Energia: A Abundante

Com todas essas outras formas disponíveis de energia, a queima de combustíveis fósseis pode continuar num nível que não coloque a vida em perigo, e isso pode prosseguir por muito tempo. Durante todo esse tempo, pode-se desenvolver uma forma de energia que seja segura, incessante e abundante.

Eis a primeira questão: existe energia que comporte todas essas características? E a resposta: sim!

ENERGIA: A ABUNDANTE

Somente cinco anos após a descoberta da radioatividade pelo físico francês Antoine Henri Becquerel (1852-1908), em 1896, é que Pierre Curie mediu o calor liberado pelo rádio, ao romper-se. Esta foi a primeira indicação que se teve-de que em algum lugar do átomo havia energia de cuja existência nem se suspeitava.

Imediatamente começou-se a averiguar a possibilidade de essa energia ser aproveitada. O inglês H. G. Wells, escritor de ficção científica, especulou sobre a possível existência daquilo que denominou “bombas atômicas”, tão logo fora anunciada a descoberta de Curie.

Tornou-se evidente, porém, que, para essa energia atômica (ou, mais propriamente dita, “energia nuclear”, por ser a energia que mantinha a unidade do núcleo atômico e não envolvia os elétrons externos responsáveis pelas reações químicas) ser liberada, era necessário incluí-la nos átomos. O átomo tinha que ser bombardeado com partículas subatômicas energéticas carregadas positivamente. Poucas atingiam o núcleo e, dentro delas, poucas superavam a repulsão do núcleo carregado positivamente e alteravam seu conteúdo, causando a liberação de energia. O resultado foi a constatação da necessidade de entrada de mais energia do que a que se conseguiria obter, o que fez do aproveitamento da energia nuclear um sonho inútil.

Em 1932, porém, uma nova partícula subatômica foi descoberta por James Chadwick (1891-1974). Por não ter carga elétrica, ele a chamou de “nêutron” e, por não ter carga elétrica, ela chegava até o núcleo atômico carregado eletrícamente sem ser repelida. Não se requeria muita energia, portanto, para que o nêutron colidisse com o núcleo atômico e o adentrasse.

O nêutron logo se tornou o “projétil” subatômico favorito, e, em 1934, o físico italiano Enrico Fermi (1901-54) bombardeou átomos com nêutrons, de modo a transformá-los em átomos de elementos superiores na tabela periódica dos elementos. O urânio era o elemento 92. Não se conhecia o elemento 93, e Fermi bombardeou o urânio tencionando compor o elemento desconhecido.

Os resultados foram confusos. Outros físicos reaplicaram o experimento e tentaram imprimir-lhe um sentido, principalmente o físico alemão Otto Hahn (1879-1968) e sua colega austríaca Lise Meitner (1878-1968). Foi Meitner quem descobriu, em 1938, que o urânio, ao ser atingido por um nêutron, dividia-se em dois (“fissão do urânio”).

Ela encontrava-se exilada na Suécia na ocasião, pois sua condição de judia a forçara a abandonar a Alemanha nazista. Transmitiu suas idéias ao físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), no início de 1939, e ele as trouxe para os Estados Unidos.

O físico húngaro-americano Leo Szilard (1898-1964) percebeu o significado disso. O átomo de urânio, ao sofrer a fissão, liberava muita energia para um átomo só, muito mais que a energia do nêutron lento que o atingira. Além disso, ao sofrer a fissão, o átomo de urânio liberava dois ou três nêutrons, cada um dos quais poderia estar atingindo um átomo de urânio, que sofreria a fissão, liberaria dois ou três nêutrons cada um, e todos esses poderiam atingir um átomo de urânio, e assim por diante.

Numa minúscula fração de segundo, a “reação em cadeia” resultante poderia criar uma enorme explosão às custas do nêutron inicial, que poderia estar vagando pelo ar sem que o tivessem colocado lá.

