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O funcionamento das usinas nucleares sempre me fascinou. Elas são enormes, tecnicamente complicadas e parecem um pouco mágicas (dividir um átomo — que conceito!). Mas recentemente atingi novos níveis de obsessão, pois passei a última semana pesquisando sobre tecnologia nuclear avançada.
Essa é uma categoria confusa que inclui basicamente qualquer coisa diferente dos reatores comerciais que estão operando atualmente, já que todos eles seguem a mesma fórmula geral. E há um mundo inteiro de possibilidades por aí.
Eu me concentrei principalmente na versão que está sendo desenvolvida pela Kairos Power para uma história (que já foi publicada, confira, se ainda não o fez). Mas também me aprofundei em outras opções em potencial para futuras usinas nucleares. Então vamos dar uma olhada no menu de opções para a tecnologia nuclear avançada atual.
O básico
Antes de entrarmos nos aspectos avançados, vamos recapitular os aspectos básicos.
As usinas de energia nuclear geram eletricidade por meio de reações de fissão em que os átomos se dividem, liberando energia na forma de calor e radiação. Os nêutrons liberados durante essas divisões colidem com outros átomos e os dividem, criando uma reação em cadeia.
Nas usinas nucleares atuais, há basicamente duas peças absolutamente essenciais. Primeiro, o combustível, que é o que alimenta as reações. (É bem óbvio porque esse é importante). Em segundo lugar, é vital que as reações em cadeia ocorram de forma controlada, ou você pode entrar em território de colapso nuclear.
A outra peça essencial de uma usina nuclear é o sistema de resfriamento, que evita que tudo fique muito quente e cause problemas. (Há também o moderador e um milhão de outras peças, mas vamos nos limitar a duas para que você não fique lendo essa matéria o dia todo).
Na maioria dos reatores da rede atual, esses dois componentes seguem a mesma fórmula geral: o combustível é urânio enriquecido que é embalado em pastilhas de cerâmica, carregado em tubos de metal e disposto no núcleo do reator. E o sistema de resfriamento bombeia água pressurizada ao redor do reator para manter a temperatura controlada.
Mas, por uma série de razões, as empresas estão começando a trabalhar para fazer alterações nessa fórmula testada e comprovada. Há cerca de 70 empresas nos EUA trabalhando em projetos de reatores nucleares avançados, sendo que seis ou sete estão suficientemente adiantadas para trabalhar com os órgãos reguladores, diz Jessica Lovering, cofundadora e codiretora executiva da Good Energy Collective, uma organização de pesquisa de políticas que defende o uso da energia nuclear.
Muitas dessas chamadas tecnologias avançadas foram inventadas e até mesmo demonstradas há mais de 50 anos, antes de o setor convergir para os projetos padrão de usinas resfriadas a água. Mas agora há um interesse renovado em colocar reatores nucleares alternativos em funcionamento. Novos projetos podem ajudar a melhorar a segurança, a eficiência e até mesmo o custo.
Líquidos refrigerantes
Líquidos refrigerantes alternativos podem aprimorar a segurança em relação aos designs à base de água, pois nem sempre precisam ser mantidos em altas pressões. Muitos também podem atingir temperaturas mais elevadas, o que pode permitir que reatores operem com mais eficiência.
O sal fundido é um dos principais candidatos a refrigerantes alternativos, usado em projetos da Kairos Power, Terrestrial Energy e Moltex Energy. Esses projetos podem usar menos combustível e produzir resíduos que são mais fáceis de gerenciar.
Outras empresas estão buscando metais líquidos, incluindo sódio e chumbo. Existem alguns reatores resfriados a sódio em operação atualmente, principalmente na Rússia, e o país também está na vanguarda do desenvolvimento de reatores resfriados a chumbo. Os reatores resfriados por metal compartilham muitos dos possíveis benefícios de segurança dos projetos de sal fundido. O hélio e outros gases também podem ser usados para atingir temperaturas mais altas do que os sistemas resfriados a água. A X-energy está projetando um reator refrigerado a gás de alta temperatura usando hélio.
Combustível
A maioria dos reatores que usa um refrigerante alternativo também usa um combustível alternativo.
O TRISO, ou combustível de partículas isotrópicas triestruturais, é uma das opções mais populares. As partículas TRISO contêm urânio envolto em camadas de cerâmica e carbono. Isso mantém o combustível contido, mantendo todos os produtos das reações de fissão em seu interior e permitindo que o combustível resista à corrosão e ao derretimento. A Kairos e a X-energy planejam usar o combustível TRISO em seus reatores.
Outros reatores usam HALEU: urânio de baixo enriquecimento de alto ensaio. A maior parte do combustível nuclear usado em reatores comerciais contém entre 3% e 5% de urânio-235. O HALEU, por outro lado, contém entre 5% e 20% de urânio-235, permitindo que os reatores obtenham mais energia em um espaço menor.
Tamanho
Eu sei que disse que manteria isso em duas coisas, mas vamos incluir uma categoria bônus. Além de alterar as especificações de itens como combustível e líquido de arrefecimento, muitas empresas estão trabalhando para construir reatores de diferentes tamanhos (principalmente menores).
Atualmente, a maioria dos reatores que entram na rede são enormes, na faixa de 1.000 ou mais megawatts — o suficiente para abastecer centenas de milhares de residências. A construção desses grandes projetos leva muito tempo e cada um deles exige um processo personalizado. Os reatores modulares pequenos (SMRs) poderiam ser mais fáceis de construir, pois o procedimento é o mesmo para cada um deles, permitindo que sejam fabricados em algo semelhante a uma enorme linha de montagem.
A NuScale tem sido uma das líderes nessa área — seu projeto de reator usa combustível comercial e refrigerante de água, mas tudo é reduzido em escala. No entanto, as coisas não estão indo muito bem para a empresa nos últimos meses: seu primeiro projeto está praticamente morto e ela demitiu quase 30% de seus funcionários no início de janeiro. Outras empresas ainda estão carregando a tocha do SMR, incluindo muitas que também estão buscando combustíveis e refrigerantes alternativos.
Se estiver interessado em mais notícias sobre energia nuclear avançada, dê uma olhada na minha matéria sobre a Kairos Power.
MIT Technology Review