A força do vapor

Desde que o homem “descobriu” os mares e suas potencialidades como fonte de proteínas e, principalmente, como via de transporte e comunicação entre as diversas regiões do globo, a civilização sofreu um significativo empurrão rumo a novas descobertas e ampliou seus horizontes. Os primeiros barcos conhecidos datam do Período Neolítico, por volta de 10.000 anos atrás. Contudo, a tecnologia necessária à flutuação positiva e ao impulso dos barcos foi, aos poucos, sendo adquirida. É certo que as primeiras embarcações, como acontece ainda hoje com embarcações de povos primitivos de Bornéu, por exemplo, foram movidas a pedaços de madeira que, ao custo de pequenas modificações, se transformaram em remos, tão mais eficientes quanto mais elaborados.
O segundo “passo”, se assim se pode dizer, foi o invento das velas. Parece que se tornou quase compulsório, homens que viviam do mar, observassem que os ventos poderiam ser seus auxiliares na propulsão dos barcos. Assim nasceu a navegação a velas. Elas são uma invenção que praticamente se perde no tempo. Há indícios das primeiras embarcações a vela nas águas do mar Mediterrâneo, com gregos e depois os romanos utilizando barcos que aproveitavam mais o vento a favor, com velas ainda bastante toscas. A vela triangular chamada latina, considerada a mais manobrável, passou a ser utilizada em barcos pesqueiros ao fim da idade média, pelos genoveses em seu comércio com Bizâncio. Há registros que os Vikings aperfeiçoaram o sistema de quilha e vela, utilizando-se de formas variadas de panos em conformidade com o mar e os caprichos dos ventos; e, finalmente, a perfeição foi alcançada com os navegadores ibéricos, os quais realizaram as grandes navegações em suas caravelas e galeões. Há que se fazer justiça às velas, todos os grandes descobrimentos que acabaram por moldar o mundo civilizado como o conhecemos, foram feitos por navios que se valiam dos ventos para se deslocarem.
Mas, como a marcha do progresso não pára, com a revolução industrial vieram os motores a vapor que forneceram mais velocidade, conforto e espaço tanto aos navios de carreira como às marinhas de guerra de todo o mundo. O desenvolvimento do navio a vapor foi um processo complexo. Em 1774, James Watt produziu a primeira máquina a vapor, mas somente em 1807 Robert Fulton utilizou o mesmo princípio para impulsionar uma pequena embarcação que ele batizou de "North River Steamboat". Em seguida vieram outros navios produzidos na Europa. A propulsão a vapor teve saltos importantes durante o século dezenove. As principais inovações foram o condensador, o que reduziu a necessidade de água fresca, ou seja, a água passou a ser reutilizada depois de resfriada no condensador; e motor de expansão de múltiplos estágios que obteve um acréscimo considerável de rendimento; a roda de pás deu lugar ao, bem mais potente, propulsor de hélice. Invenções posteriores resultaram no desenvolvimento da turbina a vapor marítima por Sir Charles Parsons, que fez a primeira demonstração da tecnologia no navio de 100 pés "Turbinia" em 1897. Essa invenção estimulou o desenvolvimento de uma nova geração de navios de cruzeiro de alta velocidade na primeira metade do século vinte.
Parece que o vapor resolvia todos os problemas de impulsão das naves marítimas, mas existia um óbice importante: o calor necessário para transformação de água líquida em vapor era proveniente da queima de carvão e, como sabemos, o carvão é altamente poluente além de ser um recurso não renovável e exigir imensos depósitos nos porões que diminuíam a carga útil que o navio podia transportar. Então se fazia necessário encontrar um novo combustível que substituísse essa fonte de energia.
Nikolaus August Otto, em 1860, teve a idéia de construir um mecanismo, baseado no conjunto mecânico de pedal e manivela muito utilizado em serviços braçais e nas bicicletas, onde uma mistura de ar e combustível pudesse explodir e gerar força e movimento. Depois da sua criação o motor de combustão interna criado por Otto atravessaria os séculos acionando as máquinas de tração mecânica. Automóveis, máquinas industriais e navios formaram, e formam até hoje, um formidável contingente de milhões de artefatos que queimam bilhões de litros de combustível não renovável para serem impulsionados. Em decorrência do uso de combustíveis derivados do petróleo passaram a existir navios com imensos motores a diesel e navios que usam a combustão do diesel para aquecer a água que impulsionará turbinas a vapor, ou seja, o vapor continua a mover embarcações. Há cinco anos fiz um cruzeiro marítimo num super transatlântico que era movido por turbina a vapor aquecido por queima de diesel.
Assim, numa sequência cronológica, força manual, ventos, carvão e combustíveis derivados do petróleo foram utilizados no sentido de mover os meios flutuantes cada vez mais rapidamente e com mais proveito. Mas, engana-se quem pensa que essas forças foram substituídas umas pelas outras na medida que foram surgindo, o que houve foi apenas incorporação de mais opções de fontes de energia. Especialmente o vapor, que surgiu com a queima de carvão, passou para queima de óleo combustível para aquecer a água e, depois da segunda grande guerra, a energia nuclear, oriunda do urânio e outros elementos, passou a ser a fonte primária de calor para as belonaves chamadas atômicas.
Primeiro foram os EUA que construíram o “Nautilus” um submarino precursor que, munido de dois reatores que provocavam a fissão do urânio, aqueciam a água para transformar em vapor que movia turbinas que impulsionavam o submersível. Desde então, milhares de navios das armadas de diversos países são movidos dessa maneira. Há que observar que as turbinas usadas nas embarcações marítimas atômicas são apenas versões mais aperfeiçoadas da turbina inventada por Sir Charles Parsons em 1987. Então, o que significa isso? Simples, os submarinos e porta-aviões mais modernos, com os sistemas de propulsão de ponta, são simplesmente belonaves movidas a vapor. A única coisa que as diferencia daqueles navios do século dezenove, é o modo como a água é aquecida para se transformar no vapor que move a embarcação. Naquele tempo o carvão era a fonte de energia calorífica e agora são elementos nucleares que fornecem o calor. Portanto, continuamos a ver “navios a vapor” nos dias de hoje como era no século dezenove, e não há qualquer indicação que o vapor vai deixar de ser usado num futuro previsível. Aliás, se a barreira psicológica que impede que as pessoas confiem na energia atômica como fonte de energia for superada, é possível que venhamos a assistir uma grande demanda de navios mercantes “atômicos” dentro de alguns anos. JAIR, Floripa, 11/10/11.

