Geração nuclear IV: Podemos resolver os problemas restantes das faces nucleares?

9 minutos de leitura

Atualizado em: 03 Mar 2021

Por que nuclear?

Resíduos nucleares
Explosões nucleares
Alto custo
Longo tempo de construção

Abordaremos várias ideias seguindo este esquema:

O mais fácil: construindo Reatores Modulares de Pequeno Porte

Ademais, a energia nuclear pode sempre gerar eletricidade confiável, já que ela não depende do clima. Isso parece ser promissor, então vamos analisar com mais detalhes.

Image of Reatores Modulares de Pequeno Porte — Reatores Modulares de Pequeno Porte

Você já ouvir falar da equação “E = mc²” de Einstein ? Ela diz, em essência, que podemos converter massa em energia (e o contrário também)! É precisamente daí que vem a energia das usinas nucleares.

Átomos são feitos de prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons estão no centro do átomo (chamado de “núcleo”). Prótons têm uma carga positiva, elétrons têm uma carga negativa, e os nêutrons não tem nenhuma carga.

Os primeiros SMRs estão sendo postos em prática enquanto outros estão sendo desenvolvidos e passando pelo processo de licenciamento . Espera-se que a comercialização regular ocorra em meados de 2030 .

Infelizmente, os SMRs não resolvem o problema do lixo nuclear pois ainda utilizam combustível nuclear comum .

Mais eficiência - Reatores a Sal Fundido

Os reatores que abordamos no último capítulo utilizam água como um líquido de refrigeração (para tirar a energia) e como um moderador . Já os Reatores a Sal Fundido (do inglês Molten Salt Reactors - MSR) utilizam o sal fundido como um líquido refrigerador . Sal fundido é realmente o que parece ser - sal líquido .

Image of Reator a Sal Fundido — Reator a Sal Fundido

Por que sal fundido?

Alta temperatura: Reatores regulares, a base de água, produzem apenas temperaturas de até 300°C . Já os MSRs podem atingir até 850°C . Isso melhora a eficiência termodinâmica e, consequentemente, a eficiência do combustível, além de que possibilita a utilização dos MSRs como fonte de calor para processos industriais de alta temperatura que hoje fazem uso dos combustíveis fósseis .
Alta eficiência: Os MSRs têm uma eficiência de combustível 30% maior que reatores a base de água , o que significa menos resíduos nucleares pela mesma quantidade de energia.
Sem explosões: Assim como todos os reatores modernos (mesmo os atuais), os MSRs desligam quando sobreaquecem, então não explodiriam .

Se cada separação causar outras duas ou mais, toda a energia será liberada muito rápido. É basicamente isso que acontece em uma bomba nuclear. Em reatores de energia nuclear, queremos que cada separação leve a exatamente apenas mais uma. Assim, a energia se mantém estável e constante.

É possível reciclar resíduos nucleares para serem usados como combustível?

Image of Podemos reciclar resíduos nucleares? — Podemos reciclar resíduos nucleares?

Como funcionam os reatores nucleares?

Urânio-238 empobrecido: O Urânio natural é 99,3% U-238 e 0,7% U-235 , mas precisa ser de 4 a 5% U-235 para os reatores . Quando produzimos esse combustível enriquecido, deixamos uma grande quantidade de U-238 para trás.
Combustível irradiado: Quando um reator já utilizou o combustível enriquecido por um certo tempo, ele é substituído por um novo combustível. O que resta é chamado de combustível irradiado.

Então, a água quente no circuito primário percorre um cano que atravessa um outro circuito hídrico – o circuito secundário. O vapor criado pelo aquecimento do segundo circuito de água é usado para girar uma turbina, que gerará eletricidade.

Image of Reator de Água Pressurizada 2 — Reator de Água Pressurizada 2

Aqui, começamos com o U-238, que sozinho não pode alimentar reatores nucleares normais. Então, adicionando um nêutron, ele se torna U-239. O U-239 rapidamente decai e se torna Plutônio-239, outro material radioativo. Isso é o que alimenta as reações de fissão nuclear e cria o calor, que se torna a energia que obtemos do reator. Tudo isso ocorre dentro do reator!

