Energia nuclear: Deveríamos usá-la?

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Por que nuclear?

A energia nuclear quase não causa emissões de CO₂ em comparação com combustíveis fósseis como carvão e gás.

Quanto CO₂ a menos o setor de energia emitiria se usássemos apenas energia nuclear (ao invés de obter energia como fazemos hoje)?


Emissão de CO₂-eq utilizando energia 100% Nuclear versus a matriz energética atual

Além disso, a energia nuclear pode fornecer eletricidade confiável quando é necessário.

A energia nuclear tem um pouco de oposição devido a acidentes raros, porém altamente visíveis. Enfrentando um desafio tão ruim quanto as mudanças climáticas, vale a pena ponderar cuidadosamente nossas opções. Não queremos tomar uma decisão irracionalmente e perder algo ótimo! Para fazer isso, primeiro temos que entender como funciona a energia nuclear.

Como obtemos energia separando átomos?

Você já ouviu falar da equação E = mc² de Einstein? Essa equação em essência diz que massa e energia são dois lados da mesma moeda: podemos converter massa em energia (e vice-versa)! É isso o que a energia nuclear faz.

Os átomos são compostos por prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons estão no centro do átomo (chamado de “núcleo”). Prótons possuem carga positiva, elétrons, negativa e nêutrons não possuem carga alguma.

Hélio

Se você já viu a tabela periódica, saberá que cada elemento nela é definido pelo número de prótons que possui. No entanto, átomos com o mesmo número de prótons podem ter diferentes números de nêutrons – esses átomos são chamados isótopos daquele elemento.

Hoje, a energia nuclear é baseada na fissão nuclear: alguns isótopos de certos elementos se dividem quando é disparado um nêutron contra eles.

Em reatores nucleares, atualmente usamos o urânio-235 (U-235), um isótopo de urânio que possui 92 prótons e 143 nêutrons. O isótopo é denominado urânio-235 porque a soma do número de seus prótons e nêutrons é 235.

Quando é disparado um nêutron no U-235 e o seu núcleo se divide, obtém-se:

  • Dois pequenos átomos;
  • Alguns nêutrons (até 5, mas em média 2,5; isso é um tanto quanto aleatório em cada divisão)
  • Parte da energia na forma de calor. É daqui que obtemos energia!
Separação do urânio

Qual é a diferença entre uma bomba nuclear e uma usina de energia nuclear?

Você percebe algo? Um nêutron faz com que o átomo de U-235 se divida, liberando energia e mais nêutrons. Esses novos nêutrons podem causar a divisão de mais U-235, e o processo continua se repetindo. Então, se muitos átomos de U-235 forem acondicionados em um lugar, obtém-se...

Reação nuclear em cadeia

Por que isso é problemático?


Se cada divisão causar duas ou mais divisões, toda a energia será liberada muito rapidamente. Isso é basicamente o que acontece em uma bomba nuclear. Em reatores de energia nuclear, queremos que cada divisão cause, em média, exatamente mais uma divisão. Isso a mantém estável e constante.

Reação nuclear estável em cadeia

Como podemos conseguir isso? (Dica: nêutrons de uma divisão do U-235 saem rápido, mas o U-235 só se divide quando atingido lentamente por um nêutron)


Um nêutron em movimento rápido, com bastante energia, tem maior probabilidade de rebater um núcleo U-235 sem dividi-lo do que um nêutron em movimento lento. No entanto, se o nêutron for muito lento, as reações ocorrem exponencialmente. Portanto, temos que ter cuidado com o quanto diminuímos a velocidade dos nêutrons.

Evitando explosões

Para fazer todo essa desaceleração, adiciona-se um material chamado moderador. A maioria dos reatores nucleares de hoje utiliza água como moderador, mas outras opções estão sendo consideradas também (mais sobre isso no próximo capítulo).

Como obtemos eletricidade disso?

Lembra que cada vez que um átomo de U-235 se divide, calor é liberado? E lembra também que os reatores nucleares hoje usam água como moderador?

Reatores de Água Pressurizada (PWR) possuem dois circuitos de água. O primeiro, denominado circuito primário, absorve o calor da fissão do U-235.

Reator de água pressurizada – etapa 1

Essa água quente, em seguida, percorre um tubo que passa por um circuito separado de água.

Reator de água pressurizada – etapa 2

O vapor gerado a partir da ebulição desse segundo circuito de água é então usado para girar uma turbina. Essa última parte do processo é bem parecida à de uma usina de carvão.

Reator de água pressurizada – etapa 3

A energia nuclear é segura?

Quais você acha que são as preocupações de segurança para o processo acima?


Todos os itens acima são problemas. Vamos observar os números, tanto quanto pudermos.

A energia nuclear causa mais ou menos mortes do que o carvão (por unidade de eletricidade gerada)?


Carvão versus Segurança nuclear

Acidentes horríveis aconteceram em Fukushima em 2011 e Chernobil em 1986. No entanto, ao contrário da crença popular, acidentes nucleares são extremamente improváveis e causam muito menos mortes do que os com combustíveis fósseis (principalmente porque a queima de combustíveis fósseis libera poluição atmosférica fatal).

Taxa de mortalidade para diferentes fontes de energia

No entanto, é justo dizer que o conhecimento especializado na construção de reatores nucleares ajuda os países a melhorarem também a construção de bombas.

Outra desvantagem da fissão nuclear são os resíduos radioativos. Esses resíduos vêm, em grande parte, em duas formas:

  • Urânio-238 empobrecido: O urânio natural é feito de cerca de 99.3% de U-238 e 0.7% de U-235. Porém, precisamos que as barras de urânio nos reatores contenham 4~5% de U-235 para reatores. Ao criar este combustível enriquecido, deixamos uma grande quantidade de U-238 para trás. Felizmente, esse resíduo não é um risco.
  • Combustível gasto e outros resíduos radioativos: Depois que uma certa quantidade do 4~5% de U-235 inicial no combustível nuclear enriquecido foi usada, o material restante não é mais radioativo o bastante para ser usado eficientemente. No entanto, ainda é radioativo o bastante para ser perigoso aos seres humanos e a natureza por milhares a milhões de anos após ter sido usado.
Tipos mais importantes de resíduos de Energia Nuclear

No momento, existem 90 000 toneladas de combustível usado nos EUA (um campo de futebol com 20 metros de profundidade). Embora saibamos como armazenar esses resíduos temporariamente, não temos ainda uma solução para longo prazo. No próximo capítulo, discutiremos possíveis maneiras de resolver essa questão e obter mais energia disso!

Energia nuclear é cara

Energia nuclear é cara

Além da percepção pública sobre os aspectos de segurança da energia nuclear, um problema inegável é que construir novas usinas nucleares é caro. Na verdade, não é considerado lucrativo construir novos reatores nos países ocidentais hoje.

Conclusão

A energia nuclear é uma fonte de energia confiável e quase nula de carbono. Embora seja muito caro construir novas usinas nas nações ocidentais, países como China e Índia estão construindo mais – e isso é bom para o clima!

A energia nuclear de hoje tem um problema com resíduos. No entanto, as explosões são tão raras e causam comparativamente poucas mortes que a energia nuclear é, de fato, umas das formas mais seguras de energia disponível! Embora a construção de novas usinas nucleares tenha se tornado antieconômica no mundo ocidental, desativar reatores que já construímos seria apenas remover uma alternativa segura e quase nula de carbono para o carvão.

No próximo capítulo, veremos novas ideias de energia nuclear que podem ajudar a solucionar os problemas atuais da energia nuclear.

Próximo Capítulo