Sobre radioatividade

No momento que o mundo está apreensivo com o que pode acontecer em decorrência dos vazamentos radioativos da usina nuclear de Fukushima no Japão, nunca é demais relembrar o quando pode ser perigosa essa forma de energia “domada” pelo homem para fins bélicos e pacíficos. Recordemos que as únicas bombas nucleares usadas contra populações civis foram aquelas lançadas pelos americanos em Hiroxima e Nagazaki em 1945, com objetivo de colocar um término na guerra. Depois da guerra e, especialmente depois de 1949 quando a URSS explodiu sua primeira arma nuclear, os EUA passaram a investir pesado na fabricação dos artefatos atômicos. Sua principal fábrica de bombas era a Hanford Engineering Works, na margem esquerda do rio Columbia, no estado de Washington. Durante os 50 anos seguintes, Hanford liberou bilhões de litros de rejeitos radioativos no rio Columbia e deixou parte dessa matéria atingir o lençol freático. Calcula-se que a necessária faxina para esses 50 anos de irresponsabilidade nuclear deva durar 75 anos, custará em torno de 500 bilhões de dólares, e não haverá garantia que o resultado seja de limpeza total.

Desafiados pelos propósitos americanos, os soviéticos construíram um enorme complexo de armas nucleares e fizeram a maior parte de seus testes no Cazaquistão. Despejaram seus dejetos no mar, principalmente no oceano Ártico. O centro de reprocessamento de combustível nuclear no oeste da Sibéria é o ponto mais radioativo do Planeta. O local contém 50 vezes mais plutônio que Hanford. O potencial de letalidade desses lugares é algo para ser equacionado ainda, não existem parâmetros, nem mesmo em Hiroshima e Nagazaki, para avaliar se algum dia essas áreas poderão ser ocupadas por seres humanos.

