O que é energia nuclear? Vantagens e desvantagens!

Em Tecnologias inovadoras por André M. Coelho

Tudo ao seu redor é composto de pequenos objetos chamados átomos. A maior parte da massa de cada átomo está concentrada no centro (que é chamado de núcleo), e o restante da massa está na nuvem de elétrons ao redor do núcleo. Prótons e nêutrons são partículas subatômicas que compõem o núcleo.

Sob certas circunstâncias, o núcleo de um átomo muito grande pode se dividir em dois. Nesse processo, uma certa quantidade da massa do átomo grande é convertida em energia pura seguindo a famosa fórmula E = MC² de Einstein, onde M é a pequena quantidade de massa e C é a velocidade da luz (um número muito grande). Nas décadas de 1930 e 40, os humanos descobriram essa energia e reconheceram seu potencial como arma. A tecnologia desenvolvida no Projeto Manhattan usou com sucesso essa energia em uma reação em cadeia para criar bombas nucleares.

Energia nuclear hoje

Os reatores nucleares produzem pouco menos de 20% da eletricidade nos EUA. Existem mais de 400 reatores de energia no mundo (cerca de 100 deles estão nos EUA). 2 deles estão no Brasil, em Angra 1 e Angra 2, com Angra 3 em andamento. Eles produzem eletricidade de carga básica 24 horas por dia, 7 dias por semana sem emitir poluentes (incluindo CO2) na atmosfera. Eles, no entanto, criam resíduos nucleares radioativos que devem ser armazenados com cuidado.

Fissão e fusão nuclear

Existem dois processos nucleares fundamentais considerados para a produção de energia: fissão e fusão.

A fissão é a divisão energética de grandes átomos, como o urânio ou o plutônio, em dois átomos menores, chamados de produtos de fissão. Para dividir um átomo, você precisa atingi-lo com um nêutron. Diversos nêutrons também são liberados e podem dividir outros átomos próximos, produzindo uma reação em cadeia nuclear de liberação prolongada de energia. Essa reação nuclear foi a primeira das duas a ser descoberta. Todas as usinas nucleares comerciais em operação usam essa reação para gerar calor, que transformam em eletricidade.

Fusão é a combinação de dois pequenos átomos, como hidrogênio ou hélio, para produzir átomos e energia mais pesados. Essas reações podem liberar mais energia do que a fissão sem produzir tantos subprodutos radioativos. As reações de fusão ocorrem ao sol, geralmente usando hidrogênio como combustível e produzindo hélio como resíduo (fato curioso: o hélio foi descoberto ao sol e recebeu o nome do deus do sol grego, Helios). Esta reação ainda não foi comercialmente desenvolvida e é um interesse de pesquisa sério em todo o mundo, devido à sua promessa de energia quase ilimitada, de baixa poluição e não proliferativa. Leia mais na nossa página de fusão.

A quantidade de energia liberada em reações nucleares é impressionante. Abaixo, mostramo quanto tempo uma lâmpada de 100 watts poderia funcionar usando 1 kg de vários combustíveis. O urânio natural sofre fissão nuclear e, assim, alcança densidade de energia muito alta (energia armazenada em uma unidade de massa).

Madeira: 1,2 dias

Etanol: 3,1 dias

Carvão: 3.8 dias

Petróleo bruto: 4,8 dias

Diesel: 5,3 dias

Urânio natural: 182 anos

Urânio para reator: 1,171 anos

Urânio natural (criador): 25.700 anos

Tório (criador): 25,300 anos

A energia nuclear é produzida com a reação dos átomos para o aquecimento da água para gerar energia em uma turbina. (Foto: Vox)

Energia nuclear é sustentável

A sustentabilidade da energia nuclear é grande. No entanto, há um pouco de conversa sobre o combustível nuclear (urânio), assim como o petróleo. Tecnicamente, isso não é um problema, já que o lixo nuclear é reciclável. Economicamente, isso poderia se tornar um grande problema. Os reatores nucleares comerciais de hoje queimam menos de 1% do combustível que é extraído para eles e o restante é descartado (como o urânio empobrecido e o lixo nuclear).

O programa de reciclagem dos EUA foi encerrado nos anos 70 devido à proliferação e preocupações econômicas. Hoje, a França e o Japão reciclam combustível com grande sucesso. Existe nova tecnologia que pode reduzir bastante as preocupações com proliferação. Sem a reciclagem, há mais de 200 anos de reservas de urânio na demanda atual. Há também um suprimento muito grande de urânio dissolvido na água do mar em concentração muito baixa. Ninguém encontrou uma maneira barata de extraí-lo ainda, embora as pessoas tenham chegado perto. Os reatores nucleares também podem funcionar com combustível de tório.

