Energia nuclear: Deveríamos usá-la?

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Atualizado em: 15 Jul 2021

Por que nuclear?

A energia nuclear quase não causa emissões de CO₂ em comparação com combustíveis fósseis como carvão e gás .

Image of Emissão de CO₂-eq utilizando energia 100% Nuclear versus a matriz energética atual — Emissão de CO₂-eq utilizando energia 100% Nuclear versus a matriz energética atual

Além disso, a energia nuclear pode fornecer eletricidade confiável quando é necessário .

A energia nuclear tem um pouco de oposição devido a acidentes raros, porém altamente visíveis . Enfrentando um desafio tão ruim quanto as mudanças climáticas, vale a pena ponderar cuidadosamente nossas opções. Não queremos tomar uma decisão irracionalmente e perder algo ótimo! Para fazer isso, primeiro temos que entender como funciona a energia nuclear.

Como obtemos energia separando átomos?

Você já ouviu falar da equação E = mc² de Einstein ? Essa equação em essência diz que massa e energia são dois lados da mesma moeda: podemos converter massa em energia (e vice-versa)! É isso o que a energia nuclear faz.

Os átomos são compostos por prótons, nêutrons e elétrons . Prótons e nêutrons estão no centro do átomo (chamado de “núcleo”). Prótons possuem carga positiva, elétrons, negativa e nêutrons não possuem carga alguma .

Se você já viu a tabela periódica, saberá que cada elemento nela é definido pelo número de prótons que possui. No entanto, átomos com o mesmo número de prótons podem ter diferentes números de nêutrons – esses átomos são chamados isótopos daquele elemento.

Hoje, a energia nuclear é baseada na fissão nuclear: alguns isótopos de certos elementos se dividem quando é disparado um nêutron contra eles.

Em reatores nucleares, atualmente usamos o urânio-235 (U-235), um isótopo de urânio que possui 92 prótons e 143 nêutrons . O isótopo é denominado urânio-235 porque a soma do número de seus prótons e nêutrons é 235.

Quando é disparado um nêutron no U-235 e o seu núcleo se divide, obtém-se :

Dois pequenos átomos;
Alguns nêutrons (até 5, mas em média 2,5; isso é um tanto quanto aleatório em cada divisão )
Parte da energia na forma de calor . É daqui que obtemos energia!

Image of Separação do urânio — Separação do urânio

Qual é a diferença entre uma bomba nuclear e uma usina de energia nuclear?

Você percebe algo? Um nêutron faz com que o átomo de U-235 se divida, liberando energia e mais nêutrons. Esses novos nêutrons podem causar a divisão de mais U-235, e o processo continua se repetindo. Então, se muitos átomos de U-235 forem acondicionados em um lugar, obtém-se …

Image of Reação nuclear em cadeia — Reação nuclear em cadeia

Se cada divisão causar duas ou mais divisões, toda a energia será liberada muito rapidamente. Isso é basicamente o que acontece em uma bomba nuclear. Em reatores de energia nuclear, queremos que cada divisão cause, em média, exatamente mais uma divisão. Isso a mantém estável e constante .

Image of Reação nuclear estável em cadeia — Reação nuclear estável em cadeia

Um nêutron em movimento rápido, com bastante energia, tem maior probabilidade de rebater um núcleo U-235 sem dividi-lo do que um nêutron em movimento lento. No entanto, se o nêutron for muito lento, as reações ocorrem exponencialmente. Portanto, temos que ter cuidado com o quanto diminuímos a velocidade dos nêutrons.

Image of Evitando explosões — Evitando explosões

Para fazer todo essa desaceleração, adiciona-se um material chamado moderador . A maioria dos reatores nucleares de hoje utiliza água como moderador , mas outras opções estão sendo consideradas também (mais sobre isso no próximo capítulo).

Como obtemos eletricidade disso?

Lembra que cada vez que um átomo de U-235 se divide, calor é liberado? E lembra também que os reatores nucleares hoje usam água como moderador?

Reatores de Água Pressurizada (PWR) possuem dois circuitos de água. O primeiro, denominado circuito primário, absorve o calor da fissão do U-235.

Image of Reator de água pressurizada – etapa 1 — Reator de água pressurizada – etapa 1

Essa água quente, em seguida, percorre um tubo que passa por um circuito separado de água .

Image of Reator de água pressurizada – etapa 2 — Reator de água pressurizada – etapa 2

O vapor gerado a partir da ebulição desse segundo circuito de água é então usado para girar uma turbina. Essa última parte do processo é bem parecida à de uma usina de carvão.

Image of Reator de água pressurizada – etapa 3 — Reator de água pressurizada – etapa 3

A energia nuclear é segura?

Todos os itens acima são problemas. Vamos observar os números, tanto quanto pudermos.

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

Acidentes horríveis aconteceram em Fukushima em 2011 e Chernobil em 1986 . No entanto, ao contrário da crença popular, acidentes nucleares são extremamente improváveis e causam muito menos mortes do que os com combustíveis fósseis (principalmente porque a queima de combustíveis fósseis libera poluição atmosférica fatal) .

Image of Taxa de mortalidade para diferentes fontes de energia — Taxa de mortalidade para diferentes fontes de energia

No entanto, é justo dizer que o conhecimento especializado na construção de reatores nucleares ajuda os países a melhorarem também a construção de bombas.

Outra desvantagem da fissão nuclear são os resíduos radioativos. Esses resíduos vêm, em grande parte, em duas formas:

Urânio-238 empobrecido: O urânio natural é feito de cerca de 99.3% de U-238 e 0.7% de U-235 . Porém, precisamos que as barras de urânio nos reatores contenham 4~5% de U-235 para reatores . Ao criar este combustível enriquecido, deixamos uma grande quantidade de U-238 para trás. Felizmente, esse resíduo não é um risco .
Combustível gasto e outros resíduos radioativos: Depois que uma certa quantidade do 4~5% de U-235 inicial no combustível nuclear enriquecido foi usada, o material restante não é mais radioativo o bastante para ser usado eficientemente . No entanto, ainda é radioativo o bastante para ser perigoso aos seres humanos e a natureza por milhares a milhões de anos após ter sido usado .

Image of Tipos mais importantes de resíduos de Energia Nuclear — Tipos mais importantes de resíduos de Energia Nuclear

No momento, existem 90 000 toneladas de combustível usado nos EUA (um campo de futebol com 20 metros de profundidade) . Embora saibamos como armazenar esses resíduos temporariamente, não temos ainda uma solução para longo prazo . No próximo capítulo, discutiremos possíveis maneiras de resolver essa questão e obter mais energia disso!

Energia nuclear é cara

Além da percepção pública sobre os aspectos de segurança da energia nuclear, um problema inegável é que construir novas usinas nucleares é caro . Na verdade, não é considerado lucrativo construir novos reatores nos países ocidentais hoje .

Conclusão

A energia nuclear é uma fonte de energia confiável e quase nula de carbono. Embora seja muito caro construir novas usinas nas nações ocidentais, países como China e Índia estão construindo mais – e isso é bom para o clima !

A energia nuclear de hoje tem um problema com resíduos . No entanto, as explosões são tão raras e causam comparativamente poucas mortes que a energia nuclear é, de fato, umas das formas mais seguras de energia disponível ! Embora a construção de novas usinas nucleares tenha se tornado antieconômica no mundo ocidental , desativar reatores que já construímos seria apenas remover uma alternativa segura e quase nula de carbono para o carvão .

No próximo capítulo, veremos novas ideias de energia nuclear que podem ajudar a solucionar os problemas atuais da energia nuclear.

Próximo capítulo