Assim como todos os reatores modernos, os TWRs desligam se houver uma queda de energia, excluindo o risco de explosões.

O trabalho em TWRs vem acontecendo há décadas sem sucesso. Mas, após anos de simulações computacionais e alterações de design, uma empresa chamada Terrapower (financiada majoritariamente pelo Bill Gates) acredita que pode alcançar um funcionamento estável a longo prazo .

O protótipo deveria estar pronto para uso em 2022, mas tensões políticas entre os Estados Unidos e a China provocaram uma interrupção na construção em 2018 . Vamos ver o que ocorrerá no futuro.

Então, o que devemos fazer?

Os Reatores Modulares de Pequeno Porte (SMRs) e os reatores convencionais já estão disponíveis para uso. Eles podem substituir o carvão na geração de eletricidade de base, com emissões quase nulas de CO₂. Como abordado no último capítulo, reatores nucleares modernos são extremamente seguros e não causam explosões. . Enquanto é fato que os resíduos nucleares são ruins, temos que compará-los às perigosas emissões de CO₂ e outras poluições provenientes da queima de combustíveis fósseis.

Simultaneamente, os governos deveriam permitir que empresas testassem reatores nucleares avançados em um ritmo muito mais rápido que o atual .

Image of Segurança com energia nuclear <em>{versus</em> com carvão — Segurança com energia nuclear *{versus* com carvão

Ao contrário das crenças populares, acidentes nucleares são extremamente incomuns e, além disso, causam bem menos óbitos do que os combustíveis fósseis, principalmente porque sua queima libera poluentes nocivos no ar.

Porém, é justo dizer que o conhecimento em fabricação de reatores nucleares auxilia países a aprimorarem seu processo de produção de bombas também .

Outra desvantagem da fissão nuclear é o resíduo radioativo. Até agora, existem 90 000 toneladas de resíduos perigosos nos EUA (equivalente a um campo de futebol de 20 metros de extensão) . Apesar de sabermos como armazenar esse resíduo temporariamente, ainda não temos uma solução para isso a longo prazo .

No módulo “Avançado” deste curso, apresentamos uma discussão aprofundada sobre os novos designs de reatores que podem ajudar com esses problemas.

Apesar da percepção pública sobre os aspectos de segurança da energia nuclear, um problema indiscutível é que a construção de novas usinas nucleares é muito cara . De fato, não é considerado rentável construir novos reatores em muitos países, incluindo os EUA .

Utilizando Tório: Utilizar um elemento chamado Tório como combustível no lugar do Urânio-235 .
Outros líquidos refrigeradores: Ao invés de água ou sal fundido, podemos usar gás ou metais líquidos .
Reatores sem moderadores: Reatores Rápidos podem trabalhar diretamente com nêutrons rápidos (os designs atuais têm que usar moderadores para desacelerar os nêutrons, como visto no capítulo passado). Reatores convencionais precisam desacelerar os nêutrons para permitir que dividam U-235.

A energia nuclear é uma fonte confiável e praticamente isenta de emissões de carbono.

Enquanto a construção de novas usinas nucleares se tornou muito dispendiosa no mundo ocidental, desativar reatores que já estão construídos apenas elimina uma alternativa segura e praticamente isenta de carbono quando comparada ao carvão. Além disso, países como a China e a Índia estão avançando na construção de novas usinas nucleares – e isso é ótimo para o clima !

Atualmente, temos um problema com os resíduos da energia nuclear, mas isso precisa ser comparado com a alternativa: a emissão de CO₂ por combustíveis fósseis. Entretanto, explosões são tão raras e, comparativamente, causam tão poucos óbitos, que a energia nuclear é, de fato, uma das formas mais seguras de energia disponíveis!

Próximo capítulo