me encontraram na escada da frente. Mumgaard agora é o C.E.O. de C.F.S .; Whyte, um cofundador, permanece na M.I.T. Eles usavam camisetas e tinham cabelos ondulados não aparados da pandemia, o que lhes dava a aparência de surfistas ambiciosos. Eu estava lá para conhecê-los, mas também para encontrar seu ímã, que ainda estava em construção. Talvez funcionasse, ou talvez mandasse a equipe de volta aos estágios de planejamento por anos. Foi um dia quente e ensolarado. Se Kool-Aid estivesse em oferta, eu teria bebido não um copo, mas dois.
Aristóteles descreveu o magnetismo como o funcionamento da alma dentro de uma pedra. Ímãs têm sido usados para navegar em navios, levitar trens de alta velocidade, fazer imagens do interior de um corpo humano e mover limalhas de ferro para fazer uma barba boba em um desenho de rosto envolto em uma bolha de plástico. Em 1951, o físico Lyman Spitzer sugeriu que um campo magnético poderia servir como uma garrafa para conter um plasma que recriou a pressão e a temperatura dentro de uma estrela. Os ímãs têm sido uma peça central nas pesquisas sobre fusão desde então.
Mumgaard e Whyte me deram um tour por seus espaços de laboratório. A primeira parada foi no que parecia ser um púlpito, em uma sala em cubículos. A parede distante da sala era o painel de controle do primeiro dispositivo de fusão experimental da M.I.T., dos anos oitenta. O púlpito apresentava imagens de plasmas comuns: o sol, relâmpagos, as luzes do norte, fusão magnética e um letreiro de néon dizendo “aberto”. Montado no púlpito estava um tubo de vidro oco com fio de cobre enrolado em dois lugares. O fio foi montado de forma que uma corrente pudesse passar por ele, e o tubo de vidro foi suspenso sobre uma placa de metal. Você deve se lembrar de uma demonstração, na aula de ciências do colégio, de uma corrente elétrica passando por fios enrolados, gerando um campo eletromagnético – era basicamente uma versão mais elaborada disso. “Você pode ligá-lo”, disse Mumgaard.
Eu apertei um botão preto. Um barulho de ronronar começou. “Esse é o som do vácuo drenando o ar do tubo de vidro”, disse Mumgaard. Ele girou uma válvula, liberando um pouquinho de gás hidrogênio no tubo. Uma luz brilhante rosa quente apareceu, aninhada dentro do tubo de vidro como uma boneca matryoshka. O campo magnético que continha o plasma rosa era visível na forma de um espaço vazio entre o vidro e o brilho. “Esse rosa é o plasma superaquecido”, disse Mumgaard. “Está pelo menos mil graus. Mas toque no vidro. ” O vidro estava frio. “Agora toque nos fios de cobre.” Eles estavam quentes, mas não quentes. O calor dos fios de cobre não se devia à proximidade com o plasma superaquecido, mas sim porque o cobre não é um condutor perfeito; parte da energia que o atravessa é perdida na forma de calor. Supercondutores quase não perdem calor – que é energia.
Parecia impossível que o plasma rosa dentro do tubo, que era quente como um raio, não fosse perigoso de alguma forma. Parte dela não poderia vazar da garrafa magnética, com consequências catastróficas? Como resposta, Mumgaard girou uma válvula para deixar um pouquinho de ar entrar no tubo de vidro; o plasma desapareceu. “As pessoas pensam em fusão como pensam em fissão, como uma reação avassaladora, mas, na verdade, é um processo tão delicado”, disse Whyte. “É como uma vela ao vento. Qualquer coisa pode explodir. Mesmo uma única respiração humana. ”
sparc terá dezoito H.T.S. ímãs; cada uma será composta de dezesseis “panquecas” – fatias em forma de D empilháveis com quase 30 metros de altura. Eu conheci uma panqueca na West Cell, um enorme espaço aberto de laboratório na M.I.T. que se assemelha a um hangar de avião. Com todas as panquecas e donuts testados lá, o West Cell passou a ser chamado de West Cell Diner. As panquecas receberam nomes em ordem alfabética. A primeira panqueca de produção foi batizada de Egg. Quando eu estava lá, vi Strawberry. “Originalmente, planejamos fazer um café da manhã com panquecas para a equipe quando terminarmos”, disse Whyte. “Cobiça está fazendo com que isso pareça menos provável”.