Numa inversão de uso aparentemente louvável, de uma força que havia sido criada para destruição, URSS, EUA e Grã-Bretanha, logo depois da guerra iniciaram construções de usinas nucleares para transformar energia térmica oriunda da fissão de átomos, em energia elétrica. Como veremos, grande pisada na bola. Hoje existem no mundo 437 usinas nucleares em operação, mas nenhuma delas é viável comercialmente, todas só sobrevivem com pesados subsídios. Um kilowatt-hora de energia nuclear custa em média 16 centavos de dólar, contra 7 centavos da energia de combustível fóssil e menos de 5 centavos da energia hidroelétrica. E não existe qualquer meio conhecido de se livrar das varetas de combustível nuclear depois de usadas, elas continuam “quentes” por milhares de anos.

Até quando uma usina, como Chernobil, “não dá certo” o custo de fechamento é altíssimo. Quando houve acidente naquela usina em 1986, a liberação de vapor radioativo foi centenas de vezes maior que a radiação das bombas jogadas sobre o Japão. Para “limpar” a área e a própria usina foram empregados 750 mil militares e operários comuns, provavelmente um terço dos quais recebeu doses tais de radiação que, ou desenvolveram câncer, correm o risco de desenvolvê-lo ou já morreram pela exposição à radioatividade. A quantidade exata de mortos é desconhecida e talvez jamais seja revelada, porque a Rússia esconde dados da opinião pública, mas sabe-se que os números são alarmantes. Além disso, houve grave contaminação de alimentos, água e ar em vários países da Europa. Até hoje, amoras vendidas no mercado de Moscou apresentam níveis de radiação muito elevados. Calcula-se que os efeitos da radiação de Chernobil serão letais por 24 mil anos ainda.

Não precisa ser físico nuclear ou algum cientista altamente qualificado para perceber que o Homo sapiens está, como um cego sem cachorro, pisando num terreno minado do qual ele não sabe onde começa nem onde termina. O homem enveredou por essa trilha apostando todas suas fichas em algo que ele “achava” que ia dar certo, errou e perdeu-se num labirinto mítico. O achismo não é uma ciência exata, o resultado dessa aventura poderá ser a contaminação de extensas áreas do Planeta as quais se tornarão inabitáveis por milhares de anos, e que deixarão uma humanidade que teima em se expandir em progressão geométrica, com espaço cada vez menor de onde tirar seu sustento; rios e águas subterrâneas impraticáveis e radiação cancerígena ao alcance de todos. Será que é esse o mundo que desejamos deixar para nossos netos, porque um dia “achamos” que havíamos domado o átomo?

O Homo sapiens e a natureza estão, mais uma vez, em rota de colisão. No caso da energia nuclear a opção humana inflige graves e irreversíveis danos ao meio ambiente. Se persistirmos nesse caminho estamos colocando em risco o futuro da humanidade. Mudanças de rumo são fundamentais para que possamos ver uma possibilidade de sobrevivência pela frente. Tomara que esse acidente de Fukushima sirva para que as autoridades se motivem a encontrar meios alternativos de produzir energia consumível sem recorrer à fissão de átomos. Não temos o direito de comprometer o futuro do Planeta porque achamos que a energia nuclear pode gerar energia para construir uma civilização cujo conceito é questionável, ou seja, porque achamos que civilização é igual a consumismo desenfreado. JAIR, Floripa, 25/03/11.

A bomba do fim do mundo

Para entendermos como funciona o mais poderoso artefato que o homem já construiu, temos que adentrar ao núcleo do átomo e ver como funciona a conversão de matéria em energia. Primeiro vamos àquele modelo simplista de átomo que Niels Bohr concebeu: Com elétrons com carga negativa orbitando um núcleo composto de prótons com carga positiva e nêutrons naturalmente neutros, tudo em equilíbrio relativo. Porém, como se mantém unido o núcleo, somente com prótons negativos e nêutrons? Os prótons, sem força oponente, deveriam estar se repelindo mutuamente de forma a separar-se. Mas não o fazem, de forma que os físicos chegaram à conclusão que existe uma ligação poderosa que os une, ligação que eles chamam de “força nuclear forte”. Quando certos núcleos são divididos, a energia que liberam representa a mais poderosa produção de energia que se conhece.

