Com base em estimativas razoáveis, a população mundial atingirá 10 bilhões de pessoas em meados do século XXI.
Em 1990, o consumo de energia primária por habitante e por ano era de 2.2x1011 joule ou 5.1 tep (toneladas de equivalente em petróleo: 4.4x1010 J = 12000 KWh) nos países industrializados, e dez vezes menos nos países em vias de desenvolvimento. De acordo com os cenários escolhidos para a procura energética, o consumo de energia primária mundial poderá atingir duas a três vezes o consumo atual.
(de acordo com dois tipos de cenários: procura normal ou baixa) Grupo de Países Por Habitante (tep/ano) Procura Global (tep/ano)
1988 2050 1988 2050
normal baixa normal baixa
Comunidade Européia 5.2 5.2 2.6 4.0 4.6 2.3
Países do Leste 4.4 4.4 2.2 1.9 2.1 1.1
Países em vias de desenvolvimento 0.5 1.5 1.0 2.0 13.8 9.2
Mundo (total) 1.5 2.0 1.2 7.9 20.5 12.6
As fontes de energia capazes de corresponder de forma substancial a esta procura são:
os combustíveis fósseis, principalmente o carvão, pois as reservas de petróleo e de gás serão fortemente reduzidas,
a energia nuclear: fissão e fusão,
as energias renováveis: hidráulica, solar, eólica, das ondas, das marés, geotérmica, biomassa, etc.
Mesmo se a fração das necessidades energéticas que possa ser coberta pelas energias renováveis aumentar como se prevê, os peritos estão de acordo que elas não poderão satisfazer no entanto a totalidade das necessidades mundiais. Torna-se pois necessário desenvolver novas opções energéticas, otimizadas em termos de segurança, de impacto sobre o meio ambiente e de economia. A fusão termonuclear controlada é uma dessas raras opções.
A fusão é o processo no qual dois núcleos de átomos leves (tais como o hidrogênio) se combinam, ou se fundem, constituindo elementos mais pesados. Para que estes núcleos,carregados positivamente, se possam aproximar suficientemente um do outro (ou seja, vencer a força de repulsão eletrostática entre eles), e que as reações de fusão se possam produzir a uma taxa conveniente, são necessárias temperaturas da ordem dos 100 milhões de graus. A estas temperaturas, o gás encontra-se ionizado no estado de plasma, (os ions e os eletrons formam um fluido macroscopicamente neutro) e não pode evidentemente estar em contato com as paredes materiais. A concepção do reator de fusão baseado na configuração "Tokamak" (atualmente o conceito mais avançado) prevê um campo magnético que permite isolar térmicamente o plasma das paredes materiais. O volume de plasma será da ordem de 1000 m3 e a potência de fusão deverá atingir vários gigawatts (1 giga=109).
A fusão é a fonte de energia do Sol e das outras estrelas. Uma estrela começa a brilhar quando a matéria no seu núcleo atinge, por efeito das forças de gravitação, densidades e temperaturas suficientes para desencadear reações termonucleares que libertam energia permitindo equilibrar dinâmicamente a gravitação e emitir radiação para o espaço.
Numa primeira fase, a cadeia principal de reações é a que consiste na fusão de quatro núcleos de hidrogênio em dois núcleos de hélio, com emissão de fotons, neutrinos, eletrons e positrons. Em menor grau, o hélio começa também a fundir-se para criar elementos mais pesados (berílio, boro), com produção suplementar de energia.
O sol, reator natural de 4 x 1026watt, não é um reator muito calmo. As turbulências e as instabilidades são frequentes, criando em particular protuberâncias gigantescas na superfície do sol.
Nas estrelas com grande massa, após a combustão completa do hidrogênio, a gravitação continua a dominar e comprime o núcleo da estrela tornando possíveis as reações de fusão do hélio. Numa sucessão de contrações e de novas cadeias de reações termonucleares, novas espécies nucleares são produzidas e queimadas por sua vez na 'fornalha' estelar. Quando deixa de haver possibilidade de ocorrerem reações termonucleares - por exemplo quando o núcleo das estrelas é constituído por ferro - o ciclo de vida de uma estrela chega ao fim, com um fogo de artifício de 'novas' ou num lento desaparecimento de estrelas 'anãs'.
O desafio das pesquisas sobre a fusão é de reproduzir à superfície da Terra reatores utilizando reações termonucleares semelhantes às que ocorrem no Sol e utilizá-las para proveito da humanidade.
