Energias Não Renováveis: Energia Nuclear

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Energias Não Renováveis: Energia Nuclear

Equipa 2

Turma 7

MIEM

Beatriz Marques Arcipreste

Inês Gabriela Nascimento Fonseca

José Henrique dos Santos Faria

Pedro Novo Gomes

Ricardo Almeida Sousa

Supervisor: Prof. Teresa Duarte

Monitor: Tiago Cabo

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Resumo

No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP foi-nos proposta a realização de um relatório sobre a Energia Nuclear com o intuito de desenvolver as nossas capacidades de elaboração e estruturação de um relatório, tal como a organização, pesquisa e condensação da informação.

O relatório encontra-se dividido em quatro subtemas com o objetivo de estudar ao pormenor a energia nuclear, para que possamos tecer as nossas conclusões relativamente à viabilidade desta fonte de energia em comparação a outras, inclusivamente as fontes de energia não renováveis.

O primeiro capítulo faz referência à descoberta da radioatividade e às reações nucleares de fissão e fusão, a nível atómico.

O segundo capítulo descreve o funcionamento de uma central nuclear, refere os dois tipos de reatores nucleares mais usados - o reator PWR e o reator BWR - e ainda dois projetos em desenvolvimento (ITER e NIF).

O terceiro capítulo analisa a energia nuclear na atualidade, mais concretamente a produção e consumo da energia nuclear no mundo e em Portugal.

E, por último, o quarto capitulo estuda a viabilidade económica e ambiental deste tipo de energia, assim como a sua aceitação na sociedade.

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Índice

Introdução ... 1

1. Reações Nucleares ... 2

1.1 Breve Referência Histórica ... 2

1.2 Cisão Nuclear ... 3 1.3 Fusão Nuclear ... 4 1.4 Urânio ... 5 1.4.1 Obtenção de Urânio ... 5 1.4.2 Enriquecimento de Urânio ... 6 1.4.3 Resíduos ... 6 2. Tecnologia Nuclear ... 8 2.1 Central Nuclear ... 8

2.2 Reatores de Cisão Nuclear ... 9

2.2.1 Reator PWR ... 11

2.2.2 Reator BWR ... 12

2.3 Reator de Fusão Nuclear ... 13

2.3.1 Projetos em Desenvolvimento ... 13

3. Energia Nuclear na Atualidade ... 15

3.1 Impacto da Energia Nuclear no Mundo ... 15

3.2 A Energia Nuclear em Portugal ... 20

4. Viabilidade da Energia Nuclear ... 21

4.1 Aspetos Económicos... 21

4.2 Aspetos Ambientais ... 23

4.3 Perspetivas para o futuro ... 24

4.4 Opinião Pública... 27

Conclusão ... 28

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Introdução

A eletricidade é vital para a vida moderna, uma vez que fornece a energia necessária para acompanhar o elevado desenvolvimento tecnológico atual, desde os aparelhos eletrónicos usados em nossas casas, às fábricas e meios de transporte.

A energia nuclear é uma clara alternativa aos combustíveis fósseis. Apesar de ser uma fonte não-renovável, a energia nuclear produz menor quantidade de gases poluentes (gases de efeito estufa, como metano, dióxido de carbono, etc.) tendo, portanto, menor impacto ambiental. Para além disso, o risco de transporte do combustível é significativamente menor quando comparado ao gás e ao óleo das centrais termoelétricas, para além deste combustível ser, tipicamente, menos dispendioso.

Apesar das vantagens, a utilização deste tipo de tecnologia para a produção de energia elétrica tem desencadeado, por parte de alguns organismos, inúmeras objeções, nomeadamente em Portugal, em que não estão em vista quaisquer planos de construção de uma central nuclear.

Qualquer fonte de energia tem as suas vantagens e desvantagens. Tendo isso em conta, o principal objetivo deste relatório é elencar as informações que permitem criar uma opinião acerca da viabilidade da energia nuclear no panorama de fontes energéticas atual.

Ao longo deste relatório, conseguimos também encontrar vários desafios aliciantes para qualquer engenheiro mecânico. Tanto no funcionamento das centrais nucleares atuais – aplicando conhecimentos de gestão, mecânica dos fluídos, metalurgia, entre inúmeros outros – como na criação das centrais do futuro, desde a otimização dos processos correntes ao desenvolvimento de novos – quiçá, recorrendo à fusão nuclear.

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ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS: ENERGIA NUCLEAR TURMA 7 EQUIPA 2

2 1. Reações Nucleares

1.1 Breve Referência Histórica

A radioatividade natural foi observada pela primeira vez por Henri Becquerel em 1896, quando verificou que sais de urânio eram capazes de marcar uma placa fotográfica. Becquerel percebeu que este fenómeno ocorria em todos os sais de urânio estudados e concluiu que era uma propriedade dos seus átomos. Mais tarde, conseguiu mostrar que os raios emitidos pelo urânio ionizam gases e podem ser afetados por campos eletromagnéticos (1).

As descobertas de Becquerel levaram ao aparecimento de inúmeras investigações sobre o tema da radioatividade. As mais importantes foram as de Pierre e Marie Curie, que descobriram o polónio e, mais tarde, o rádio, associando à radioatividade algumas propriedades terapêuticas (2). No ano seguinte, Enrico Fermi demonstrou que a transformação nuclear pode ocorrer em praticamente todos os elementos, quando irradiados com neutrões. Estas observações levaram à descoberta da fissão nuclear, alguns anos mais tarde. Durante as suas experiências, Fermi conseguiu também produzir elementos até então desconhecidos (3).

Curiosamente, a radioatividade artificial foi conseguida, em 1934, pela filha de Marie Curie, Irène Joliot-Curie, e o seu esposo, Frédéric Joliot, que conseguiram criar novos elementos radioativos ao irradiar elementos mais leves com núcleos de Hélio (4). As pesquisas do casal Joliot-Curie ajudaram uma equipa de cientistas alemães liderados por Otto Hahn a alcançar a fissão de Urânio, em 1938 – algo fundamental no processo de geração de energia nuclear (5, 6).

Durante a Segunda Guerra Mundial, a energia nuclear foi aproveitada para a vertente militar, o que levou à criação da bomba atómica. Após esta Guerra, já em 1951, foi ativado o primeiro reator nuclear a produzir energia elétrica, no estado de Idaho, Estados Unidos da América (7). Este reator produzia somente energia suficiente para o funcionamento da própria centra nuclear (8).

Apenas na década de 1960 é que começaram a operar reatores nucleares capazes de produzir energia para a população em geral. Desde essa década que a produção de energia nuclear tem oscilado entre períodos de proliferação e períodos de estagnação. Nos últimos anos, a procura para este tipo de energia tem vindo a ganhar alguma força, seja por preocupações ambientais ou pela disponibilidade de modelos cada vez mais sofisticados de reatores (7).

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1.2 Cisão Nuclear

A fissão ou cisão nuclear é um processo de produção de energia nuclear que consiste na divisão do núcleo de um elemento através da absorção de um neutrão. Apenas alguns elementos podem ser usados no processo de fissão, nomeadamente os que têm o seu número atómico e número de massa elevados e um número ímpar de neutrões no núcleo. Apenas três elementos possuem estas características e são estáveis o suficiente para serem armazenados durante um longo período de tempo: os isótopos de Urânio (U-233, U-235) e de Plutónio (Pu-239). Em elementos cujos núcleos tenham um número par de neutrões, a fissão só ocorre se o neutrão incidente tiver uma energia muito elevada, na ordem do milhão de eletrão-Volt (MeV) (9).

Quando um isótopo como o U-235 captura um eletrão, o seu núcleo torna-se relativamente instável e propenso a separar-se em 2 fragmentos com cerca de metade da massa original, como vemos nas figuras 1 e 2, e a libertar 2 ou 3 neutrões que podem repetir o processo noutros núcleos, dando origem a uma reação em cadeia. Esta divisão liberta quantidades enormes de energia, sob a forma de calor, sendo a maior parte (cerca de 85%) proveniente da energia cinética dos fragmentos de fissão, como vemos na tabela 1 (9). Abaixo encontram-se alguns exemplos das equações das reações de fissão do Urânio-235 (Figura 1) e uma representação visual de uma outra (Figura 2). Nestas reações, podemos observar uma diminuição de massa. No entanto, esta massa não se perdeu - foi transformada em energia. A diminuição da massa é proporcional ao aumento da energia através da equação , onde é a energia, é a massa e representa a velocidade da luz no vácuo (8, 10).

Figura 1: Hipóteses de Fissão do Urânio. (Fonte: Open Stax College. 2016)

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Tabela 1: Energia de Fissão (8)

Energia de cada fissão de U-235 = 200 MeV MeV Energia cinética do fragmento da fissão 166

Neutrões 5

Raios gama imediatos 7

Raios gama dos produtos da fissão 7

Partículas beta 7

Neutrinos 10

1.3 Fusão Nuclear

A fusão nuclear é outro dos processos de geração de energia nuclear. Como o nome indica, o objetivo deste processo é fundir dois isótopos de hidrogénio, que vão formar um átomo de hélio – figura 3. A fusão é um processo extremamente complexo e, por normalmente não ser possível devido à repulsão dos núcleos carregados positivamente, exige algumas condições especiais para ser bem sucedido (11).

A fusão nuclear ocorre naturalmente no Sol e nas estrelas, onde tanto a temperatura como a ação da força gravítica são bastante elevadas. Por isso, para alcançar a fusão bem-sucedida é necessário sujeitar os isótopos de Hidrogénio a uma temperatura de cerca de “100 milhões de graus Celsius e mantê-los a uma determinada pressão durante tempo suficiente para os núcleos se fundirem.”(11).

O objetivo das reações de fusão é atingir o ponto em que o processo é autossuficiente e apenas é necessário adicionar mais combustível (isótopos de Hidrogénio). Neste ponto, a energia emitida é cerca de quatro vezes superior à que é conseguida com a fissão (11).

Figura 3: Fusão Nuclear (Fonte: Wikimedia Commons. 2007)

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Neste processo, são consumidos os isótopos Deutério (encontrado naturalmente na água do mar) e Trítio (produzido num reator nuclear) que, depois de se fundirem, vão libertar neutrões que, por sua vez, reagem com uma placa de Lítio que envolve o núcleo do reator. Nesta reação são formados Trítio, que é reutilizado para alimentar o reator, e Hélio (11).

A fusão nuclear ainda não é usada para produzir energia elétrica por ser muito difícil desenvolver um reator capaz de aquecer o combustível à temperatura necessária e contê-lo durante tempo suficiente para a reação produzir mais energia do que consome. De momento, há duas hipóteses quanto à construção destes reatores: a primeira pretende usar campos magnéticos para conter o combustível, enquanto a segunda visa comprimir o combustível até uma densidade enorme através de lasers ou feixes de partículas (11).

1.4 Urânio

O urânio é um metal radioativo muito abundante na crosta terrestre. É cerca de 500 vezes mais abundante que o ouro e pode ser encontrado em rochas, no solo, em rios ou na água do mar. O Urânio encontra-se na proporção de quatro partes por milhão (ppm) no granito, 400 ppm em fertilizantes e 100 ppm em depósitos de carvão (10).

1.4.1 Obtenção de Urânio

Para obter o minério de Urânio, são usadas diversas técnicas, de entre as quais se destacam a mineração e a lixiviação In Situ.

A mineração pode ser subterrânea quando o Urânio se encontra muito abaixo da superfície ou a céu aberto quando os depósitos de minério se encontram próximos da superfície. Depois de obter o Urânio em bruto, este é esmagado, moído e dissolvido com um ácido (12).

Já a lixiviação In Situ consiste em bombear “uma solução lixiviadora no corpo do minério através de um furo, que circula através dos poros da rocha e o minério dissolvido é extraído através de um segundo poço.” A solução lixiviadora pode ser água, ácido sulfúrico ou bicarbonato de sódio, entre outras (13).

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6 1.4.2 Enriquecimento de Urânio

Depois deste processo, o Urânio é separado do resto da solução e extraído sob a forma de Óxido de Urânio (U3O8) concentrado, comummente designado por “yellowcake”. No entanto, o “yellowcake” não pode ser usado de imediato. Antes disso, precisa de ser enriquecido (10).

O enriquecimento é o processo que consiste em aumentar a concentração do isótopo U-235 em relação aos outros, porque este é o único isótopo de Urânio que pode ser usado para a fissão nuclear. Para este processo, o Óxido de Urânio precisa de estar no estado gasoso, pelo que é convertido em Hexafluoreto de Urânio (UF6), que se encontra no estado gasoso à temperatura ambiente (10).

Para o enriquecimento, podem ser usados diversos métodos, sendo que um dos mais comuns é o método de centrifugação, por ser relativamente barato e eficiente. Este método aproveita o facto de o isótopo U-235 ser ligeiramente mais leve que o U-238. Durante a centrifugação, a fração de UF6 que contém o isótopo mais pesado concentra-se junto da parede da centrifugadora, concentra-sendo que a fração que contém o mais leve aproxima-se do centro. O Hexafluoreto de Urânio que contém maior concentração de U-235 é, depois, extraído por um tubo para outra centrifugadora. Este processo é repetido várias vezes e, no final, o Hexafluoreto de Urânio é recolhido com um elevado nível de enriquecimento. No final, o Hexafluoreto de Urânio é aquecido e são-lhe adicionadas outras substâncias, de maneira a recuperar o Óxido de Urânio, agora enriquecido. Com este método, é possível extrair uma parte de Urânio de 500 partes de minério, sendo que este Urânio já pode ser utilizado para alimentar uma reação de fissão (8).

1.4.3 Resíduos

Com a constante utilização, o combustível nuclear vai chegar a um ponto em que deixa de poder ser utilizado. Por isso, entre 18 a 36 meses depois do início da sua utilização, o combustível usado é retirado do reator. Nesta altura, ainda emite radiação e calor e, por isso, é depositado numa piscina de arrefecimento que existe dentro da central nuclear, para os níveis de radiação emitidos diminuírem. Os resíduos radioativos podem ficar nesta piscina durante meses ou até anos, enquanto a água absorve o calor e protege da radiação. Após cerca de cinco anos, os resíduos podem ser transferidos para armazéns especializados (10).

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No entanto, é necessário decidir se os resíduos serão reaproveitados ou se vão ser armazenados definitivamente. Caso se decida reaproveitar o combustível, este vai ser dissolvido numa solução ácida para separar os constituintes originais dos que se formaram durante a fissão, usando uma técnica semelhante à usada anteriormente para separar o Urânio do minério (10).

Após as reações de fissão, o combustível é constituído por 96% do Urânio original, mas os elementos fissionáveis (U-235) apenas representam 1% deste. Os restantes são produtos formados nas reações, entre os quais se encontra Plutónio. Ao reaproveitar o combustível, podemos aumentar o rendimento do Urânio e do Plutónio, que são recursos não renováveis e, ao mesmo tempo, evitar a poluição ambiental através do lixo radioativo (10).

Caso não seja reciclado, o combustível nuclear é solidificado e armazenado em locais próprios para o efeito, visto que ainda não há maneira de ser descartado. No entanto, este não é um problema urgente, pois o volume de resíduos é relativamente pequeno e quanto mais tempo estiver armazenado, menor será a radiação que emite (10).

Vários países estão a estudar o problema dos resíduos radioativos, mas, de momento, não há nenhuma solução viável (10).

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8 2. Tecnologia Nuclear

2.1 Central Nuclear

As centrais nucleares são instalações que produzem eletricidade a partir do calor resultante das reações de fissão realizadas num ou mais reatores. Constituem um complexo industrial de grande dimensão, formado por vários edifícios destinados ao reator nuclear, ao armazenamento do combustível, às turbinas de geração de eletricidade e aos sistemas de emergência. O esquema seguinte mostra as diferentes partes de uma central nuclear (14).

Figura 4: Central Nuclear (Fonte: Flores, Pedro Tiago Marques. 2007)

1- Contentor

2- Reator

3- Bomba de alimentação 4- Pressurizador

5- Permutador de calor 6- Turbina

7- Alternador 8- Transformador

9- Condensador 10- Água de refrigeração

11- Bombas de alimentação 12- Torre de refrigeração 13- Rede elétrica 14- Consumidores

O calor provocado pela reação nuclear de fissão aquece a água circundante ao recipiente do reator [2] produzindo vapor de água. A turbina [6] converte a energia térmica do vapor de água em movimento que é utilizado pelo gerador [7] para produzir eletricidade. A energia elétrica é depois transferida pelo transformador [8].

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O condensador [9] permite arrefecer o vapor de água, passando-o de novo ao estado líquido. A água obtida é reenviada para o permutador de calor (14).

2.2 Reatores de Cisão Nuclear

Um reator nuclear pode ser definido como um “dispositivo com material cindível e outros materiais dispostos de tal modo que se possa manter uma reação em cadeia, isto é, tal que a produção de neutrões por cisão equilibre a perda de neutrões por absorção e fuga do reator.”(15). Os reatores nucleares possuem uma constituição básica comum, que é constituída por:

 Núcleo do reator – onde ocorre a reação de cisão nuclear em cadeia

 Moderador –tem como função reduzir a energia cinética dos neutrões da cisão (com velocidades da ordem de 20.000 quilómetros por segundo), de modo a que estes possam mais facilmente provocar cisões nucleares. Os reatores nucleares que não têm moderador são denominados de reatores a neutrões rápidos. Os reatores com moderador são denominados de reatores a neutrões térmicos;

 Refletor – rodeia o combustível nuclear, reduzindo a fração dos neutrões que tendem a escapar-se do reator;

 Barras de controlo – constituídas por substâncias muito absorventes de neutrões, que regulam o número de cisões por unidade de tempo. Boro e cádmio são bons materiais de controlo;

 Refrigerante – circula no interior e em redor do núcleo do reator e que tem a função de transferir para o exterior o calor gerado em resultado das cisões nucleares. O refrigerante pode ser água natural, água pesada, um metal líquido (sódio) ou gases (hélio ou dióxido de carbono). Na maioria dos casos, a água serve como moderador, refletor e refrigerante;

 Edifício de contenção – isola o combustível nuclear, de forma a evitar que as substâncias radioativas produzidas e as radiações emitidas cheguem ao exterior. (15,16)

Independentemente do tipo de reator nuclear que se considere, é necessário incluir na sua constituição:

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 Detetores de neutrões – permitem acompanhar o funcionamento do reator, designadamente a evolução da respetiva potência (proporcional ao numero de cisões por unidade de tempo) (16, 17).

A classificação dos reatores varia e geralmente depende dos seguintes aspetos: tipo de reação de fissão (térmica ou rápida), propósito do reator (reator nuclear, reator de investigação nuclear), tipo de moderador (água leve ou pesada, grafite, metal líquido) e tipo de construção (18). A tabela 2 apresenta de forma resumida os tipos de reatores mais usados no mundo, bem como a sua localização geográfica, tipo de combustível usado, material refrigerante e material moderador.

Tabela 2: Centrais nucleares em operação comercial em 2016 (13, 18, 19)

Tipo de reator Principais países Número Energia gerada (MW)

Combustível Refrigerante Moderador

Reator de água pressurizada (PWR) Estados Unidos, França, Japão, Rússia, China 291 272932 Urânio enriquecido

(UO2) Água leve Água leve

Reator de água em ebulição (BWR) Estados Unidos, Japão, Suécia 78 75208 Urânio enriquecido (UO2)

Água leve Água leve

Reator de água pesada pressurizada CANDU (PHWR) Canadá 49 24634 Urânio natural Água pesada Água pesada Light water graphite reactor (LWGR) Rússia 15 10219 Urânio enriquecido (UO2)

Água leve Grafite

Reator refrigerado a gás (GCR) Reino Unido 14 7720 U natural, Urânio enriquecido (UO2) CO2 Grafite Reator de neutrões rápidos (FBR) Japão,

Rússia 3 1369 PuO2, UO2 Sólido

líquido

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2.2.1 Reator PWR

Figura 5: Reator PWR (Fonte: Murty, K. Linga. 2013)

O reator PWR (do inglês pressurized water reactor) é um reator térmico, moderado a água leve, arrefecido com água pressurizada, de combustível sólido para produção de eletricidade. É o tipo de reator mais usado no mundo nomeadamente em França, Reino Unido, Rússia, Japão e Coreia do Sul (14).

A água leve é usada como refrigerante no circuito primário do reator PWR. Esta é bombeada sob alta pressão para o núcleo do reator onde é aquecida pela energia resultante da fissão nuclear (14). A pressão no refrigerador primário, cerca de 15–16 MPa, é mantida em circuito fechado por um pressurizador impedindo que a água entre em ebulição, mesmo a temperaturas de 320–350°C (17). A água aquecida no núcleo flui para o permutador de calor onde este transfere a energia térmica para o refrigerador secundário. A pressão e temperatura no circuito secundário são mais baixas, geralmente de 6,2 MPa e 275°C, respetivamente. O vapor gerado no refrigerador secundário flui para as turbinas, que estão acopladas a um alternador, gerando eletricidade. O vapor é levado para o condensador, onde é convertido em líquido de modo a poder ser transportado de volta para o permutador de calor (ver figura 5) (14).

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12 2.2.2 Reator BWR

Figura 6: Reator BWR (Fonte:Murty, K. Linga. 2013)

O reator BWR (do inglês

boiling water reactor) é um reator térmico, moderado a água leve, arrefecido com água em ebulição, de combustível sólido para produção de eletricidade.

O princípio de funcionamento é semelhante ao do PWR, mas sem o permutador de calor uma vez que só existe um circuito de água para transmitir energia. O BWR funciona a pressão mais baixa (cerca de 7MPa) e a temperaturas de cerca de 290-330°C, o que permite que a água no reator entre em ebulição dando origem a vapor radioativo, que é diretamente utilizado na produção de energia elétrica pela turbina (Ver figura 6) (14, 18).

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2.3 Reator de Fusão Nuclear

Durante mais de 50 anos, cientistas estudaram métodos para imitar o processo de fusão que ocorre no núcleo do sol e outras estrelas, no qual o hidrogénio é transformado em hélio. A abundância de hidrogénio e deutério no mar é tão grande que irá durar mais do que qualquer outra fonte de energia não-renovável para qualquer taxa de crescimento populacional: 1 litro de água do mar contém deutério com energia equivalente a 300 litros de gasolina, o que torna este processo economicamente atraente. Este processo não liberta partículas radioativas nem gases poluentes, uma vez que o gás formado (hélio) é um gás inerte (19).

Como foi explicado ao longo do capítulo 1, as reações nucleares ocorrem a temperaturas elevadíssimas uma vez que envolvem a fusão de dois elementos leves para formar um elemento mais pesado, com energia a ser libertada durante a reação. Para que o deutério e o trítio se fundam é necessária uma temperatura na ordem dos 100,000,000° C – algo próximo da temperatura do Sol (20).

2.3.1 Projetos em Desenvolvimento

Neste momento existem dois reatores que parecem ser mais prometedores em termos de resultados desde a descoberta da fusão, são eles o reator de Confinamento Magnético no International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) em França, e o reator de Confinamento Inercial, uma tecnologia recente, no National Ignition Facility (NIF) em Livermore nos EUA (21).

No ITER, ainda em construção, “a fusão vai basear-se no conceito de Tokamak de confinamento magnético (ver figura 7), no qual o plasma é contido numa câmara de vácuo em forma de donut. O combustível é uma mistura de deutério e trítio, que aquecidos atingem temperaturas de 150 milhões de graus Celsius, até formar um plasma quente. Os intensos campos magnéticos são produzidos por bobinas supercondutoras que rodeiam a estrutura interna e permitem conter o plasma para que ele não toque na estrutura do Tokamak.” (21).

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1- Sistema magnético 2- Câmara de vácuo;

3- Cobertura 4- Diversor

5- Sistema de diagnóstico 6- Aquecimento externo 7- Crióstato

Prevê-se que os sistemas do Tokamak irão produzir em média cerca de 500MW de calor durante um ciclo do plasma e mais de 1000MW durante a fase de queima do plasma (22).

Já no reator de confinamento inercial no NIF “o aquecimento para as reações é feito através de lasers muitos potentes, em que os sinais são amplificados milhões de vezes e são concentrados num único ponto dentro do reator, o chamado alvo. Este alvo é uma cápsula de combustível de tamanho reduzido, que contém uma mistura de deutério e de trítio. Quando o alvo é penetrado pelos vários lasers é sujeito a uma grande pressão, aquece muito rapidamente o que conduz à fusão dos elementos.” (21).

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3. Energia Nuclear na Atualidade

3.1 Impacto da Energia Nuclear no Mundo

A partir do ano de 1940 e durante a 2ª Guerra Mundial, a tecnologia nuclear era utilizada com o propósito de produzir bombas e armas nucleares. No entanto, por volta de 1950, a tecnologia nuclear passou a ser utilizada na produção de energia elétrica. Nos dias de hoje, a eletricidade produzida através da fissão nuclear é superior à eletricidade gerada pela combinação de todos os recursos disponíveis no início da produção da energia nuclear. A energia nuclear utilizada para meios civis pode agora satisfazer quase 11,5% das necessidades elétricas globais, a partir de reatores distribuídos por 31 países. Efetivamente, ao longo da rede de produção, muitos mais países, para além desses, dependem da energia nuclear. Para além disso, muitos países também construíram reatores de pesquisa para produzirem neutrões destinados à investigação científica e à produção de isótopos medicinais e industriais (23).

Hoje, 55 países possuem em funcionamento cerca de 245 reatores nucleares de investigação, onde mais de um terço desses reatores se situa em países em desenvolvimento e 31 países possuem 447 reatores nucleares que produzem energia para fins comerciais com mais de 390 000 MWe. A potência elétrica gerada por estes reatores é mais do que três vezes superior à capacidade de produção elétrica da Alemanha e da França a partir de todos os recursos disponíveis. Ainda assim, 60 reatores nucleares ainda se encontram em construção e outros 160 estão projetados para serem construídos, que produzirão mais de metade da eletricidade que é produzida atualmente (23).

No gráfico seguinte pode-se verificar o aumento da energia elétrica produzida na Europa, América do Norte e no este da Ásia. Nos CIS (Comunidade dos Estados Independentes - formada por 11 países que pertenciam à república soviética) é notório o ligeiro crescimento na produção enquanto que noutras regiões a energia nuclear é quase inexistente (23).

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Figura 8: Produção Eletricidade Através de Energia Nuclear no Séc.XX

(Fonte: World Nuclear Association. 2016)

Em 16 países, pelo menos 25% da energia nuclear por eles produzida é necessária. Outros países, como por exemplo, a França utiliza 75% da eletricidade gerada pela energia nuclear. No entanto, países como a Bélgica, República Checa, Finlândia, Hungria, Eslováquia, Eslovénia, Suíça, Ucrânia e Eslovénia consome mais de um terço. No que diz respeito à Bulgária e à Coreia do Sul, normalmente, 30% da eletricidade é proveniente da energia nuclear. Enquanto isso, nos Estados Unidos da América, Reino Unido, Espanha, Rússia e Roménia apenas 20% da energia produzida é nuclear. O Japão é um dos países que habitualmente depende da energia nuclear para produzir mais de 25% da sua eletricidade. Por fim, os países que não possuem centrais nucleares no seu território, como por exemplo, Itália e Dinamarca, 10% da energia consumida é energia nuclear (23).

Em seguida, segue-se a análise dos países e zonas que se encontram mais envolvidos na produção de energia nuclear:

China

De acordo com o governamento chinês, o país pretende aumentar a capacidade de produção de energia nuclear para 58 GWe e para mais 30 GWe até 2021 com a construção de mais reatores. Desde 2002, a China produzia energia nuclear a partir de 30 novos reatores e cerca de 20 novos reatores estão em construção (23).

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Índia

No que diz respeito à política energética da Índia, presume-se que, até 2020, a capacidade de produção de energia nuclear se encontre em 14.5 GWe. Para além disso, encontram-se em construção 5 reatores. O país possui também um programa que pretende, possivelmente, utilizar as reservas abundantes de Tório do país como combustível dos reatores nucleares (23).

