Se você está procurando por problemas difíceis, construir uma usina de fusão nuclear é um bom lugar para começar. A fusão — o processo que alimenta o sol — provou ser algo difícil de recriar aqui na Terra, apesar de décadas de pesquisa.

“Há algo muito atraente para mim sobre a magnitude do desafio da fusão”, diz Hartwig. “Provavelmente é verdade para muitas pessoas no MIT. Sou levado a trabalhar em problemas muito difíceis. Há algo intrinsecamente satisfatório sobre essa batalha. É parte da razão pela qual permaneci neste campo. Temos que cruzar múltiplas fronteiras da física e da engenharia se quisermos fazer a fusão funcionar.”

O problema ficou mais difícil quando, no último ano de Hartwig na pós-graduação, o Departamento de Energia anunciou planos de encerrar o financiamento para o tokamak Alcator C-Mod , um grande experimento de fusão no Plasma Science and Fusion Center do MIT que Hartwig precisava fazer para se formar. Hartwig conseguiu terminar seu doutorado, e o susto não o dissuadiu do campo. Na verdade, ele assumiu uma posição de professor associado no MIT em 2017 para continuar trabalhando em fusão.

“Foi um momento bem sombrio para assumir uma posição de professor em energia de fusão, mas sou uma pessoa que adora encontrar um vácuo”, diz Hartwig, que é um professor associado recém-titular no MIT. “Eu adoro um vácuo porque há uma oportunidade enorme no caos.”

Hartwig tinha um motivo muito bom para ter esperança. Em 2012, ele fez  uma aula ministrada pelo Professor Dennis Whyte que desafiou os alunos a projetar e avaliar a economia de uma usina de fusão nuclear que incorporasse um novo tipo de ímã supercondutor de alta temperatura. Hartwig diz que os ímãs permitem que os reatores de fusão sejam muito menores, mais baratos e mais rápidos.

Whyte, Hartwig e alguns outros membros da classe começaram a trabalhar noites e fins de semana para provar que os reatores eram viáveis. Em 2017, o grupo fundou a Commonwealth Fusion Systems (CFS) para construir as primeiras usinas de energia de fusão em escala comercial do mundo.

Nos quatro anos seguintes, Hartwig liderou um projeto de pesquisa no MIT com o CFS que desenvolveu ainda mais a tecnologia do ímã e a escalou para criar um ímã supercondutor de 20 Tesla — um tamanho adequado para uma usina de fusão nuclear.

O ímã e os testes subsequentes de seu desempenho representaram um ponto de virada para a indústria. A Commonwealth Fusion Systems atraiu mais de US$ 2 bilhões em investimentos para construir seus primeiros reatores, enquanto a indústria de fusão em geral ultrapassou US$ 8 bilhões em investimentos privados.

A velha piada na fusão é que a tecnologia está sempre a 30 anos de distância. Mas menos pessoas estão rindo hoje em dia.

“A perspectiva em 2024 parece bem diferente do que era em 2016, e uma grande parte disso está ligada à capacidade institucional de um lugar como o MIT e à disposição das pessoas aqui de realizar grandes coisas”, diz Hartwig.

Quando criança, crescendo em St. Louis, Hartwig se interessava por esportes e por brincar ao ar livre com os amigos, mas tinha pouco interesse em física. Quando foi para a Universidade de Boston como estudante de graduação, ele estudou engenharia biomédica simplesmente porque seu irmão mais velho tinha feito isso, então ele pensou que poderia conseguir um emprego. Mas, à medida que foi apresentado a ferramentas para experimentos estruturais e análise, ele se viu mais interessado em como as ferramentas funcionavam do que no que elas podiam fazer.

“Isso me levou à física, e a física acabou me levando à ciência nuclear, onde basicamente ainda faço física aplicada”, explica Hartwig.

Entrando na área no final de seus estudos de graduação, Hartwig trabalhou duro para obter seu diploma de física a tempo. Após a formatura, ele estava esgotado, então tirou dois anos de folga e correu sua bicicleta competitivamente enquanto trabalhava em uma loja de bicicletas.

“Há muita pressão sobre as pessoas na ciência e engenharia para passar direto”, diz Hartwig. “As pessoas dizem que se você tirar um tempo, não conseguirá entrar na pós-graduação, não conseguirá obter cartas de recomendação. Eu sempre digo aos meus alunos: 'Depende da pessoa'. Cada um é diferente, mas foi um ótimo período para mim, e realmente me preparou para entrar na pós-graduação com uma mentalidade mais madura e mais focada.”

Hartwig retornou à academia como aluno de doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear do MIT em 2007. Quando seu orientador de tese, Dennis Whyte, anunciou um curso focado em projetar usinas de energia de fusão nuclear, ele chamou a atenção de Hartwig. Os projetos finais mostraram um caminho surpreendentemente promissor para um campo de fusão que estava estagnado há décadas. O resto é história.

“Começamos a CFS com a ideia de que ela faria uma parceria profunda com o MIT e o Plasma Science and Fusion Center do MIT para alavancar a infraestrutura, expertise, pessoas e capacidades que temos no MIT”, diz Hartwig. “Tivemos que começar a empresa com a ideia de que ela faria uma parceria profunda com o MIT de uma forma inovadora que realmente não tinha sido feita antes.”

Hartwig diz que o Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear, e o Centro de Ciência e Fusão de Plasma em particular, têm visto um grande fluxo de inscrições de alunos de pós-graduação nos últimos anos.

“Há tanta demanda, porque as pessoas estão animadas novamente com as possibilidades”, diz Hartwig. “Em vez de ter fusão e uma máquina construída em uma ou duas gerações, esperamos aprender como essas coisas funcionam em menos de uma década.”

O grupo de pesquisa de Hartwig ainda está testando os novos ímãs da CFS, mas também está fazendo parcerias com outras empresas de fusão em um esforço para desenvolver o campo de forma mais ampla.

No geral, quando Hartwig relembra sua carreira, a coisa da qual ele mais se orgulha é de mudar de especialidade a cada seis anos ou mais, desde a construção de equipamentos para seu doutorado até a condução de experimentos fundamentais, passando pelo projeto de reatores e a construção de ímãs.

“Não é tão tradicional na academia", diz Hartwig. "Onde encontrei sucesso foi chegando em algo novo, trazendo ingenuidade, mas também realismo para um novo campo, e oferecendo um kit de ferramentas diferente, uma abordagem diferente ou uma ideia diferente sobre o que pode ser feito.”

Agora Hartwig está em seu próximo ato, desenvolvendo novas maneiras de estudar materiais para uso em reatores de fusão e fissão.

“Já estou interessado em passar para a próxima coisa; o próximo campo em que não sou um especialista treinado”, diz Hartwig. “É sobre identificar onde há estagnação na fusão e na tecnologia, onde a inovação não está acontecendo onde precisamos desesperadamente dela, e trazer novas ideias para isso.”