O “Santo Graal” da energia limpa: a importância do trabalho de Nuno Loureiro

A busca por fontes de energia limpas e sustentáveis é uma das maiores demandas que a humanidade enfrenta na atualidade. De entre as possíveis alternativas há uma que se destaca: a fusão nuclear, sendo uma das mais ambiciosas, mas também uma das mais complexas de compreender e manipular.

Foi neste contexto que se destacou o físico português, Nuno Loureiro, cuja investigação se centrou na reconexão magnética e como esta pode influenciar a física de plasmas, contribuindo decisivamente para a compreensão destes fenómenos deveras complexos. O seu falecimento, ocorrido no final de 2025, causou um impacto profundo na comunidade científica internacional. No entanto, o legado deixado pelo seu trabalho permanece como um pilar fulcral na compreensão destes conceitos centrais à física contemporânea.

Plasma: o estado da matéria que domina o Universo

A ciência de plasma é conceito que dava nome à unidade de investigação que Nuno dirigia. Apesar de ser pouco discutido, o plasma é o estado da matéria mais abundante no Universo. As estrelas, incluindo o sol, são enormes esferas de plasma; os relâmpagos, as auroras boreais e até algumas tecnologias usadas no quotidiano, como lâmpadas fluorescentes ou os antigos ecrãs de plasma, envolvem este estado especial da matéria.

Representação esquemática dos quatros estados da matéria e a formação de plasma através do aumento da energia aplicada. (C) Open AI.

Ao contrário de outros estados físicos, como por exemplo: sólido, líquido ou gasoso, o plasma é caracterizado pelo facto de os seus átomos estarem parcialmente separados em partículas carregadas eletricamente, isto é em eletrões e iões,  cuja dinâmica coletiva, mediada por campos elétricos e magnéticos, domina o comportamento do sistema, sendo este muito sensível a estes campos eletromagnéticos. Basta que uma fração suficiente de átomos esteja ionizada (iões + eletrões livres) de forma sustentada, para que o comportamento deste sistema passe a ser característico de plasma e deixe de ser de um gás neutro. O estudo deste estado físico é fundamental para compreender muitos dos fenómenos mais extremos no que se conhece do Universo.

Libertação de energia através de campos eletromagnéticos

            Neste contexto surge a reconexão magnética, um dos fenómenos centrais da física de plasmas. Este poderá ser compreendido através da imaginação de linhas de um dado campo magnético como fios invisíveis que atravessam o plasma. Em muitas situações, estes campos armazenam energia, mantendo uma determinada configuração estável. No entanto, quando as condições se alteram, por exemplo, devido a movimentos do plasma, essas linhas podem aproximar-se umas das outras ou reconectar-se de forma súbita, reorganizando toda a estrutura do campo magnético. Este processo é conhecido por reconexão magnética, que liberta grandes quantidades de energia em curtos intervalos de tempo.

Esquema simplificado do processo de reconexão magnética, mostrando como as linhas de um campo magnético com orientações opostas se aproximam, reconheciam e libertam energia, reorganizando a estrutura do campo magnético no plasma.

Este mecanismo está na origem de fenómenos como as erupções solares e as tempestades espaciais fenómenos estes que, por vezes, afetam satélites. A reconexão magnética é, portanto, um fenómeno real observável com impacto direto na tecnologia de que dependemos.

Fusão Nuclear: a possibilidade de energia limpa

A fusão nuclear é frequentemente descrita como o “Santo Graal” da energia limpa. Trata-se de um processo que ocorre no Sol, onde núcleos de átomos leves, como o hidrogénio, se fundem, formando núcleos mais pesados libertando enormes quantidades de energia. Um dado importante sobre este fenómeno é o facto de que, ao contrário da fissão nuclear, a fusão não produz resíduos radioativos de longa duração, comparativamente à fissão.

Fusão Nuclear: fusão de dois átomos distintos, onde ocorre a formação de outros átomos e iões livres, juntamente com a libertação de energia.

O grande desafio é reproduzir este processo na Terra de forma controlada. Para isso, é necessário aquecer o combustível a temperaturas altíssimas (milhões de graus), criando um plasma extremamente quente. Nessas condições, nenhum material sólido consegue conter a matéria, sendo que o confinamento tem de ser feito através de campos magnéticos intensos e cuidadosamente controlados.

Ponto de encontro entre os três conceitos

Para tornar a fusão nuclear viável, é essencial compreender como os plasmas quentes interagem com campos magnéticos e como instabilidades nestes campos podem levar à perda de energia. A reconexão magnética pode afetar esse equilíbrio, tornando-se num dos principais desafios no desenvolvimento de reatores de fusão nuclear.

O estudo destes processos permite, por um lado, antecipar eventos energéticos no espaço e, por outro, desenvolver uma fonte de energia praticamente inesgotável e amiga do ambiente. Aquilo que pode parecer ciência abstrata está intimamente ligado a uma das maiores questões da humanidade: como produzir energia limpa de forma inesgotável?

Esquema simplificado de um reator de fusão tipo tokamak, mostrando com campos magnéticos intensos confinam um plasma quente em forma de anel, impedindo o contacto com as paredes do reator. Fonte: EUROfusion. Retirado de: https://www.energy.gov/science/doe-explainstokamaks

Foi precisamente nesta questão científica que se centrou a investigação de Nuno Loureiro, ou seja, quais os mecanismos da reconexão magnética e como isso pode afetar a estabilidade dos plasmas magneticamente confinados. Ao aprofundar a compreensão destes fenómenos, tornou-se possível identificar limitações fundamentais ao confinamento de plasmas e clarificar em que condições campos eletromagnéticos intensos podem sustentar plasmas de forma estável por períodos prolongados. Nuno dedicou grande parte da sua vida científica a tentar compreender estes fenómenos complexos com potencial para moldar o futuro da humanidade.

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Artigo redigido por Gil Sampaio. Revisto por Joana Ribeiro da Silva

Créditos da imagem de destaque: Foto de: Jake Belcher. Retirado de: https://tecnico.ulisboa.pt/pt/noticias/alumnus-do-tecnico-nomeado-diretor-de-um-dos-maiores-laboratorios-do-mit/