Nos arredores da pequena cidade de Paducah, no estado do Kentucky, nos Estados Unidos, uma grande quantidade de urânio está armazenada em milhares de cilindros contendo resíduos de uma instalação de enriquecimento nuclear que já foi desativada. Os lasers poderiam ajudar a recuperá-lo.
Uma empresa chamada Global Laser Enrichment (GLE) pretende reprocessar esse material antigo com uma nova tecnologia chamada enriquecimento a laser. Ela pode ser mais eficiente do que os métodos convencionais de enriquecimento, permitindo que a empresa renove o material e produza matéria-prima com a mesma concentração de uma fonte natural extraída por mineração. E, no futuro, segundo a empresa, o enriquecimento a laser poderia ser usado para produzir material destinado ao combustível nuclear, incluindo o tipo utilizado em reatores avançados.
Atualmente, a energia nuclear fornece cerca de 9% da eletricidade mundial, e essa parcela pode aumentar à medida que grandes potências globais, como os Estados Unidos e a China, buscam construir novos reatores, incluindo alguns baseados em tecnologias de próxima geração. Métodos novos e mais baratos de obtenção de combustível podem ajudar a garantir que esses projetos nucleares continuem avançando.
O urânio encontrado naturalmente é composto, em sua maior parte, por urânio-238, mais de 99%, e urânio-235, cerca de 0,7%. O urânio-235 é o tipo físsil, o que significa que, ao ser atingido por nêutrons lentos e de baixa energia, pode sustentar uma reação em cadeia que gera eletricidade. Por isso, os reatores geralmente usam material com uma concentração de U-235 maior do que a encontrada no urânio extraído do solo. Os reatores convencionais atuais costumam usar urânio pouco enriquecido, normalmente com cerca de 5% de U-235, embora alguns projetos de reatores avançados utilizem combustível com até 20% de U-235.
Atualmente, as centrífugas são a tecnologia predominante usada para enriquecer urânio. O equipamento basicamente faz o material que contém urânio girar a uma velocidade extremamente alta, de modo que o material mais pesado, que contém U-238, se desloca para a borda, enquanto o material mais leve, que contém U-235, permanece mais próximo do centro. Caso você já tenha balançado um frasco de mostarda para retirar o que restava, usou a mesma ideia básica por trás de uma centrífuga. Em seguida, o material com maior concentração de U-235 pode ser transformado em combustível nuclear.
O enriquecimento a laser, por outro lado, aproveita o fato de que todas as moléculas vibram e giram em escala atômica de maneiras que dependem do material específico de que são compostas. Até mesmo os diferentes isótopos de urânio apresentam assinaturas distintas.
Os lasers são tão precisos que conseguem atingir um material específico, como moléculas que contêm U-235, por exemplo. Ao direcioná-los para uma mistura, é possível excitar seletivamente apenas o material desejado, fornecendo ao material um pouco mais de energia. Isso altera a forma como ele se comporta, o que pode facilitar a separação do material pretendido por meio de métodos químicos ou físicos.
Uma ampla variedade de abordagens de separação foi desenvolvida na pesquisa e na indústria. Algumas buscam carregar eletricamente os átomos de U-235, permitindo que sejam deslocados com campos eletrostáticos ou magnéticos. Outras alteram a forma como o material reage quimicamente.
Os detalhes da tecnologia específica da GLE são sigilosos, e os representantes da empresa se recusaram a explicar como o processo funciona.
Há décadas existe interesse no uso de lasers para o enriquecimento de urânio, afirma Charles Forsberg, pesquisador principal em ciência e engenharia nuclear no MIT.
No entanto, em seus primeiros anos, os lasers tendiam a exigir muita manutenção, além de serem instáveis e difíceis de operar. Desde então, melhoraram drasticamente, tornando o enriquecimento a laser uma alternativa mais atraente do que era nos estágios iniciais das pesquisas.
Mais do que os avanços tecnológicos, uma mudança geopolítica recente pode impulsionar novas tecnologias de enriquecimento. A Rússia possui o maior ecossistema de enriquecimento de urânio do mundo e, historicamente, dominou esse mercado. “Ninguém no Ocidente construiria uma nova usina de enriquecimento enquanto os russos inundavam o mundo com urânio enriquecido”, afirma Forsberg.