A reação de fusão com interesse mais imediato para se realizar em laboratório é a que envolve os núcleos de duas formas pesadas (isótopos) do hidrogénio - o deutério (D) e o trítio (T):
O deutério é abundante na água do mar (30 g/m3) mas o trítio, sendo radioativo com uma semi-vida de 12.36 anos, não existe na natureza e deve ser produzido.
Num reator de fusão, os neutrons (n), os quais transportam 80% da energia produzida, serão absorvidos numa camada fértil ("blanket") que envolve o núcleo do reator e que contém Lítio (Li), e qual se transforma em trítio e hélio:
O lítio natural (92.5 % de 7Li e 7.5% de 6Li) é um elemento abundante na crosta terrestre (30 g/m3) e em concentrações mais fracas nos oceanos.
A camada fértil deverá ser suficientemente espessa (cerca de 1 m) para retardar os neutrons de fusão (14 MeV). Na sequência da desaceleração dos neutrons, esta camada é aquecida e um fluido que aí circula, transfere o calor para fora da zona do reator para produzir vapor e finalmente eletricidade por processos convencionais.
A fusão termonuclear poderá tornar-se uma nova e considerável fonte de energia com vantagens intrínsecas:
os combustíveis de base (D, Li) não são radioativos, são abundantes e distribuídos de uma forma bastante uniforme na crosta terrestre,
a combustão não se pode prolongar de uma forma descontrolada, pois se parar a injeção de combustível fresco, a quantidade de matéria para a fusão presente no reator só permite o seu funcionamento durante algumas dezenas de segundos,
os problemas dos resíduos são limitados: não existem cinzas radioativas, e o tratamento dos gases não queimados é feito no local. Com uma seleção rigorosa dos materiais constituintes do reator, o armazenamento dos componentes da estrutura macânica, que irão ser ativados pelos neutrons, poderá estar limitado a menos de 100 anos.
No núcleo do reator as reações de fusão ocorrem a mais de 100 milhões de graus.
O hélio, confinado, aquece o combustível novo, sendo em seguida
arrefecido e extraído da câmara; os neutrons atravessam a parede e interatuam
com o lítio contido na cobertura do reator, regenerando o tritio que é assim produzido in-situ.
Um fluido transportador de calor circula na camada fértil e leva o calor para produzir eletricidade.
Do ponto de vista econômico, é demasiado cedo para avaliar com precisão o impacto da fusão nuclear. Os custos de investimento serão certamente mais elevados do que para as centrais de carvão ou de fissão, mas o custo do combustível será muito reduzido.
Existem outros combustíveis além do deutério e trítio que poderão alimentar uma segunda geração de reatores. As reações que se podem realizar a longo prazo com estes combustíveis avançados produzem menos neutrons energéticos (D-D) ou mesmo nenhum neutron (D-3He). Neste caso, os reatores não necessitam de camada fértil de trítio e as reações de fusão induzem uma ativação mais fraca das estruturas mecânicas. No entanto, serão necessárias temperaturas muito mais elevadas do que para o ciclo D-T. Além disso, se o deutério é muito abundante sobre a terra, do 3He só existem vestígios e será necessário extraí-lo do solo lunar.
O lago Léman poderia fornecer Deutério para cobrir as necessidades de energia primária durante vários milhares de anos.
A fusão é também possível à temperatura ambiente se os eletrons nas moléculas de deutério e trítio forem substituídos por partículas negativas bastante mais pesadas. Uma dessas partículas é o muon negativo, que é instável, com uma massa igual a 207 vezes a do eletron e um tempo de vida de 2.2 µs. A física da fusão catalisada pelo muon está bem estabelecida, mas os resultados obtidos não permitem esperar um balanço de energia positivo, atendendo às seguintes razões:
a necessidade de produzir os muons por aceleradores de partículas o que consome muita energia, a ligação do muon ao núcleo de Hélio resultante da fusão D-T, antes que ele atue como catalisador de um número elevado de reações de fusão.
Uma outra via, conhecida sob o nome de 'fusão fria' foi objeto nos últimos anos de declarações espetaculares. Trata-se da eletrólise de água pesada com elétrodos de paládio nos quais se concentrariam, a muito alta densidade, núcleos de hélio. Muitas experiências, realizadas para verificar a obtenção de tais resultados eletroquímicos inexplicados, não foram conclusivas em termos de ganho energético e da produção de reações de fusão.
Fonte: pt.wikipedia.org