A forma como o mundo lida atualmente com os resíduos nucleares é tão criativa quanto variada: é possível afundá-los em piscinas de água, encapsulá-los em aço, ou enterrá-los a centenas de metros de profundidade no subsolo.
Esses métodos são a forma como essa indústria gerencia com segurança as 10 mil toneladas métricas de resíduos de combustível usado que os reatores produzem enquanto geram 10% da eletricidade do mundo todos os anos. Mas, à medida que novos projetos nucleares surgem, eles podem introduzir mais complexidades a esta gestão.
A maioria dos reatores em operação nas usinas nucleares hoje segue um projeto básico semelhante: eles são abastecidos com urânio pouco enriquecido e resfriados com água, e, em sua maioria, são gigantescos e estão instalados em usinas centrais. Mas um grande conjunto de novos projetos de reatores, que pode entrar em operação nos próximos anos, provavelmente exigirá ajustes para garantir que os sistemas existentes possam lidar com seus resíduos.
“Não há uma única resposta sobre o fato de que esse arsenal de novos reatores e tipos de combustível vai tornar a gestão de resíduos mais fácil”, diz Edwin Lyman, diretor de segurança de energia nuclear na Union of Concerned Scientists.
Um manual para o descarte nuclear
Os resíduos nucleares podem ser divididos, de forma aproximada, em duas categorias: de baixo nível, como equipamentos de proteção contaminados de hospitais e centros de pesquisa, e de alto nível, que exigem manuseio mais cuidadoso.
A grande maioria, em volume, é de resíduos de baixo nível. Esse material pode ser armazenado no local e, muitas vezes, quando sua radioatividade tiver decaído o suficiente, ser tratado em grande parte como lixo comum, com algumas precauções adicionais. Os resíduos de alto nível, por outro lado, são muito mais radioativos e frequentemente bastante quentes. Essa segunda categoria consiste em grande parte de combustível usado. Esta é uma combinação de materiais que inclui urânio-235, que é a porção físsil do combustível nuclear, a parte que pode sustentar a reação em cadeia necessária para o funcionamento das usinas nucleares. O material também contém produtos de fissão, os subprodutos, às vezes radioativos, resultantes da divisão dos átomos que libera energia.
Muitos especialistas concordam que a melhor solução de longo prazo para o combustível usado e outros resíduos nucleares de alto nível é um repositório geológico. Essencialmente, um buraco muito profundo e cuidadosamente administrado no solo. A Finlândia é o país mais avançado nos planos para construir um repositório geológico, na costa sudoeste, onde o projeto deve entrar em operação ainda neste ano.
Os Estados Unidos designaram um local para um repositório geológico na década de 1980, mas conflitos políticos paralisaram o progresso. Assim, hoje, o combustível usado no país é armazenado no local, em usinas nucleares em operação e desativadas. Depois de removido de um reator, ele normalmente é colocado em armazenamento úmido, essencialmente submerso em piscinas de água para resfriamento. O material pode então ser colocado em recipientes protetores de cimento e aço chamados de contêineres secos, uma etapa conhecida como armazenamento a seco.
Especialistas dizem que a indústria não precisará reescrever completamente esse manual para os novos projetos de reatores.
“A forma como vamos gerenciar o combustível usado será, em grande parte, a mesma”, diz Erik Cothron, gerente de pesquisa e estratégia na Nuclear Innovation Alliance, um think tank sem fins lucrativos focado na indústria nuclear. “Não fico acordado à noite preocupado com a forma como vamos gerenciar o combustível usado.”
Mas novos projetos e materiais podem exigir algumas soluções de engenharia. E há uma enorme variedade de projetos de reatores, o que significa que há uma variedade igualmente ampla de possíveis tipos de resíduos a serem gerenciados.
Resíduos incomuns
Alguns novos reatores nucleares serão bastante semelhantes aos modelos em operação, portanto seu combustível usado será gerenciado de maneira muito parecida com a atual. Mas outros utilizam materiais inovadores como refrigerantes e combustíveis.
“Materiais incomuns vão criar resíduos incomuns”, diz Syed Bahauddin Alam, professor assistente de engenharia nuclear, de plasma e radiológica na University of Illinois Urbana-Champaign, nos Estados Unidos.
Alguns projetos avançados podem aumentar o volume de material que precisa ser tratado como resíduo de alto nível. Tome como exemplo os reatores que utilizam combustível TRISO (triestrutural isotrópico). Ele contém um núcleo de urânio cercado por várias camadas de material protetor e depois incorporado em invólucros de grafite. Esse material que envolve o TRISO provavelmente será agrupado com o restante do combustível usado, tornando o resíduo muito mais volumoso do que o atual.