Energia nuclear é ecológica

Em operação, as usinas nucleares não emitem nada para o meio ambiente, exceto a água quente. O ícone clássico da torre de resfriamento dos reatores nucleares é apenas isso, uma torre de resfriamento. O vapor de água limpa é tudo o que sai. Muito pouco CO2 ou outros gases que mudam o clima saem da geração de energia nuclear (certamente algum CO2 é produzido durante a mineração, construção, etc., mas a quantidade é cerca de 50 vezes menor do que o carvão e 25 vezes menor que as plantas de gás natural. em breve). O combustível nuclear usado (lixo nuclear) pode ser manuseado adequadamente e descartado geologicamente sem afetar o meio ambiente de forma alguma.

Eles também estão seguros. A energia nuclear salvou um total de 1,8 milhão de vidas em toda a sua história apenas deslocando a poluição do ar que é conhecida como assassina. Isso inclui quaisquer mortes que a energia nuclear tenha sido responsável por seus acidentes.

Energia nuclear torna um país independente

Com a energia nuclear, muitos países podem se aproximar da independência energética. Ser “viciado em petróleo” é uma grande preocupação de segurança nacional e global por várias razões. Usando veículos elétricos híbridos elétricos ou plug-in (PHEVs) alimentados por reatores nucleares, poderíamos reduzir nossas demandas de petróleo em ordens de grandeza.

Além disso, muitos projetos de reatores nucleares podem fornecer calor de processo de alta qualidade, além da eletricidade, que pode ser usada para dessalinizar água, preparar hidrogênio para células a combustível ou aquecer bairros, entre muitos outros processos industriais.

Lixo nuclear

Quando os átomos se dividem para liberar energia, os átomos menores que são deixados para trás são freqüentemente deixados em estados excitados, emitindo partículas energéticas que podem causar danos biológicos. Alguns dos átomos mais longevos não decaem por centenas de milhares de anos. Esse lixo nuclear deve ser controlado e mantido fora do ambiente por pelo menos esse tempo. Projetar sistemas para durar tanto tempo é uma tarefa assustadora – um dos principais pontos de venda de grupos antinucleares.

Acidentes dramáticos

Três grandes acidentes ocorreram em usinas comerciais: Chernobyl, Three Mile Island e Fukushima.

Chernobyl foi uma explosão de vapor descontrolada que liberou uma grande quantidade de radiação no ambiente, matando mais de 50 pessoas, exigindo uma evacuação em massa de centenas de milhares de pessoas e causando até 4000 casos de câncer.

Three Mile Island foi um colapso parcial do núcleo, onde os níveis de refrigerante caíram abaixo do combustível e permitiram que parte dele derreter. Ninguém ficou ferido e muito pouca radiação foi liberada, mas a fábrica teve que fechar, fazendo com que a empresa operadora e seus investidores perdessem muito dinheiro.

Fukushima foi um apagão de estação causado por um enorme tsunami. Quatro plantas vizinhas perderam o resfriamento e o calor de decomposição derreteu os núcleos. A radiação foi liberada e o público foi evacuado. Estes três acidentes são muito assustadores e impedem muitas pessoas de se sentirem confortáveis com a energia nuclear.

Custo da energia nuclear

Usinas nucleares são maiores e mais complicadas do que outras usinas. Muitos sistemas de segurança redundantes são construídos para manter a planta operando com segurança. Essa complexidade faz com que o custo inicial de uma usina nuclear seja muito maior do que para uma usina a carvão comparável. Uma vez que a usina é construída, os custos com combustível são muito menores do que os custos com combustíveis fósseis. Em geral, quanto mais velha é uma usina nuclear, mais dinheiro seus operadores fazem. O grande custo de capital impede que muitos investidores concordem em financiar usinas nucleares.

E vocês? O que acham da energia nuclear?

Sobre o autor

Engenheiro eletricista, André sempre foi interessado em novas tecnologias. Na primeira década dos anos 2000, atuou como consultor tecnológico em empresas, ajudando as empresas a escolherem as melhores tecnologias para suas necessidades. Desde então, continuou estudando o assunto e hoje compartilha o que aprendeu e continua aprendendo através do site Tecnologia É.

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