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16/03/2021 | domtotal.com

Energia nuclear e sustentabilidade

Nova geração tecnológica poderá contribuir muito para a mitigação do aquecimento global

Reatores nucleares de próxima geração: IAEA e GIF pedem implantação mais rápida
Reatores nucleares de próxima geração: IAEA e GIF pedem implantação mais rápida (Rosatom)

Jose Antonio de Sousa Neto*

Projetos aprimorados de reatores de energia nuclear estão constantemente sendo desenvolvidos internacionalmente. Os primeiros reatores avançados de Geração III estão operando no Japão já há muitos anos. Os reatores avançados mais recentes que estão sendo construídos têm projetos mais simples que visam reduzir o custo de capital. Eles são mais eficientes em termos de combustível e são inerentemente mais seguros. Dentre suas principais características podemos mencionar:

  • Projetos mais padronizado para cada tipo para agilizar o licenciamento, reduzir o custo de capital e reduzir o tempo de construção.
  • Um design mais simples e robusto, tornando-os mais fáceis de operar e menos vulneráveis a problemas operacionais.
  • Maior disponibilidade e vida útil mais longa – normalmente 60 anos.
  • Possibilidade ainda mais reduzida de acidentes de derretimento do núcleo.
  • Reforço mais forte, para resistir à liberação radiológica.
  • Maior queima para usar o combustível de forma mais completa e eficiente e reduzir a quantidade de resíduos.
  • Maior uso de absorventes incineráveis ('venenos') para estender a vida útil do combustível.

Mas a maioria dos reatores existentes no mundo ainda são os de segunda geração e usam tecnologia de água leve em que as hastes de urânio são mergulhadas na água, que serve como um resfriador. Os átomos de urânio liberam energia quando sofrem fissão: depois de capturar um nêutron em movimento, eles se dividem em dois novos elementos, liberando dois ou três nêutrons, bem como calor, que ferve uma água que está em um outro sistema do reator transformando-a em vapor que gira uma turbina para gerar eletricidade. As reações atômicas criam plutônio e outros elementos.

Para que a reação de fissão continue, os nêutrons liberados precisam colidir com os átomos de urânio. Mas os nêutrons se movem rápido demais para serem capturados. Eles precisam ser desacelerados, o que é feito com o uso de água que envolve as hastes. As moléculas de água desaceleram os nêutrons até a velocidade necessária para uma reação de fissão sustentada.

No entanto, apenas 5% dos átomos de urânio são usados no momento em que a haste é preenchida com produtos da fissão e é retirada do reator para ser adicionada ao nosso estoque de lixo nuclear. Os átomos de plutônio da haste e seus átomos de urânio restantes podem sofrer fissão adicional em reatores de água leve, mas com baixa eficiência e até agora esse têm sido o maior desafio tecnológico. O plutônio precisa de nêutrons que se movem rapidamente para dividir seus átomos.

Uma nova tecnologia com nêutrons rápidos é a chamada tecnologia de reatores rápidos, também conhecidos como reatores Gen-IV (reatores de quarta geração). Os reatores da Geração IV (Gen-IV) são um conjunto de projetos de reatores nucleares atualmente sendo pesquisados para aplicações comerciais. O principal aspecto dos projetos de Geração IV está relacionado ao desenvolvimento de um ciclo de combustível fechado e sustentável para o reator.

O reuso de bastões de urânio em reatores Gen-IV permitiria que a energia desses bastões fosse extraída quase completamente. De acordo com alguns cientistas e engenheiros, em vez de extrair 5 ou 6 por cento da energia do combustível, poder-se-ia potencialmente chegar muito mais perto de um nível de eficiência em torno de 95 por cento ou até mais. Além disso, um reator Gen-IV produziria elementos que decaem muito mais rápido do que os transurânicos. Segundo Eric Loewen, chefe de tecnologia da GE Hitachi Nuclear Energy, "os transurânicos têm meia-vida da ordem de centenas de milhares de anos, mas depois que os dividimos em iodo e outros elementos, eles têm meia-vida da ordem de 10 a 30 anos". Em outras palavras, esta evolução tecnológica é um "game changer" (uma completa mudança de paradigma). Ao invés de termos resíduos radioativos que precisariam estar estocados por milhares de anos, eles precisariam ficar estocados apenas por algumas dezenas de anos.