Morango era, aliás, lindo. Ele compreendia bobinas de aço, cobre, H.T.S. e refrigerante de hélio, porque mesmo um supercondutor de alta temperatura deve ser mantido muito frio. (Em sua estrutura interna, o ímã era mais um croissant do que uma panqueca.) “Lembro-me de quando a primeira panqueca estava pronta e estávamos mexendo com tanta delicadeza”, disse Whyte. “Nossos corações estavam em nossas bocas – era, tipo, Caramba. Então, na outra semana, foi a décima quinta panqueca. Nós rolamos e conectamos, como se tivéssemos feito mil vezes. ”
C.F.S. não é a única empresa tentando ser os irmãos Wright. Em 2001, Michel Laberge deixou seu emprego como físico e engenheiro em uma gráfica e começou a trabalhar em um projeto de fusão que evoluiu para a General Fusion, uma empresa com sede no Canadá que desenvolve uma tecnologia chamada fusão de alvo magnetizado. A General Fusion tem o apoio de Jeff Bezos, embora alguns físicos de plasma observem que não viram trabalhos publicados o suficiente para saber como o dispositivo de fusão está progredindo. A Agência de Energia do Reino Unido comissionou a General Fusion para construir uma planta de demonstração em Culham, Oxfordshire, onde os principais recordes de fusão foram estabelecidos na década de noventa. A General Fusion anunciou sua intenção de abrir a fábrica em 2025, ano em que o C.F.S. planeja ligar seu switch em uma planta de demonstração sparc sendo construída em Devens, Massachusetts. Existem pelo menos vinte startups de fusão agora, todas se beneficiando dos avanços tecnológicos em impressão 3-D e inteligência artificial. As empresas têm riscos diferentes. TAE, em Orange County, Califórnia, usa um combustível, o boro, que requer temperaturas mais altas, mas não gera subprodutos radioativos. Os físicos descrevem a fusão do boro como “elegante” e até “perfeita”, embora também, de certa forma, mais difícil. Michl Binderbauer, o chefe da TAE, me disse: “Eu não chamo essas outras empresas de minhas concorrentes, eu as chamo de meus compatriotas. Temos os mesmos objetivos e será maravilhoso para qualquer um de nós chegar lá. ”
A sétima contratação de C.F.S. foi Joy Dunn, uma engenheira aeroespacial recrutada na SpaceX e nomeada chefe de manufatura. Dunn, que tem trinta e cinco anos, tem um rosto jovem e cabelo curto e rochoso; ela adora mergulho, o que dificultou a saída da Califórnia. Ela frequentou o M.I.T. como um graduado, e em um dos primeiros C.F.S. reuniões ela se viu sentada ao lado de seu professor de dinâmica de fluidos. “Eu estava pensando, espero que ele não se lembre que nota eu tirei na classe dele”, disse ela.
Uma das principais tarefas de Dunn foi produzir os ímãs, incluindo as panquecas que vi no West Cell Diner. Quando a conheci, um teste dos ímãs era iminente, mas Dunn me disse que ela não estava realmente preocupada com o fracasso. “Quando eles me contrataram, eles enfatizaram que não era um problema de física, mas de engenharia”, disse ela. “Isso me atraiu. Você não pode mudar as leis da física, mas um problema de engenharia – que pode ser resolvido. ”
Dunn me mostrou o C.F.S. sede, um prédio modesto de um andar, a quinze minutos a pé do M.I.T. campus. Havia prensas de madeira, Susans preguiçosos e pessoas enrolando H.T.S. fio em placas de metal no que só posso descrever como uma atmosfera artesanal. Não houve zumbido de máquinas. As panquecas que estavam sendo testadas no West Cell Diner haviam evoluído de serem feitas à mão aqui para serem feitas por processos mecanizados repetíveis.
Dunn disse que seu tempo na SpaceX a acostumou ao fracasso produtivo. “Todos nós observamos as primeiras tentativas de pouso de foguetes”, disse ela. “Alguém iria perder o barco completamente. O próximo pousaria no barco, mas deslizaria para a água. Outro pousaria e depois tombaria. ” Ela continuou: “Mas eu me lembro de ter um bom pressentimento antes da primeira vez que pousamos com sucesso. Fiz questão de ir para a primeira fila para a visualização. ” O espírito da multidão naquele dia era algo que ainda a motiva. Dunn vê seu trabalho na SpaceX como não muito diferente de seu trabalho no C.F.S .: “São grandes estruturas metálicas sob tensão.”
O dia da demonstração do ímã crucial veio cerca de seis meses depois que conheci Dunn. Por volta das 5h30 do dia 5 de setembro, Dunn se reuniu com grande parte de sua equipe em uma tenda ao ar livre – por conta de cobiça – perto do ímã que ela e sua equipe trabalharam durante três anos para desenvolver. O ímã havia passado a semana anterior sendo resfriado a vinte graus Kelvin; o ar dentro dele havia sido bombeado para o vácuo. O plano era passar uma corrente através dele, resultando em um campo magnético de vinte tesla. (Um ímã de cozinha tem cerca de 0,001 tesla; uma máquina de ressonância magnética opera a cerca de 1,5 tesla; os ímãs que levitam trens de alta velocidade têm cerca de cinco tesla.) Sob a tenda, uma tela exibia uma leitura dos amplificadores no ímã, e de o campo magnético para fora.