Hoje, separar essas camadas seria difícil e caro, de acordo com um relatório de 2024 da organização sem fins lucrativos Nuclear Innovation Alliance, com base nos Estados Unidos. Isso significa que todo o conjunto seria agrupado como resíduo de alto nível.
A empresa X-energy está projetando reatores de alta temperatura resfriados a gás que utilizam combustível TRISO. Ela já apresentou planos para lidar com o combustível usado à Nuclear Regulatory Commission, que supervisiona os reatores estadunidenses. A forma do combustível pode, na verdade, ajudar na gestão de resíduos: os invólucros protetores usados no TRISO eliminam a necessidade de armazenamento úmido para a empresa de reatores X-energy, permitindo o armazenamento a seco desde o início.
Reatores de sal fundido com combustível líquido, outro tipo novo, também podem aumentar o volume de resíduos. Nesses projetos, combustível e refrigerante não são mantidos separados como na maioria dos reatores. Em vez disso, o combustível é dissolvido diretamente em um sal fundido que é usado como refrigerante. Isso significa que todo o tanque de sal fundido precisaria ser tratado como resíduo de alto nível.
Por outro lado, alguns outros projetos de reatores podem produzir um volume menor de combustível usado, mas isso não é necessariamente um problema menor. Reatores rápidos, por exemplo, alcançam uma queima maior, consumindo mais do material físsil e extraindo mais energia de seu combustível. Isso significa que o combustível usado desses reatores normalmente tem uma concentração maior de produtos de fissão e emite mais calor. E esse calor pode ser o fator decisivo no desenvolvimento de soluções para resíduos.
O combustível usado precisa ser mantido relativamente frio, para que não derreta e libere subprodutos perigosos. Calor excessivo em um repositório também pode danificar a rocha ao redor. “O calor é o que realmente determina quanto você pode colocar dentro de um repositório”, diz Paul Dickman, ex-funcionário do Department of Energy (Departamento de Energia) e da Nuclear Regulatory Commission, ou NRC (Comissão Reguladora Nuclear).
Parte do combustível usado pode exigir processamento químico antes do descarte, diz Allison MacFarlane, diretora da escola de políticas públicas e assuntos globais da University of British Columbia, nos Estados Unidos, e ex-presidente da NRC. Isso pode acrescentar complexidade e custo.
Em reatores rápidos resfriados por sódio metálico, por exemplo, o refrigerante pode penetrar no combustível e se fundir ao seu revestimento. A separação pode ser complicada, e o sódio é altamente reativo com a água, de modo que o combustível usado exigirá tratamento especializado.
O projeto da Natrium da TerraPower, um reator rápido a sódio que recebeu uma licença de construção da NRC no início de março, foi projetado para gerenciar esse desafio com segurança, diz Jeffrey Miller, vice-presidente sênior de desenvolvimento de negócios da TerraPower. A empresa tem um plano de soprar nitrogênio sobre o material antes de colocá-lo em piscinas de armazenamento úmido, removendo o sódio.
Localização, localização, localização
Independentemente dos materiais utilizados, até mesmo a mudança no tamanho dos reatores e nos locais onde são instalados pode introduzir complicações para a gestão de resíduos.
Alguns novos reatores são essencialmente versões menores dos grandes reatores usados hoje. Esses pequenos projetos modulares e microrreatores podem produzir resíduos que podem ser tratados da mesma forma que os dos reatores convencionais atuais. Mas, para lugares como os Estados Unidos, onde os resíduos são armazenados no próprio local, seria impraticável ter uma grande quantidade de pequenos locais, cada um abrigando os seus próprios resíduos.
Algumas empresas estão considerando enviar seus microrreatores, e o material residual que eles produzem, de volta a um único local, potencialmente o mesmo onde os reatores são fabricados.
As empresas devem ser obrigadas a pensar cuidadosamente sobre os resíduos e a projetar protocolos de gestão, e ainda ser responsabilizadas pelos resíduos que produzem, diz MacFarlane, da University of British Columbia, nos EUA.
Ela também observa que, até agora, o planejamento para resíduos tem se baseado em pesquisa e modelagem, e a realidade só ficará clara quando os reatores estiverem de fato em operação. Como ela diz: “Esses reatores ainda não existem, então não sabemos realmente muita coisa, em grande nível de detalhe, sobre os resíduos que eles vão produzir.”
Casey Crownhart
