O hélio-3 é, na maioria das vezes, apontado como um recurso da Lua - algo que, num futuro ainda distante, astronautas poderiam extrair do pó lunar para alimentar reactores de fusão ou para arrefecer máquinas quânticas. Por isso, a identificação deste isótopo sob florestas e zonas húmidas no norte do Minnesota apanhou muitos cientistas de surpresa.
No Projeto Topaz, perto de Babbitt, as perfurações trouxeram à luz quantidades mensuráveis e utilizáveis de hélio-3 em gás aprisionado a grande profundidade.
Ensaios laboratoriais indicam concentrações na ordem de 14,5 partes por mil milhões - um valor notavelmente próximo dos níveis medidos em amostras da missão Apollo trazidas da Lua.
As análises do gás, conduzidas pelo geoquímico Dr. Peter Barry, da Woods Hole Oceanographic Institution, apontam que o Minnesota poderá albergar uma das reservas de hélio-3 mais inesperadas alguma vez reconhecidas.
Uma forma rara de hélio-3
Os átomos de hélio existem em diferentes formas, chamadas isótopos. Trata-se de átomos com o mesmo número de protões, mas com diferentes quantidades de neutrões. Continuam a ser hélio, embora alguns sejam mais pesados do que outros.
O hélio-3 (3He) contém dois protões e um neutrão, enquanto o muito mais comum hélio-4 (4He) tem dois protões e dois neutrões.
Na Terra, a maior parte do 3He resulta do decaimento do trítio associado a armas nucleares e a reactores. A isto somam-se pequenas quantidades retidas em campos de gás natural.
Na atmosfera terrestre, o 3He surge apenas em níveis vestigiais, muitas ordens de grandeza abaixo do observado no novo reservatório do Minnesota.
Concentrações pequenas, impacto enorme
Este gás valioso pode atingir cerca de nove milhões de dólares por libra (aprox. 19,8 milhões de dólares por quilograma). De acordo com análises do sector, este preço torna-o incomparavelmente mais valioso do que o hélio comum.
Agências dos EUA fazem racionamento de 3He para programas que incluem detectores de neutrões e criogenia, a área científica dedicada ao trabalho a baixas temperaturas.
Como o hélio da Topaz não depende de arsenais nucleares envelhecidos, mesmo recuperações modestas de 3He neste local poderão aliviar limitações de abastecimento a longo prazo.
“Estamos entusiasmados por anunciar esta notável descoberta de hélio-3”, afirmou Thomas Abraham-James, Presidente e CEO da Pulsar Helium.
Testes ao gás subterrâneo do Projeto Topaz
As amostras de gás do poço Jetstream 1 foram analisadas em laboratórios no Ohio e no Massachusetts. Ambos os laboratórios coincidiram nas concentrações e nas proporções identificadas.
Em gás com teores de 4He entre 1% e 11%, a razão de 3He para 4He manteve-se constante, o que sugere uma origem única.
Os cientistas descrevem esta relação como uma razão 3He/4He de cerca de 0,09 relativamente ao ar. Isto coloca-a significativamente acima do que se observa em gases crustais típicos.
Essas razões foram obtidas com um espectrómetro de massa de gases nobres especializado, instrumento que separa átomos gasosos de acordo com a sua massa.
Hélio retido durante eras no Minnesota
A rocha de base do norte do estado é formada por crosta antiga rica em urânio, que tem gerado hélio de forma contínua ao longo de milhares de milhões de anos.
O calor proveniente das profundezas e antigas falhas na crosta ajudam a libertar esse hélio dos grãos minerais, permitindo a sua migração para níveis superiores através da rocha.
Na Topaz, um gás rico em azoto funciona como fluido transportador, dissolvendo o hélio e conduzindo-o para cima sem introduzir hidrocarbonetos pesados em carbono.
Camadas superiores de rocha compacta actuam como barreira, impedindo fugas da mistura rica em hélio e permitindo que as concentrações se acumulem.
Tecnologias que dependem de hélio-3
Por capturar neutrões lentos com grande eficiência, o 3He é a base de detectores extremamente sensíveis usados para procurar material nuclear ilícito e para monitorizar reactores de investigação.
Em sistemas de refrigeração, o 3He é misturado com 4He para atingir temperaturas extremamente baixas. Isto é decisivo para a computação quântica, método que utiliza a física quântica para processar informação.
Investigadores também estudam o 3He como combustível para fusão, reacção em que núcleos atómicos leves se combinam e libertam energia.
O hélio-3 serve ainda para arrefecer experiências especializadas em física da matéria condensada e para alimentar métodos avançados de imagiologia. Estas utilizações dão ao gás uma relevância muito superior aos seus volumes diminutos.
Separar isótopos de hélio
A produção mundial de 3He é estimada em dezenas de milhares de litros por ano. Este total fica muito aquém da procura esperada por parte de computadores quânticos e laboratórios.
A separação de 3He e 4He num fluxo gasoso é complexa, porque os dois isótopos comportam-se de forma idêntica, a menos que sejam arrefecidos a temperaturas extremamente baixas.
Engenheiros testam abordagens como a destilação criogénica e colunas de adsorção. Ainda assim, até agora, nenhuma empresa opera uma unidade que produza 3He puro a partir de fluxos de gás.
A Pulsar convidou universidades e empresas tecnológicas a encarar a Topaz como um campo de ensaio para métodos de separação que possam desbloquear um fluxo de 3He.
Minnesota avalia os riscos da extracção de hélio
O Minnesota nunca produziu petróleo ou gás natural em escala comercial, pelo que os legisladores estão a criar regras à medida que empresas se preparam para explorar o reservatório da Topaz.
Moradores locais e governos tribais ponderam questões relacionadas com águas subterrâneas, vida selvagem e ruído. Em paralelo, acompanham o impulso gerado por potenciais empregos e receitas fiscais.
Alguns membros da comunidade receiam que o Minnesota tenha pouca experiência com poços de gás. Defendem que os reguladores devem escrutinar cuidadosamente os planos de perfuração, queima em flare e recuperação ambiental antes de qualquer produção.
Para os apoiantes, a Topaz pode permitir ao Minnesota fornecer hélio sem depender de importações de regiões politicamente sensíveis. Também é vista como fonte de receitas significativas para os condados.
Próximos passos na Topaz
Startups que planeiam extrair 3He na Lua assinaram contratos com empresas que produzem refrigeradores para computação quântica e com o Department of Energy.
“Eles vão precisar de mais hélio-3 do que existe disponível no planeta Terra”, disse Gary Lai, director de tecnologia da Interlune.
No caso da Pulsar, os passos seguintes passam por perfurar mais poços e estimar o hélio recuperável. Será também necessário decidir se a tecnologia de separação permite sustentar um projecto rentável.
Se o hélio do Minnesota puder ser produzido em escala, este potencial combustível do futuro poderá vir de florestas, e não de solo lunar.
Este artigo inclui informação proveniente de um comunicado de imprensa da Pulsar Helium Inc.
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