Ele convenceu os cientistas americanos a guardarem segredo de sua pesquisa (pois a Alemanha estava prestes a iniciar sua guerra contra o mundo civilizado), e então persuadiu o Presidente Roosevelt a patrocinar o trabalho, pedindo a Albert Einstein que escrevesse uma carta sobre o assunto. Antes do término da Segunda Guerra Mundial, três bombas de fissão de urânio haviam sido construídas. Uma delas foi testada em Alamogordo, no Novo México, em 16 de julho de 1945, e passou no teste com êxito. As outras duas foram atiradas no Japão.

Enquanto isso, porém, os cientistas haviam concebido um modo de o urânio sofrer fissão sob condições controladas. O grau de fissão atingiu um nível seguro e pôde ser mantido nesse nível indefinidamente. Seria produzido um calor suficiente para duplicar o trabalho que o carvão ou o petróleo fariam, e ainda se produziria a eletricidade.

Nos anos 50, foram instaladas usinas elétricas movidas a fissão de urânio nos Estados Unidos, na Grã-Bretanha e na União Soviética. Desde então, esses “reatores de fissão nuclear” multiplicaram-se por diversas nações, e muito contribuem para a satisfação da demanda de energia do mundo.

Esses reatores de fissão nuclear apresentam algumas vantagens. Para começar, pesado por pesado, o urânio produz muito mais energia que a queima do carvão ou do petróleo. Aliás, apesar de o urânio não ser um metal comum, estima-se que o suprimento mundial fornecerá de dez a cem vezes mais energia do que suas reservas de combustível fóssil.

Uma das razões para o urânio não ser mais útil é que há dois tipos de urânio, dos quais só um sofre fissão. Os tipos são o urânio 238 e o urânio 235; somente o último sofre fissão, quando bombardeado por nêutrons lentos. Acontece que o urânio 235 perfaz apenas 0,7 por cento do urânio encontrado na natureza.

Todavia, é possível esboçar um reator de fissão nuclear de modo que o centro de fissão seja rodeado pelo urânio 238, ou pelo metal tório 232, que é parecido. Os nêutrons que escapam do centro atingirão os átomos de urânio ou tório e, não lhes imprimindo a fissão, transformá-los-ão em outros tipos de átomos, que, sob condições adequadas, fissionarão. Esse reator produz combustível na forma de plutônio 239 ou urânio 233, passíveis de fissão, mesmo que o combustível de urânio 235 seja consumido lentamente. Aliás, ele produz mais combustível do que consome e chama-se, por isso, “reator de produção”.

Até hoje, quase nenhum reator de fissão nuclear em uso é produtor, mas alguns foram construídos já em 1951 e outros o podem ser a qualquer hora. Com o uso dos reatores de produção, todo o urânio e o tório do mundo podem ser fissionados e fornecer energia. Desse modo, a humanidade terá à sua disposição uma fonte energética pelo menos 3 000 vezes maior que todo o armazenamento de combustível fóssil.

Utilizando os reatores de fissão nuclear comum, a humanidade terá um armazenamento energético que deverá durar muitos séculos, mantendo-se o grau de utilização atual. Com os reatores de produção, o armazenamento energético durará centenas de milhares de anos — tempo mais que suficiente para que se projete uma melhor estratégia bem antes de ele se esgotar. Além disso, os reatores de fissão nuclear, quer comuns ou produtores, não liberam dióxido de carbono nem qualquer outra forma de poluição química do ar.

Com tantas vantagens, que desvantagens pode haver? Para começar, o urânio e o tório estão bem espalhados pela crosta terrestre e é difícil encontrá-los e concentrá-los. Talvez apenas uma pequena fração do tório e do urânio existentes possa ser utilizada. Em segundo lugar, os reatores de fissão nuclear são dispositivos caros, de difícil manutenção e conserto. Em terceiro, mais importante de tudo, os reatores de fissão nuclear apresentam um tipo novo e letal de poluição — a radiação intensiva.

Quando o átomo de urânio sofre a fissão, ele produz uma série de átomos menores, que são muito mais radioativos que o próprio urânio. Essa radioatividade só cai para um nível seguro com muita lentidão; no caso de alguns tipos, só após milhares de anos. Esse “resíduo radioativo” é altamente perigoso, pois suas radiações matam com a mesma presteza de uma bomba nuclear, mas muito mais insidiosamente. Se a demanda de energia pela humanidade fosse suprida exclusivamente por reatores de fissão, a quantidade de radioatividade presente no resíduo produzido anualmente seria equivalente a milhões de explosões de bomba de fissão.