Desde o início da guerra na Ucrânia, porém, países como os Estados Unidos e o Reino Unido adotaram medidas para limitar ou proibir as importações de urânio russo. Segundo Forsberg, isso abriu espaço para que empresas estabelecessem novas operações de enriquecimento, incluindo algumas que utilizam novas tecnologias.
A demanda por combustível está aumentando à medida que os países buscam alternativas à Rússia para o fornecimento de urânio. “A lacuna só está ficando cada vez maior, e essa tecnologia está bem no centro disso”, afirma Christo Liebenberg, presidente da LIS Technologies, uma das empresas que pretendem desenvolver capacidade de enriquecimento a laser nos Estados Unidos.
A LIS Technologies em 2023, e a empresa comprou recentemente um terreno de cerca de 80 hectares em Oak Ridge, no Tennessee, nos Estados Unidos. Atualmente, a instalação está na fase de pré-solicitação junto à Comissão Reguladora Nuclear dos Estados Unidos. A empresa planeja receber urânio de teor natural e produzir um material com aproximadamente 5% de U-235, embora espere, no futuro, produzir um material mais concentrado que possa ser usado como combustível para reatores de próxima geração.
A GLE está adotando uma abordagem diferente: em vez de usar sua tecnologia para enriquecer material recém-extraído até a concentração de 5% que pode ser utilizada em combustíveis, a empresa pretende começar recuperando resíduos antigos.
A empresa tem um contrato com o Departamento de Energia dos Estados Unidos para reprocessar resíduos no local de enriquecimento em Paducah. A instalação poderá enriquecer até 200 mil toneladas de material que contém pequenas quantidades de urânio remanescentes de um processo de enriquecimento mais antigo.
A GLE está usando o material com pelo menos 0,25% de U-235 e enriquecendo-o até cerca de 0,7%. Em seguida, esse material pode ser processado novamente e inserido na cadeia de fornecimento de urânio no lugar de material recém-extraído. “Para nós, é como uma grande mina de urânio acima do solo”, afirma Nima Ashkeboussi, vice-presidente de relações governamentais e comunicação da GLE.
Embora cada uma de suas unidades seja mais complexa e cara do que uma centrífuga, são necessárias muito menos unidades para realizar o mesmo trabalho. Uma instalação equivalente de centrifugação teria muitos milhares de centrífugas funcionando em conjunto, mas uma instalação em escala plena que utilizasse o processo de enriquecimento a laser da GLE teria menos de mil unidades, afirma Stephen Long, CEO da empresa. O investimento inicial deve ser menor, e os custos operacionais também devem ser mais baixos, em parte porque o processo consome menos energia do que as centrífugas, segundo Long.
O empreendimento possui uma instalação de testes em Wilmington, na Carolina do Norte, nos Estados Unidos. No outono de 2025, a empresa concluiu um projeto-piloto de demonstração, no qual processou várias centenas de quilos de urânio. Esse sistema foi desativado, e a empresa está atualmente preparando uma nova demonstração na instalação da Carolina do Norte, que mostraria como a tecnologia funciona em escala comercial.
A empresa também solicitou à Comissão Reguladora Nuclear dos Estados Unidos uma licença para a instalação proposta em Paducah. A avaliação final de segurança deve ser concluída em novembro, e a aprovação final deve ocorrer em 2027, afirma Long. O plano é começar a processar material na instalação até 2030.
No longo prazo, há urânio suficiente no planeta para manter os reatores em funcionamento por décadas. Mas, à medida que cresce o interesse pela energia nuclear e muda a geopolítica dos combustíveis, podem surgir lacunas de curto prazo ou aumentos bruscos de preços, que fontes alternativas poderiam ajudar a atenuar.
As instalações de enriquecimento a laser podem acabar sendo mais baratas do que as tecnologias existentes, afirma Stephen Greene, pesquisador sênior da Nuclear Innovation Alliance. Mas, como ocorre com a maioria das novas tecnologias, “você só sabe de verdade quando tenta construir uma”.
Casey Crownhart