Como resume o Fórum Internacional Geração IV (GIF) esta é basicamente uma nova tecnologia para reatores futuros que poderiam produzir energia nuclear sustentável a um custo competitivo, aumentar a segurança nuclear, minimizar a geração de lixo nuclear e reduzir ainda mais o risco de proliferação de materiais para armas. Apenas cerca de um por cento do urânio extraído é usado para produção de eletricidade nos atuais reatores de água leve (LWR). A reciclagem do combustível usado atualmente ou já armazenado pode atender às necessidades de eletricidade por várias centenas de anos.

Por exemplo, se o lixo nuclear somente dos EUA pudesse ser transformado em eletricidade, poderia abastecer o país no próximo século. Mais de 77.000 toneladas de plutônio, amerício e outras sobras radioativas da fissão do urânio se acumularam nas usinas atômicas da América, transformando-as em depósitos de lixo radioativo. Como comentamos acima, conhecidos como transurânicos, esses materiais permanecem radioativos por milhares de anos, alimentando ainda e com razão intermináveis batalhas políticas/éticas sobre onde deveriam ser enterrados. A nova geração de reatores nucleares Gen-IV tem o potencial de virar o jogo. No novo processo, os transurânicos seriam quebrados em elementos que permaneceriam radioativos por um período de tempo muito mais curto, aliviando assim nossos problemas de energia e resíduos. Neste sentido, em uma visão otimista, poder-se-ia metaforicamente até dizer que os EUA (e outros países como a França e o Reino Unido) estariam potencialmente sentados em uma mina de ouro radioativa.

Mas a economia da mineração desse ouro é complicada. Para fazer os novos reatores funcionarem, grandes incentivos econômicos são necessários (financiamento para apoiar a pesquisa), a tecnologia precisa evoluir e muitos desafios da engenharia precisam ser superados.

A agência nuclear estatal francesa CEA, por exemplo, abandonou a pesquisa em um dos tipos (designs) de reatores nucleares de quarta geração. O CEA fez anos de pesquisa e gastou centenas de milhões de euros no desenvolvimento de um novo reator refrigerado a sódio no projeto Astrid (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration). O reator reprodutor rápido refrigerado a sódio é um dos vários novos projetos que poderiam suceder aos reatores de água pressurizada que acionam a maioria das usinas nucleares do mundo.

 Em vez de água, ele usa sódio líquido como refrigerador. Mas o sódio queima em contato com o ar e explode quando mergulhado na água. Em relação a esta opção específica de design para projetos Gen IV, alguns cientistas como Krall e Macfarlane, que também concentraram suas pesquisas em reatores de sal fundido e reatores rápidos resfriados com sódio, argumentaram que "reatores de sal fundido e reatores rápidos resfriados com sódio – devido a incomum composições químicas de seus combustíveis – irão realmente exacerbar os problemas de armazenamento e descarte de combustível usado". Eles reconhecem que as reduções no volume de combustível irradiado, longevidade e radiotoxicidade total podem ser realizadas através da criação e queima de material físsil em reatores não tradicionais, mas argumentam que essas reduções são relativamente pequenas e de pouco valor. De toda forma não podemos perder de vista que esta é apenas uma das várias alternativas tecnológicas relacionadas à Gen IV e aparentemente não está entre as mais promissoras.

Se ao longo dos próximos anos mais investimentos forem feitos e mais sucessos concretos forem obtidos, a tecnologia Gen IV pode desempenhar um papel muito importante não apenas no que concerne à segurança energética no mundo todo, mas também como uma alternativa economicamente efetiva na substituição de usinas ainda movidas por combustíveis fósseis, contribuindo muito para a mitigação dos riscos relacionados ao aquecimento global. De certa forma, no que se refere a energia nuclear, a Gen-IV poderá ser um último estágio intermediário até que consigamos consolidar as tecnologias não baseadas na fissão, mas na fusão nuclear. Neste último caso o salto tecnológico significara um outro paradigma tanto no desenvolvimento científico e de engenharia como nas questões relacionadas ao meio ambiente. Mesma assim estas tecnologias, uma vez consolidadas, não serão mutuamente excludentes e deverão conviver ainda por muitas décadas. Diferentes soluções tecnológicas e de engenharia serão adequadas para diferentes situações e possibilidades econômicas.

*José Antonio de Sousa Neto é professor da EMGE (Escola de Engenharia e Ciência da Computação

O texto reflete a opinião pessoal do autor, não necessariamente do Dom Total. O autor assume integral e exclusivamente responsabilidade pela sua opinião.



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