Podemos fazer uma analogia: O núcleo seria como uma porta provida de uma mola muito forte. Teríamos que fazer um grande esforço para abrir a porta. Contudo, no momento que a soltássemos ela se fecharia com grande ímpeto, provavelmente com uma violenta pancada. Essa porrada é a energia correspondente aos prótons e nêutrons que foram separados e reúnem-se em outro núcleo. Essa energia é a base da fissão (Bomba atômica) e da fusão (Estrelas e Bomba de hidrogênio).

Como já escrevi antes, o processo de fissão foi usado para se construir as bombas que destruíram duas cidades japonesas durante a guerra, e a maioria das bombas que compõe os arsenais nucleares de vários países deste Planeta. No processo, um número suficiente de nêutrons bombardeia certa quantidade de plutônio ou urânio explodindo os núcleos dos átomos, liberando pressão e calor em quantidades inimagináveis. Isso é assim nas chamadas bombas atômicas. Agora vejamos a partir daí. Cerca de dez anos depois da primeira bomba de fissão, consoante com a teoria desenvolvida por Leo Szilard, o qual havia proposto a reação em cadeia, a pressão e o calor gerado por uma bomba atômica foram usados para detonar o que seria a bomba do fim do mundo. O processo de fusão ocorre no interior das estrelas, onde, devido à imensa força gravitacional, os núcleos de dois átomos de hidrogênio se fundem formando um átomo de hélio.

No nosso dia-a-dia estamos habituados a pensar e admitir três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Contudo existe um quarto estado ao qual os físicos deram o nome de “plasma”. Com ele se designa um estado da matéria quando submetida a temperaturas muito superiores a 2500° C, e é possível que hidrogênio em estado de plasma seja a matéria mais abundante do Universo. Sabemos através de rádios telescópios e pelo incrível Hubble que nosso Universo se compõe de bilhões de galáxias e que cada uma contém bilhões de estrelas que, neste momento, estão convertendo zilhões de toneladas hidrogênio em hélio e liberando a energia resultante dessa fissão. Recebemos aqui na Terra algo em torno 1/2.000.000.000 da energia que o sol produz e, desse montante, aproveitamos menos de um por cento. Contudo, essa ínfima quantidade de luz e calor dá condições para que haja vida no Planeta com toda essa abundância que conhecemos.

A nossa humilde estrela, o Sol, transforma a cada segundo, mediante o processo de fusão, 657 milhões de toneladas de hidrogênio em 653 milhões de toneladas de hélio. As quatro milhões de toneladas restante não se perdem, são lançadas como energia radiante no espaço. É assim que a famosa equação de Einstein: E=mc², cuja explicação é que a energia de um objeto é igual à massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz, funciona diariamente para nossa sobrevivência.

Apesar desses números literalmente astronômicos, aqui na terra já se consegue reproduzir esse processo estelar. A bomba termonuclear de fusão – a chamada bomba de hidrogênio – explodiu pela primeira vez em 1952, utilizando como detonador uma bomba nuclear de urânio 235 para produzir um lampejo de calor tão intenso a ponto de fundir o hidrogênio, transformando-o em hélio e, portanto, capaz de liberar exatamente o tipo de energia gerada no interior do Sol e de todos os bilhões de estrelas do Universo. E, claro, produzindo também todo o tipo de outros riscos à vida do Planeta que algo tão terrível assim traz em seu bojo. A verdade é que a bomba do fim do mundo não foi assim chamada por Leo Szilard por mero acaso, pois ao contrário do Sol, cujos raios são diretamente responsáveis pela vida na Terra, a bomba “H” não tem outra função a não ser aniquilar a vida e tudo que dá suporte a ela. Podemos deduzir, a partir da fusão nuclear, uma dialética da física, se é que tal expressão possa existir: A energia que tornou possível nossa existência é a mesma que poderá nos destruir algum dia. JAIR, Floripa, 19/12/10.