O hélio-3 costuma aparecer nas conversas como um recurso da Lua - algo que, no futuro, astronautas poderiam extrair do pó lunar para alimentar reatores de fusão ou refrigerar máquinas quânticas. Por isso, a identificação desse isótopo sob florestas e áreas alagadas no norte de Minnesota pegou muitos cientistas de surpresa.
No Projeto Topaz, perto de Babbitt, perfurações revelaram quantidades mensuráveis e potencialmente aproveitáveis de hélio-3 em gases presos a grandes profundidades.
Ensaios laboratoriais indicaram concentrações em torno de 14,5 partes por bilhão - um valor notavelmente próximo ao observado em amostras das missões Apollo trazidas da Lua.
As análises do gás, coordenadas pelo geoquímico Dr. Peter Barry, da Instituição Oceanográfica de Woods Hole, apontam que Minnesota pode abrigar uma das reservas de hélio-3 mais inesperadas já descritas.
Uma forma rara de hélio
Átomos de hélio existem em diferentes versões, chamadas isótopos. Trata-se de átomos com o mesmo número de protões, mas com quantidades diferentes de neutrões. Todos continuam a ser hélio, embora alguns sejam mais pesados do que outros.
O hélio-3 (3He) tem dois protões e um neutrão, enquanto o muito mais abundante hélio-4 (4He) reúne dois protões e dois neutrões.
Na Terra, a maior parte do 3He provém da decomposição do trítio associada a armas e reatores nucleares. Além disso, há parcelas mínimas aprisionadas em alguns campos de gás natural.
Já na atmosfera terrestre, o 3He aparece apenas em níveis residuais - muitas ordens de magnitude abaixo do que se observa no novo reservatório identificado em Minnesota.
Concentrações pequenas, efeito grande
Por ser um gás muito escasso, o seu preço pode chegar a cerca de nove milhões de dólares por libra (aprox. 0,45 kg). De acordo com análises do setor, isso torna o hélio-3 incomparavelmente mais valioso do que o hélio usado no dia a dia.
Agências dos Estados Unidos distribuem o 3He com racionamento para aplicações que incluem detetores de neutrões e criogênia, a área científica dedicada ao trabalho em temperaturas muito baixas.
Como o hélio do Topaz não depende de estoques nucleares envelhecidos, mesmo recuperações modestas de 3He no local podem aliviar restrições de abastecimento no longo prazo.
“Estamos entusiasmados em anunciar esta notável descoberta de hélio-3”, disse Thomas Abraham-James, presidente e diretor-presidente da Pulsar Helium.
Testes com o gás subterrâneo
Amostras de gás do poço Jetstream 1 passaram por análise em laboratórios de Ohio e Massachusetts. Os dois laboratórios concordaram quanto às concentrações e às proporções presentes no gás.
Em gases com teores de 4He entre um e onze por cento, a proporção de 3He em relação a 4He manteve-se estável, o que indica uma origem única.
Os cientistas expressam essa relação como uma razão 3He/4He de aproximadamente 0,09 em relação ao ar. Esse número é significativamente mais alto do que o encontrado em gases típicos da crosta.
As medições dessas razões foram feitas com um espectrómetro de massa especializado em gases nobres, equipamento que separa átomos gasosos pela massa.
Hélio retido por éons em Minnesota
O embasamento rochoso do norte do estado é formado por crosta antiga e rica em urânio, que vem produzindo hélio de forma contínua há bilhões de anos.
O calor vindo de baixo e antigas falhas na crosta ajudam a libertar esse hélio dos grãos minerais, permitindo que ele migre para cima através das rochas.
No Topaz, um gás rico em nitrogénio funciona como fluido transportador, dissolvendo o hélio e levando-o para camadas superiores sem introduzir hidrocarbonetos pesados em carbono.
Acima dessas zonas, camadas de rocha muito compactas atuam como uma barreira, reduzindo vazamentos e permitindo que a mistura rica em hélio se acumule até atingir concentrações mais elevadas.
Tecnologias que dependem do hélio-3
Como o 3He captura neutrões lentos com grande eficiência, ele é essencial para detetores muito sensíveis usados na procura de material nuclear ilícito e no monitoramento de reatores de pesquisa.
Em sistemas de refrigeração, o 3He é combinado com 4He para alcançar temperaturas extremamente baixas. Isso é crucial para a computação quântica, método que usa a física quântica para processar informação.
Também há pesquisas que investigam o 3He como combustível de fusão, reação em que núcleos atômicos leves se unem e libertam energia.
Além disso, o hélio-3 refrigera experimentos específicos em física da matéria condensada e viabiliza métodos avançados de imagem. Por esses usos, o gás exerce influência bem maior do que o seu volume sugere.
Separação de isótopos de hélio
A produção mundial de 3He é estimada em dezenas de milhares de litros por ano, valor muito abaixo da procura prevista por laboratórios e por computadores quânticos.
Separar 3He de 4He num fluxo gasoso é complicado, porque os dois isótopos comportam-se de maneira praticamente idêntica, a menos que sejam resfriados a temperaturas extremamente baixas.
Engenheiros avaliam estratégias como destilação criogênica e colunas de adsorção. Ainda assim, até agora, nenhuma empresa opera uma planta que produza 3He puro a partir de correntes de gás.
A Pulsar convidou universidades e empresas de tecnologia a usar o Topaz como campo de testes para métodos de separação que possam abrir caminho para uma corrente de 3He.
Minnesota avalia riscos da extração de hélio
Minnesota nunca produziu petróleo ou gás natural em escala comercial; por isso, legisladores estão a elaborar regras enquanto empresas se preparam para explorar o reservatório do Topaz.
Moradores locais e governos tribais analisam dúvidas sobre água subterrânea, fauna e ruído. Ao mesmo tempo, acompanham o avanço de possíveis empregos e de receitas fiscais.
Parte da comunidade teme que o estado não tenha experiência com poços de gás. Essas pessoas defendem que reguladores avaliem com rigor planos de perfuração, queima em tocha e recuperação de áreas antes de qualquer produção.
Para apoiadores, o Topaz representa uma forma de fornecer hélio sem depender de importações de regiões politicamente sensíveis, além de gerar receitas relevantes para os condados.
Próximos passos no Topaz
Empresas emergentes que pretendem extrair 3He da Lua já assinaram contratos com fabricantes de refrigeradores para computação quântica e com o Departamento de Energia.
“Eles vão precisar de mais hélio-3 do que existe disponível no planeta Terra”, disse Gary Lai, diretor de tecnologia da Interlune.
No caso da Pulsar, os passos seguintes incluem perfurar mais poços e estimar quanto hélio pode ser recuperado. A empresa também precisa determinar se a tecnologia de separação consegue sustentar um projeto lucrativo.
Se o hélio de Minnesota puder ser produzido em escala, este possível combustível do futuro poderá vir de florestas - e não do solo lunar.
Este artigo contém informações de um comunicado à imprensa da Pulsar Helium Inc.
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