O resíduo radioativo tem que ser armazenado em um local seguro, para não invadir o meio ambiente e aí permanecer durante milhares de anos.

Pode ser armazenado num recipiente de aço inoxidável, ou misturado com vidro derretido para depois solidificar. Os recipientes ou o vidro podem ser armazenados em minas de sal subterrâneas, na Antártida, em sedimentos do fundo do mar, e assim por diante. Até hoje, já foram propostos inúmeros métodos de armazenamento, todos com certo grau de confiabilidade, mas nenhum que fosse seguro o suficiente para convencer a todos.

Além disso, pode ser que um reator de fissão nuclear saia de controle.

O reator é projetado para não explodir, mas são empregadas grandes quantidades de material de fissão; se a reação se acelerar além do ponto de fusão seguro, o núcleo se aquecerá até derreter e atravessar a membrana de proteção, fazendo com que uma radiação mortal invada uma grande região.

Os reatores de produção são vistos como mais fatais porque o combustível empregado geralmente é o plutônio, que é mais radioativo que o urânio e conserva essa radioatividade por centenas de milhares de anos. Ele é considerado a substância mais perigosa (nesses termos) sobre a face da Terra e teme-se que, se o plutônio se tornar muito comum, ele pode invadir o meio ambiente e literalmente envenenar a Terra, tornando-a inabitável.

Teme-se também que o plutônio possa incentivar a eficiência do terrorismo. Se os terroristas arranjassem um suprimento de plutônio, poderiam chantagear o mundo com ameaças de explosão ou envenenamento.

Seria uma arma muito mais eficaz do que as que têm à disposição atualmente.

Nada nos garante que isso jamais acontecerá e, conseqüentemente, mais objeções são impostas à construção de reatores de fissão nuclear. A força da fissão nuclear tem se expandido muito mais lentamente do que se esperava nos anos 50, quando foi empregada em meio a previsões de uma nova era de energia em abundância.

Ainda assim, a fissão é o único caminho que leva à energia nuclear.

No universo em geral, a principal fonte de energia é fornecida pela fusão do núcleo de hidrogênio (o mais simples que há) em núcleo de hélio (o segundo mais simples). É a fusão do hidrogênio que supre de energia as estrelas, conforme apontado pelo físico germano-americano Hans Albrecht Bethe (1906-) em 1938.

Após a Segunda Guerra Mundial, os físicos tentaram produzir a fusão do hidrogênio em laboratório. Para isso, precisaram de temperaturas elevadíssimas, e tiveram que prender o gás de hidrogênio enquanto o aqueciam a essas temperaturas. O Sol e as outras estrelas prendiam seus núcleos por meio de intensíssimos campos gravitacionais, o que não podia ser obtido na Terra.

Uma saída foi elevar a temperatura do hidrogênio com tanta rapidez que não houvesse tempo de ele se expandir e se espalhar antes de se aquecer a ponto de fundir-se. Uma bomba de fissão nuclear cuidaria disso; em 1952 foi explodida uma bomba nos Estados Unidos em que o urânio em fissão liberou o hidrogênio em fusão. A União Soviética imediatamente desenvolveu a sua.

Essa “bomba de” fusão nuclear” ou “bomba de hidrogênio” era muito mais poderosa que as bombas de fissão, e nunca foi usada em guerras. Pelo fato de exigirem altas temperaturas para seu funcionamento, as bombas de fusão são também chamadas de “bombas termonucleares”, e considero seu emprego em uma “guerra termonuclear” o possível gerador de uma catástrofe do quarto grau.

Mas será que a fusão do hidrogênio pode ser controlada e fornecer energia com a mesma tranqüilidade da fissão do urânio? O físico inglês John David Lawson (1923-) enunciou os requisitos em 1957. O hidrogênio deveria ter determinada densidade, atingir determinada temperatura e mantê-la por algum tempo. Qualquer diminuição ou queda de uma dessas propriedades requer o aumento de uma ou das outras duas. Desde então, cientistas dos Estados Unidos, da Grã-Bretanha e da União Soviética têm procurado encontrar essas condições.

