Vários futuros da energia nuclear

Por boa parte da era nuclear, o debate central da indústria foi como construir reatores. Uma pergunta mais básica vem agora à tona: os reatores que dominam a frota mundial deveriam ter sido o destino, afinal?

É uma pergunta estranha a se fazer sobre uma tecnologia comprovada. Os reatores de água pressurizada e de água fervente geram cerca de um décimo da eletricidade do mundo e quase um quarto de sua energia de baixo carbono. Acumularam milhares de reatores-ano de operação, ergueram vastas cadeias industriais de suprimento e sobreviveram a gerações de escrutínio regulatório. Por quase qualquer medida, estão entre as tecnologias de energia mais bem-sucedidas já colocadas em campo.

E, no entanto, considere a história por outro ângulo. Os projetos que movem as redes modernas foram concebidos nos anos 1950 e 1960. Seu combustível é prensado em pastilhas cerâmicas, selado em tubos de metal e resfriado por água mantida a cerca de 150 vezes a pressão atmosférica. Os detalhes melhoraram, mas a arquitetura subjacente seria de imediato familiar aos engenheiros que construíram os primeiros reatores comerciais há mais de meio século.

O fato marcante não é que os engenheiros continuem propondo alternativas. É que, após sessenta anos de avanços em ciência dos materiais, modelagem computacional, manufatura e química, a indústria permanece esmagadoramente ligada a uma única família de projetos — um campo que reinventou quase tudo, exceto a máquina em seu centro.

A explicação não é a estagnação. É que a tecnologia mais bem-sucedida raramente é a mais elegante. Costuma ser a que acumula o maior ecossistema.

À primeira era nuclear não faltaram ideias. Os engenheiros exploraram conceitos refrigerados a gás, a sódio, a água pesada, regeneradores e de sal fundido, entre outros. Mas os reatores de água leve desfrutaram de uma combinação decisiva de sorte e impulso: pegaram carona na propulsão naval, atraíram pesado investimento governamental, acumularam experiência operacional cedo e se tornaram o modelo em torno do qual reguladores, concessionárias, fornecedores de combustível e universidades se organizaram. Uma vez que esse ecossistema existia, um projeto rival já não competia contra outro reator. Competia contra toda uma civilização de expertise acumulada.

Hoje, um número crescente de empresas e programas de pesquisa está reabrindo questões que pareciam encerradas. Eles oferecem não uma visão de futuro, mas várias — cada uma voltada a uma fraqueza diferente do presente.

Um grupo argumenta que o reator nunca foi o problema. Por essa ótica, as dificuldades da indústria são de custo de construção e execução de projetos, e a solução não é reinventar a energia nuclear, mas simplificá-la. A GE Hitachi, a Holtec e outras estão construindo reatores de água leve menores, que conservam boa parte do ciclo de combustível existente, do arcabouço regulatório e da filosofia de operação, ao mesmo tempo que perseguem as economias da padronização e da fabricação modular. Aqui, o futuro da energia nuclear se parece muito com o seu passado, só que mais compacto e mais fácil de construir.

Um segundo grupo se concentra no combustível. Os reatores convencionais extraem menos de um por cento da energia trancada no urânio extraído antes de o combustível ser retirado de serviço. Isso é uma escolha, não uma falha: o ciclo de passagem única compra simplicidade e previsibilidade. Os reatores rápidos desafiam esse acordo. Ao operar com nêutrons de maior energia, conseguem extrair muito mais energia do mesmo combustível, encolhendo o estoque de rejeito transurânico de vida longa. O Natrium, da TerraPower, refrigerado a sódio, pertence em grande parte a essa tradição, assim como os muitos programas regeneradores que o antecederam.

Um terceiro grupo questiona a própria arquitetura. Por que o combustível nuclear deveria ficar como pastilhas sólidas dentro de barras de metal? Por que o refrigerante precisa correr sob pressão extraordinária? Por que não um sal fundido que permaneça líquido à pressão atmosférica e a temperaturas muito mais altas?