À medida que os números da corrente e do campo magnético aumentavam, Dunn disse: “Nossas ansiedades eram sobre as bombas, as válvulas, o sistema de vácuo, tudo isso – mas na verdade era sobre o desconhecido”. O campo magnético atingiu vinte tesla. Houve abraços, vivas, cumprimentos e uma multidão de pessoas muito felizes. Whyte fez comentários, assim como Mumgaard. Dunn e seu colega Brandon Sorbom apresentaram “The Joy and Brandon Show”, no qual entrevistaram membros da equipe sobre suas contribuições. “Eu acho que para mim, pessoalmente, muito da excitação nervosa – foi existencial”, disse Dunn. “Acho que provamos a ciência. Sinto que podemos fazer a diferença. Quando as pessoas me perguntam: ‘Por que fusão? Por que não outras energias renováveis ?, ‘meu pensamento é: esta é uma solução na escala do problema. ”
Logo após a demonstração, Paul Dabbar, ex-subsecretário de Ciência e pesquisador visitante do Centro de Política de Energia Global da Universidade de Columbia, declarou em um artigo de opinião para The Hill que “a era da fusão está sobre nós”. Ele pediu mais apoio do governo para o campo. Dabbar, como muitos cientistas de fusão, leva a sério as afirmações do C.F.S. de que em 2025 ele estará demonstrando um dispositivo de fusão que distribui consideravelmente mais energia do que o necessário para funcionar.
Mas muitos, muitos desafios tecnológicos permanecem antes que a fusão acenda as luzes em sua cozinha. Esses dispositivos de fusão irão sustentar plasmas por períodos de tempo suficientes? Eles resolverão seus problemas assustadores de ciclo de combustível e gerenciarão seus escapes, e as tensões das condições extremas destruirão os próprios dispositivos? Chegará um momento em que haverá geleia hoje, e no dia seguinte, e no dia seguinte?
“Isso é difícil de julgar”, disse-me Cowley, de Princeton. “O que C.F.S. fez – é uma grande contribuição, com certeza. ” Ele continuou: “Sempre sou cauteloso. Essa é minha personalidade. Eu me preocupo que isso seja colocar assentos luxuosos em um balão de ar quente – e isso não levará você a cruzar o Atlântico. Eu me preocupo que, se isso não funcionar, depois de toda essa atenção, todo o campo ficará com uma mortalha sobre isso por um longo tempo. ”
Cowley hesitou entre ver sua perspectiva como sóbria e considerá-la cautelosa demais. Foi ele quem chamou minha atenção para o argumento, no artigo de fusão de Eddington, de que há algo a ser dito sobre Ícaro. “Minha sensação é que ainda há uma ideia que ainda não tivemos e que, uma vez que a tivermos, pensaremos que idiotas éramos se não a tivéssemos antes”, disse Cowley. “Mas os irmãos Wright não eram como eu. Eles não eram cientistas em um laboratório – eles eram pessoas com mentalidade mecânica que tinham algumas novas ideias, mas também que tiveram alguma sorte ao seu lado em termos de outras tecnologias que amadureceram na hora certa. C.F.S. tem aquele espírito jovem. C.F.S. pensa: sabemos mais do que pensamos que sabemos. ” O reino da ciência e da invenção não está isento da psicologia. Cowley voltou atrás sobre suas dúvidas e, de repente, disse: “Não posso acreditar que não haja uma série de etapas que nos levará até lá. Não posso acreditar que não seremos capazes de fazer isso eventualmente. ”
Em 1901, o engenheiro-chefe da Marinha dos Estados Unidos escreveu, sobre um vôo mais pesado que o ar: “Um levantamento calmo do fenômeno natural leva o engenheiro a pronunciar todas as profecias confiantes para o sucesso futuro como totalmente injustificadas, se não absurdas.” Na época, os irmãos Wright estavam estudando aerodinâmica em um túnel de vento improvisado; depois de um verão particularmente desanimador em Kitty Hawk, Wilbur confidenciou a Orville seu sentimento de que “nem em mil anos o homem voará”. Dois anos depois, eles voaram em seu avião por 12 segundos; não muitos anos depois, eles voaram por horas, realizando oitos para grandes multidões. Em resposta a um relatório de que o presidente Theodore Roosevelt pretendia voar com Orville em breve, Orville disse que, embora ele não recusasse um pedido do presidente, ele não achava sábio que o presidente se arriscasse.
Publicado em 13/10/2021 15h04
Artigo original: