Usinas nucleares: uma alternativa para as mudanças climáticas

Usinas nucleares reduzem os impactos das mudanças climática, gerando em um espaço reduzido alta capacidade de energia, sem emissão de CO2. As novas classes de reatores nucleares, como a da TerraPower fundada em 2006 por Bill Gates com reatores de nêutrons rápidos (FNR), podem mudar a opinião pública sobre o uso e os riscos das usinas nucleares.

Em janeiro de 2021, existiam 442 reatores de fissão civis no mundo, com capacidade de geração de 392 gigawatts (GW). Existem 53 reatores nucleares em construção, incluindo Angra 3, e 98 reatores planejados, com capacidade combinada de 60 GW e 103 GW, respectivamente. A maioria dos reatores em construção são reatores de geração III na Ásia, que possuem tecnologia de combustível aprimorada, melhor eficiência térmica, sistemas de segurança significativamente aprimorados (incluindo segurança nuclear passiva) e projetos padronizados para redução de custos de manutenção e capital. Em 2019, a energia nuclear gerou cerca de 10% da eletricidade global. Os Estados Unidos têm a maior número de reatores nucleares, gerando mais de 800 TWh de eletricidade (20% da energia elétrica no país) com emissões zero por ano com um fator de capacidade médio de 92%.

Apesar da energia nuclear evitar a poluição do meio ambiente e, consequentemente, doenças e óbitos relacionados, os acidentes em usinas nucleares, como o desastre de Chernobyl na antiga União Soviética em 1986, com 100 mortes diretas, e o desastre nuclear em Fukushima Daiichi no Japão em 2011, com uma morte por câncer devido à radiação, geraram uma forte corrente de opositores, como o Greenpeace e o NIRS (Serviço de Informações e Recursos Nucleares).

Atualmente, as melhores opções de energia limpa e renovável são as hidrelétricas, fotovoltaica, eólica e biomassa. No final de 2018, a capacidade global de energia renovável era de 2.351 GW, com 50% da capacidade de fontes hídricas (1.172 GW), 24% de eólica (564 GW), 20% de fotovoltaica (486 GW) e 6% de outras fontes (biomassa, geotérmica e ondas marítimas), segundo dados da IRENA (International Renewable Energy Agency).

O Brasil em junho de 2020 tinha uma capacidade instalada de 16 GW, com 637 parques eólicos e mais de 7,7 mil aerogeradores, sendo a segunda maior fonte da matriz elétrica brasileira possuem uma capacidade conjunta de 680 megawatts (MW).

O Complexo Eólico do Alto Sertão é o maior gerador de energia eólica da América Latina, localizado na região de Caetité, na Bahia. O Alto Sertão I possui 14 parques nos municípios de Caetité, Igaporã e Guanambi, com 184 aerogeradores e capacidade de produção de 294,4 MW, a um custo de R$1,2 bilhão. O complexo Alto Sertão II tem uma capacidade de geração de 386,1 MW, com 15 parques eólicos em uma área de 150 quilômetros de extensão com 230 aerogeradores, a um custo de R$1,4 bilhão, em 2014.

O maior parque fotovoltaico do Brasil, o Parque Solar Nova Olinda, localizado em Ribeira do Piauí (PI), possui uma capacidade instalada de 292 MW, a um custo de R$300 milhões. Nova Olinda possui 930 mil painéis fotovoltaicos espalhados por 690 hectares (equivalente a 700 campos de futebol). O Parque é conectado ao SIN (Sistema Integrado Nacional) por uma linha de transmissão de 47 km.

A melhoria da tecnologia dos aerogeradores aumentou a capacidade de geração. Em 1985, os aerogeradores típicos tinham uma capacidade nominal de 0,05 MW e um diâmetro de 15 metros. Os novos projetos têm capacidade de 2 MW em terra e de 3 a 5 MW em alto mar.

O Brasil possui duas usinas nucleares em operação e uma em construção, todas no Estado do Rio de Janeiro. As usinas de Angra 1 (657 MW, R$8,4 bilhões) e Angra 2 (1.350 MW, R$17,2 bilhões), juntas tem a capacidade de geração de 3 das 14 turbinas de Itaipu (14.000 MW), com um impacto ambiental menor e sem os riscos de grandes estiagens que fazem reduzir a produção de energia. A usina nuclear Angra 3 (1.405 MW) está em um longo processo de construção e promessa de conclusão em 2026, a um custo estimado de R$25 bilhões.

Se comparamos a área do Parque Solar Nova Olinda, de 292 MW, com a futura Usina de Angra 3, de 1.405 MW, observamos a grande diferença de área. Nova Olinda tem uma área de 6.900.000 metros quadrados, enquanto Angra 3 tem uma área de 82.000 metros quadrados. Ou seja, Nova Olinda produz 42 watts por metro quadrado, enquanto Angra 3 produzirá 17.134 watts por metro quadrado. Cada painel fotovoltaico gera em média 150 watts por metro quadrado, porém deve existir espaçamento entre os painéis para evitar sombreamento, que interfere na eficiência da geração de energia.

As usinas nucleares brasileiras usam um reator chamado PWR (Pressurized Water Reactor), originalmente projetados para servir como propulsão marítima nuclear para submarinos nucleares. Em um PWR, o refrigerante primário (água) é bombeado sob alta pressão para o núcleo do reator, onde é aquecido pela energia liberada pela fissão dos átomos. A água aquecida de alta pressão então flui para um gerador de vapor, onde transfere sua energia térmica para água de baixa pressão de um sistema secundário onde o vapor é gerado. O vapor então aciona turbinas, que giram um gerador elétrico. Os PWRs são os mais utilizados no mundo, exceção no Japão e Canadá. Diferente do reator de Chernobyl que usava grafite para controlar o processo. Depois da explosão de vapor, o grafite incendiou, enviando radioatividade para atmosfera, demorando oito dias para ser controlado. Como a água não pega fogo, um acidente igual ao de Chernobyl é impossível de acontecer em Angra.

A geração de energia por usinas nucleares é considerada de base, ou seja, usam uma fonte de energia armazenada, as hidrelétricas armazenam energia em seus lagos de reserva e as usinas térmicas as fontes de armazenamento é o gás, óleo ou carvão. As fontes de energia de base são necessárias para suprir, eventuais, oscilações de geração de sistemas de geração intermitentes, com as usinas fotovoltaicas e eólicas, causadas por baixa radiação solar em dias nublados ou ventos fracos, respectivamente. Ou seja, à medida que cresce a capacidade de energia intermitente deve crescer a capacidade de energia de base.

Em junho de 2019, no evento “The World Nuclear Industry Today”, promovido pela World Nuclear University, André Pepitone, diretor-geral da Aneel, salientou a importância do debate sobre energia nuclear, dizendo: “Fontes como eólica e solar, que são importante e estão avançando, são complementares e precisam de uma geração de base, como a das hidrelétricas e a nuclear”. A energia nuclear está, totalmente, em linha com as principais metas do setor de energia: descarbonização, digitalização e descentralização.

Para a expansão das discussões e criação de novos projetos de energia nuclear é fundamental a contínua capacitação de pessoal. A Eletronuclear, através do seu departamento de desenvolvimento de novos empreendimentos, incentiva a inovação através do Prêmio de Inovação das Empresas Eletrobras. Em janeiro de 2021, foram anunciados os projetos vencedores: Desenvolvimento de robô com operação remota para remoção de contaminantes radiológicos do interior de dutos de ventilação, uma tecnologia nacional; Sistema de cloração de Angra 1: hipoclorito de sódio gerado a partir da água do mar, uma nova realidade; e, Atualização tecnológica do controle digital do sistema de controle da turbina.

A Universidade São Paulo (USP) começou a oferecer a partir de 2021 o curso de Engenharia Nuclear pela Escola Politécnica, em seu campus Cidade Universitária, em parceria com o Instituto de Pesquisas Energética e Nucleares (Ipen). O curso habilita os alunos em atividades como projetar instalações nucleares, delinear processos de fabricação de combustíveis nucleares, operar e gerenciar reatores ou instalações que fazem uso de fontes radioativas, trabalhos em laboratórios de controle de qualidade com acesso a materiais radioativos e realizar análises de falhas em equipamentos nucleares.

Havendo uma redefinição da política energética brasileira para a expansão das usinas nucleares poderíamos aproveitar uma característica que poucos país possuem: temos uma das maiores reservas de urânio do mundo, localizada na Bahia; temos tecnologia para enriquecer o material, em Resende no Estado do Rio de Janeiro; e, possuímos expertise técnica operando usinas nucleares por três décadas.

Mini reatores nucleares

Uma nova geração de mini reatores nuclear está entrando em cena e podem mudar o paradigma de segurança da energia nuclear. A Rolls-Royce anunciou para 2029 a construção de até 15 mini reatores na Grã-Bretanha. Estes reatores podem ser transportados por caminhões comuns. Cada usina é projetada para ter uma vida útil de 60 anos e gerar 440 MW de eletricidade. Ou seja, 67% da capacidade de Angra 1, que entrou em operação em 1982.

A americana NuScale teve seu mini reator nuclear aprovado nos Estados Unidos em setembro de 2020. O projeto da Oregon State University desenvolvido com recursos do Departamento de Energia norte-americano, tem um cilindro de aço de 23 metros de altura por 5 metros de largura, capaz de produzir 50 MW de eletricidade. Uma usina com 13 cilindros teria a mesma capacidade de Angra 1, em uma área menor. O projeto da NuScale é convencional usando barras de urânio para aquecimento de água em um circuito interno pressurizado, transferindo calor de alta intensidade para um circuito de vapor externo para acionar a turbina geradora de energia. O projeto foi certificado pela NRC – Nuclear Reactor Regulation – devido suas características passivas que garantem que a usina nuclear desliga com segurança e permaneça segura em condições de emergência, se necessário. A empresa afirma que terá seus primeiros reatores implantados até meados da década de 2020.

A TerraPower está desenvolvendo uma classe de reatores nucleares rápidos chamados de reator de ondas viajantes (TWR – Traveling-wave reator). O conceito é colocar um pequeno núcleo de combustível enriquecido no centro de uma massa muito maior de material não físsil, como o urânio empobrecido. Os nêutrons da fissão no núcleo “geram” novo material físsil na massa circundante, produzindo o Plutônio-239 (Pu239). Com o tempo, o combustível é gerado na área ao redor do núcleo para que também comece a sofrer fissão, enviando nêutrons mais para dentro da massa e continuando o processo enquanto o núcleo original se queima. Ao longo de décadas, a reação se desloca do núcleo do reator para o exterior, dando assim o nome de “onda viajante”.

A tecnologia de reator rápido de cloreto fundido (MCFR) da TerraPower é um tipo de reator de sal fundido (MSR), onde os sais fundidos ou líquidos servem como refrigerante e combustível do reator. O projeto MCFR requer especificamente sal de cloreto fundido, que permite uma operação de espectro rápida. No espectro de nêutrons rápidos, os nêutrons não são desacelerados (por exemplo, colidindo com água ou grafite) e se movem muito rapidamente, tornando a reação de fissão mais eficiente. Em núcleos MCFR, a fissão nuclear ocorre e aquece os sais de combustível diretamente. O MCFR, então, distribui calor do sal de combustível fundido através de um trocador de calor para um sal inerte em um segundo circuito. O calor do circuito secundário não nuclear é então usado com segurança para geração de eletricidade, calor de processo ou armazenamento térmico.

Conclusão

Um dos maiores desafios da humanidade é buscar soluções para mitigar os impactos das mudanças climáticas e, simultaneamente, alimentar e dar renda para uma população cada vez maior. A energia é uma componente essencial para as atividades humanas, necessária para o funcionamento da indústria e de quase todas as facilidades tecnológicas que aumentam a qualidade de vida.

A geração de energia a partir de fontes renováveis, como fotovoltaica e eólica, são as mais utilizadas e em franca expansão, uma vez que as fontes hídricas são limitadas e sofrem restrições ambientais.

Como as fontes de geração fotovoltaica e eólica são intermitentes, variam a produção de acordo com as condições climáticas, é necessário que matriz energética do país tenha uma reserva de energia de base, movidas por fontes primárias que armazenam energia, como lagos de reserva, gás, óleo e nuclear.

As plantas eólicas e fotovoltaicas exigem grandes áreas para a instalação de aerogeradores e painéis solares, com baixa eficiência de produção de energia por metro quadrado e distantes dos grandes centros, sendo necessárias longas linhas de transmissão para levar a energia aos locais de consumo.

Diferente das usinas nucleares que concentram em uma pequena área uma grande capacidade de produção de energia e, com a segurança aprimorada das novas tecnologias nucleares, podem ficar próximas dos locais de consumo.

Os mini reatores nucleares estão em pleno desenvolvimento e devem atender as novas demandas por energia. A TerraPower, fundada por Bill Gates, desenvolveu uma tecnologia de reator rápido de cloreto fundido (MCFR). O projeto MCFR tem o potencial de ser um reator de custo relativamente baixo que pode operar com segurança em novos regimes de temperatura mais alta, o que significa gerar mais eletricidade. Ou ainda, o projeto da Rolls-Royce com mini reatores de 440 MW, construindo plantas modulares para funcionarem até 2029.

Acredito que o Brasil deveria rever sua política da matriz nuclear e incentivar projetos de mini reatores nuclear, aproveitando suas reservas de urânio, uma das maiores do mundo, sua tecnologia de enriquecimento do material e sua expertise em geração nuclear. Iniciativa que contribuiria para evitar as mudanças climáticas e assegurando energia abundante para o crescimento econômico do país e, consequentemente, gerando emprego e renda para a população.

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