Essas perguntas remontam ao Molten Salt Reactor Experiment no Oak Ridge National Laboratory, nos anos 1960, que mostrou que um reator movido a sal líquido podia funcionar. A ideia então ficou em grande parte adormecida por décadas. Voltou com força. A maioria dos descendentes modernos usa sais de fluoreto — notadamente o FLiBe, uma mistura de fluoretos de lítio e berílio —, que operam quentes, mantêm o estado líquido em condições que derrotariam um reator convencional e prometem um caso de segurança construído sobre a química, e não sobre água armazenada sob pressão. Para seus defensores, o apelo não é só a eficiência, mas a elegância.

Mesmo dentro do mundo do sal fundido, porém, há discordância sobre o que vem a seguir.

Isso nos leva a uma das iniciativas mais ambiciosas hoje em curso: o Molten Chloride Reactor Experiment, ou MCRE — uma colaboração liderada pela Southern Company com a TerraPower, a CORE POWER e o Departamento de Energia dos Estados Unidos, que está sendo montada no Idaho National Laboratory. Onde a maioria dos conceitos de sal combina um espectro de nêutrons térmicos com sais de fluoreto, o MCRE persegue um espectro rápido usando sais de cloreto. Para um observador, a distinção soa obscura. Para um projetista de reatores, marca um conjunto diferente de prioridades: os sais de fluoreto herdam a visão de Oak Ridge; os sais de cloreto tentam estendê-la.

Um sistema rápido de cloreto promete dobrar vários traços atraentes em um único projeto — as altas temperaturas do sal fundido junto à economia de combustível de um reator rápido. Em princípio, poderia queimar material hoje tratado como rejeito, reduzir estoques de transurânicos de vida longa e espremer muito mais valor do urânio.

A expressão "em princípio" merece o peso.

O que torna o MCRE interessante não é o que seus engenheiros acreditam que ele possa fazer, mas o que admitem ainda não saber. Que um reator de cloreto consiga sustentar uma reação em cadeia não está em dúvida; a física resolveu isso há muito tempo. A questão em aberto é se o ecossistema ao redor pode ser feito funcionar. Os sais de cloreto quentes são selvagemente corrosivos para os metais estruturais. A fabricação do combustível ainda está sendo inventada — só recentemente a equipe de Idaho produziu os primeiros lotes de sal combustível de cloreto já feitos para um reator rápido, com dezenas mais necessários antes que o experimento sequer alcance a criticalidade. Alguns projetos se apoiam no cloro-37, um isótopo que mal existe em quantidades comerciais. Os instrumentos precisam sobreviver a condições diferentes de tudo o que há em um núcleo convencional, e os reguladores precisam julgar uma tecnologia quase sem precedente operacional.

Nesse sentido, o MCRE está entre os projetos mais honestos da energia nuclear avançada. É um experimento em escala reduzida e de prazo limitado em materiais, química e prova de conceito — não uma usina à espera — e não finge que as respostas já estão em mãos. Ele existe justamente porque não estão.

A lição mais profunda é que as sociedades celebram a invenção e subestimam o trabalho mais árduo de construir o ecossistema ao seu redor: a metalurgia, a química, as cadeias de suprimento, os marcos de licenciamento e os procedimentos operacionais — qualquer um dos quais pode afundar uma ideia de resto sólida.

O futuro da energia nuclear, portanto, dificilmente será um vencedor contra um campo de perdedores. As abordagens não estão resolvendo o mesmo problema. Os reatores de água leve oferecem confiabilidade comprovada; os pequenos reatores modulares prometem algo mais fácil de construir; os reatores rápidos extraem mais energia do mesmo urânio; os reatores de sal de espectro térmico perseguem uma arquitetura mais simples; os reatores de sal de espectro rápido tentam fundir vantagens que sempre viveram em mundos separados.

Alguns vão fracassar. Alguns só terão êxito em nichos. Uns poucos talvez refaçam a indústria. Por ora, ninguém sabe qual projeto cairá em qual categoria — e essa incerteza não é sinal de fracasso. É sinal de que a energia nuclear entrou em outra era de experimentação.

Por décadas, a pergunta definidora foi como construir reatores melhores. Cada vez mais, ela é se devemos construir reatores diferentes, afinal. A resposta decidirá não apenas o futuro da energia nuclear, mas se os próximos sessenta anos de desenvolvimento de reatores se parecerão em algo com os últimos.

Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional. CC BY 4.0
Sinta-se à vontade para compartilhar, adaptar e construir a partir dela — basta dar o crédito apropriado.