Há três tipos de átomos de hidrogênio: o hidrogênio 1, o hidrogênio 2 e o hidrogênio 3. O hidrogênio 2 chama-se “deutério” e o hidrogênio 3, “trítio”. O hidrogênio 2 funde a uma temperatura mais baixa que o hidrogênio 1, e o hidrogênio 3, a uma temperatura ainda mais baixa (embora a temperatura mais baixa para a fusão esteja nas dezenas de milhões de graus, para as condições terrestres).

O hidrogênio 3 é um átomo radioativo que mal se encontra na natureza. Pode ser obtido em laboratório, mas só é utilizável em pequena escala. Portanto, o hidrogênio 2 é o principal combustível de fusão, e adiciona-se um pouco de hidrogênio 3 para baixar a temperatura de fusão.

O hidrogênio 2 é muito mais raro que o hidrogênio 1. De cada 100.000 átomos de hidrogênio, somente quinze são hidrogênio 2. Mesmo assim, em um galão de água do mar há hidrogênio 2 bastante para representar a energia que se obtém com a queima de 350 galões de gasolina. E o oceano (onde dois de cada três átomos são hidrogênio) é tão extenso que contém hidrogênio 2 em quantidade suficiente para produzir a energia que hoje o mundo emprega por bilhões de anos.

Há vários aspectos que fazem com que a fusão nuclear seja preferida à fissão nuclear. Por exemplo, pela fusão obtém-se dez vezes mais energia do que pela fissão, e o hidrogênio 2, combustível de fusão, é mais facilmente obtido do que o urânio ou o tório, e mais fácil de se lidar. Uma vez iniciada a fusão do hidrogênio 2, somente quantidades microscópicas dele serão utilizadas de cada vez, de modo que, se a fusão se descontrolar e todo o material fundível se for, a conseqüência será uma explosão de pequenas proporções, quase imperceptível. Além do mais, a fusão do hidrogênio não produz resíduos radioativos. Seu produto principal, o hélio, é a substância mais inócua que se conhece. No decorrer da fusão, produzem-se nêutrons e o hidrogênio 3, sendo ambos perigosos. Porém, são produzidos em menor quantidade e podem ser reciclados e empregados no decorrer da fusão ulterior.

Em todos os aspectos, portanto, a fusão nuclear pareceria ser a fonte ideal de energia. Mas o problema é que ainda não a temos. Apesar das tentativas, os cientistas ainda não conseguiram prender o hidrogênio em dado recipiente, mantê-lo a dada temperatura, durante dado período de tempo que lhe permitisse fundir sob condições controladas.

Os cientistas estão abordando o problema de diversas maneiras.

Campos magnéticos fortes e cuidadosamente projetados mantêm unidos os fragmentos carregados, enquanto se eleva a temperatura lentamente. Ou então a temperatura é elevada rapidamente, não com bombas de fissão, mas com raios laser ou com feixes de elétrons. Parece haver uma certa probabilidade de que um desses métodos funcione nos anos 80, ou, quem sabe, os três, e que a fusão controlada em laboratório seja um fato. Pode demorar algumas décadas até que sejam construídas grandes usinas de fusão que venham a debelar a carência energética da humanidade.

Deixando-se de lado a fusão do hidrogênio, há, contudo, outra fonte de energia abundante, que é segura e permanente: trata-se da radiação solar.

Dois por cento da energia solar mantêm a fotossíntese de toda a vegetação da Terra e, com isso, toda a vida animal. O restante da energia solar é pelo menos 10 000 vezes superior à demanda humana de energia. Essa porção maior da radiação solar é extremamente útil. Ela evapora o oceano e produz a chuva, a água corrente e o suprimento de água fresca da Terra em geral.

Ela mantém as correntes marítimas e o vento. Aquece a Terra e a torna habitável.

Entretanto, não há razão para que os homens não possam utilizar a radiação solar em primeiro lugar. Quando o fazemos, o resultado é que a radiação se transforma em calor e nada se perde. Seria como entrar numa cachoeira: a água continuaria a atingir o solo e correr rio abaixo, mas nós a teríamos interceptado, temporariamente, para nos refrescarmos ou nos banharmos.

