Sabemos que uma grande parte da população ainda desconhece, ou sequer ouviu falar sobre plasma, apesar de ele constituir cerca de 99% do Universo observável. Ele está muito mais presente no mundo dos fenômenos naturais do que se imagina. Nós, seres humanos, existimos em apenas 1% desse restante de matéria, e seria insensato ignorar um fato tão evidente.
Mas o que realmente é o plasma e qual é sua importância para a solução energética do planeta?
Vamos à primeira questão: sabemos que qualquer substância pode existir em três estados básicos: sólido, líquido e gasoso. Um exemplo clássico é a água, que pode ser gelo, líquida ou vapor.
Quando uma substância sólida recebe calor, suas ligações moleculares começam a se romper, fazendo com que a rede cristalina se funda em líquido. Se mais energia térmica for aplicada, as ligações se rompem ainda mais, resultando em gás, onde as moléculas estão em um estado mais energizado.
E o que acontece se aquecermos um gás em um recipiente fechado? Ao aumentar a temperatura, elevamos a velocidade e a frequência das colisões entre átomos, que se tornam mais energéticos. Com o aumento da temperatura, os elétrons da camada mais externa dos átomos podem se separar do núcleo. Assim, formamos um “segundo gás” composto pelos elétrons livres, que crescem em número à medida que aquecemos ainda mais.
Quando o gás atinge temperaturas extremamente altas, comporta elétrons livres em alta velocidade, que colidem entre si e com as paredes do recipiente, assim como núcleos atômicos despidos de seus elétrons. Essa “sopa” é chamada de plasma.
O plasma ideal, com suas partículas atômicas totalmente dissociadas, ocorre a temperaturas de várias dezenas de milhões de graus Celsius. No entanto, o plasma não precisa ter temperaturas tão elevadas; esse estado físico possui propriedades específicas e pode surgir em gases a temperaturas relativamente baixas, dependendo de sua estrutura e composição.
Exemplos de plasma incluem a chama de uma vela, lâmpadas fluorescentes, relâmpagos, auroras boreais e austrais, além do Sol, que é uma fonte de plasma crucial para a vida na Terra. Encontramos plasma até no espaço interestelar, revelando sua onipresença.
Agora, vamos à questão fundamental: quais são as vantagens da geração de energia por fusão nuclear? A geração de energia elétrica por fusão nuclear é sustentável, segura e não agride o meio ambiente.
Apesar das controvérsias em torno da demanda energética, dados de 2021 indicam que a demanda mundial de energia está crescendo rapidamente e se prevê que superará a oferta nas próximas décadas, especialmente após o esgotamento dos combustíveis fósseis, que pode ocorrer ao longo deste século.
Em 2023, a população mundial é estimada em cerca de 8 bilhões de pessoas, consumindo energia à taxa total aproximada de 19,5 TW, o que resulta em uma média de consumo de cerca de 2,44 kW por pessoa (dados da Agência Internacional de Energia). Há um desequilíbrio significativo no uso das reservas energéticas entre países desenvolvidos e em desenvolvimento. A expectativa é que a população mundial atinja cerca de 9,7 bilhões até 2050, portanto, um aumento médio no consumo por habitante levaria a uma taxa de consumo de energia na ordem de 36 TW.
Esse cenário global enfatiza a necessidade de desenvolvimento de novas fontes de energia, especialmente as renováveis e sustentáveis. Os avanços tecnológicos obtidos a partir da pesquisa em física dos plasmas e fusão nuclear têm promovido inovações em materiais, processos industriais e novas tecnologias, como eletrônica de plasma e fontes de luz.
Atualmente, ainda temos muito a aprender sobre a física dos plasmas para que os reatores de fusão, em fase de testes, sejam aprimorados e possam produzir energia elétrica em escala industrial, atendendo assim às crescentes demandas planejadas para o futuro.
Em dezembro de 2022, o National Ignition Facility (NIF), nos EUA, alcançou um marco importante ao produzir mais energia da fusão do que a necessária para iniciar a reação. Esse feito gerou grande otimismo acerca da viabilidade da fusão como uma solução energética.
Além disso, empresas privadas, como a Helion Energy e a LetsGoEnergy, estão desenvolvendo abordagens inovadoras, utilizando tecnologia de plasma avançada e reatores de fusão compactos, com planos de iniciar testes em escala comercial nos próximos anos.
Paralelamente, o projeto ITER, uma colaboração internacional que inclui países como a União Europeia, EUA, China, Rússia, Japão, Índia e Coreia do Sul, visa construir um reator de fusão nuclear que funcione em uma escala maior. Considerado um dos maiores esforços internacionais na área de fusão, o projeto está em andamento e promete avanços significativos.
Governos, especialmente nos EUA e na Europa, também estão aumentando o financiamento e apoio para pesquisas em fusão nuclear, essencial para acelerar a transição para fontes de energia renováveis e sustentáveis. Nesse contexto, estudos estão sendo realizados para desenvolver novos materiais que possam conter plasma e suportar altas temperaturas, uma condição fundamental para o sucesso dos reatores de fusão.
Essas novidades refletem um período de inovação e esperança no campo da fusão nuclear, com a capacidade de revolucionar a produção de energia no futuro.
A disponibilidade de energia é um dos requisitos essenciais para melhorar a qualidade de vida e para o crescimento econômico, com cerca de 30% da economia mundial dependendo dos progressos na área de física.
Então, o que você está esperando? Vá estudar física!