Há uma dificuldade primordial na energia solar. Embora abundante, é diluída. Espalha-se por uma área muito extensa; coletá-la e utilizá-la seria difícil.

Em pequena escala, a energia solar tem sido utilizada há muito tempo.

No inverno, as janelas voltadas para o sul deixam entrar o sol e são relativamente opacas à reirradiação da luz infravermelha — assim, a casa se aquece pelo efeito de estufa e precisa de menos combustível.

Pode-se conseguir muito mais com esse modelo. As caixas d’água instaladas no declive sul do telhado (declive norte, no caso do hemisfério sul) podem absorver o calor do Sol e suprir uma casa com uma fonte permanente de água quente. O mesmo poderia ser utilizado para aquecer a casa em geral ou, por outro lado, para refrigerá-la no verão. Ou pode-se converter diretamente a radiação em eletricidade, bastando para isso expor pilhas solares à luz do Sol.

A propósito, a luz solar não está indefinidamente disponível. À noite, ela não existe e, mesmo durante o dia, as nuvens podem reduzir a luz a níveis inaproveitáveis. Há também o fato de que em várias horas do dia a casa pode estar à sombra de outra casa, ou de objetos naturais, como árvores e colinas.

Nem há meios totalmente adequados para armazenar a energia solar em períodos de luz para uso em períodos de escuridão.

Se cabe à energia solar pôr o mundo em ação, antes de cuidarmos de casas isoladas aqui e ali, seria necessário cobrir dezenas de milhares de quilômetros quadrados de desertos com pilhas, o que seria oneroso em termos de instalação e manutenção.

É possível, contudo, coletar a energia solar, não na superfície terrestre, mas no espaço vizinho. Uma ampla plataforma de pilhas solares posta em órbita no plano equatorial cerca de 33 000 quilômetros acima da superfície terrestre circularia a Terra em 24 horas. Essa é uma “órbita sincrônica”, e a estação espacial pareceria imóvel em relação à superfície terrestre.

Essa plataforma de pilhas solares seria exposta à carga total da radiação solar sem qualquer interferência atmosférica. Ela estaria na sombra da Terra somente 2 por cento do tempo no curso de um ano, reduzindo assim grandemente a necessidade de armazenamento de energia. Estima-se que uma dada área de pilhas solares em órbita sincrônica produziria sessenta vezes mais eletricidade do que a mesma área na superfície terrestre.

A eletricidade formada na estação espacial seria convertida em radiação de microondas, e irradiada para uma estação receptora na Terra e, aqui, reconvertida em eletricidade. Cem dessas estações distribuídas pelo plano equatorial representariam uma fonte de energia abundante que duraria tanto quanto o Sol.

Se olharmos para o futuro na suposição de que os seres humanos cooperarão para garantir a sobrevivência, talvez lá por 2020 não só contaremos com usinas de fusão nuclear em operação, como também com as primeiras usinas geradoras de energia solar do espaço. Certamente nos agüentaremos até 2020 utilizando-nos de combustíveis fósseis e outras fontes energéticas. Com paz e boa vontade, pois, a crise de energia que ora nos aflige pode acabar por revelar-se inócua a longo prazo. Ademais, a exploração do espaço em relação a usinas solares espaciais propiciaria bem mais que isso. Laboratórios e observatórios também serão construídos no espaço, juntamente com as colônias espaciais que abrigarão seus construtores. Haverá estações de mineração na Lua que suprirão a maior parte dos recursos materiais necessários para as edificações espaciais (embora o carbono, o nitrogênio e o hidrogênio ainda tenham que ser enviados da Terra por algum tempo).

Finalmente, boa parte do parque industrial terrestre será transportado para o espaço, os asteróides serão cavados, a humanidade começará a se expandir pelo sistema solar e, quem sabe, até em direção às estrelas. Tal quadro leva a supor que todos os problemas serão resolvidos — exceto que a própria vitória trará problemas. Será com as possíveis catástrofes derivadas da vitória que me ocuparei no capítulo final.