Rússia

Este país pretende que, até 2020, a sua capacidade de produção seja de 30.5 GWe. Por isso, a Rússia está a construir uma central nuclear flutuante com conclusão prevista para 2018. Deste modo, a Rússia encontra-se no topo da exportação de reatores nucleares e na vanguarda da construção e financiamento de novas centrais não só na Rússia, como em vários países (23).

Europa

Da Europa destacam-se a França e Finlândia que atualmente se encontram em expansão no que toca a centrais nucleares. Alguns países de leste, como a Bulgária, a Hungria, a Eslováquia, a Eslovénia, na Turquia e a República Checa, estão a projetar a construção de novas centrais nucleares ao mesmo tempo que outras já se encontram em construção (23).

Na Suécia, os reatores mais antigos estão a ser desativados e o governo sueco investiu numa extensão da “vida útil” dos reatores. Da mesma maneira, outros países como a Hungria, Eslováquia e Espanha estão a implementar ou pretendem implementar o mesmo sistema nas suas redes de centrais nucleares. Pelo contrário, a Alemanha que, inicialmente, tinha aceitado a extensão da “vida útil” dos reatores, depois do acidente nuclear de Fukushima em 2011, está agora num processo de desmantelamento de reatores que pretende estar concluído até 2023 (23).

Estados Unidos

No momento, nos EUA estão em construção quatro novos reatores nucleares. Neste país, nos últimos 15 as medidas tomadas levaram a um aumento da produção também devido à construção de 19 novas centrais nucleares que produzem 1000 MWe (23).

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América do Sul

Os principais países da América do Sul como a Argentina e o Brasil são detentores de reatores nucleares geradores de energia elétrica, pelo contrário, o Chile ainda não possui nenhum reator destinado à produção de energia nuclear para fins comerciais, apenas para efeitos de investigação (23).

Coreia do Sul

A Coreia do Sul, possui, no momento, três reatores nucleares e prevê a construção de oito novos reatores (23).

Ásia

Atualmente, o Vietnam, A Indonésia e a Tailândia são países do sudoeste asiático que ainda não possuem nenhuma central nuclear, contudo, o Vietnam pretende ter uma central em funcionamento em 2028, para tal, o Japão e a Rússia estão a trabalhar em conjunto (23).

No sul da Ásia, o Bangladesh também em conjunto com a Rússia está a construir a primeira central nuclear, assim como o Paquistão em cooperação com a China construiu cinco reatores nucleares (23).

Devido às reservas de Urânio, o Cazaquistão em conjunto com a Rússia, estão a desenvolver reatores não só para o próprio país como também para exportação (23).

Médio Oriente

Nos Emirados Árabes Unidos, estão em produção quatro reatores nucleares com a potência de 1450 MWe. O Irão deu início à operação do seu primeiro reator. No mesmo sentido, a Arábia Saudita e o Egipto estão em vias de implementar reatores nucleares (23).

África

Neste continente, a África do Sul pretende em aumentar a sua capacidade de energia nuclear para 9600 MWe. Enquanto isso, a Nigéria pretende iniciar um plano para a construção de dois reatores nucleares com capacidade de produção de 1000 MWe (23).

(22)

No gráfico é possível verificar a potência nuclear produzida em cada país:

Figura 9: Produção de Energia Nuclear em 2015. (Fonte: Wolrd Nuclear Association 2016)

(23)

20 3.2 A Energia Nuclear em Portugal

De acordo com Pedro Sampaio Nunes, ex-secretário de Estado da Energia, em Portugal, “a energia nuclear está morta e enterrada”. Pela sua perspetiva, não era justificável a construção de centrais nucleares, depois do forte investimento que foi feito nas eólicas. Então, para o secretário de estado, a aposta do estado deveria ser na energia solar fotovoltaica, que nos últimos anos reduziu cinco vezes os seus custos. Assim, “Portugal poderia exportar energia solar para o norte da Europa”(24).

Apesar de Portugal não possuir centrais nucleares, não significa que não possa ser afetado por acidentes nucleares que podem, eventualmente, acontecer em Espanha, como por exemplo, na central nuclear espanhola de Almaraz (24).

Mesmo assim, existem mecanismos de cooperação entre os dois países que têm permitido monitorizar o funcionamento da central nuclear de Almaraz, tal como a Comissão Europeia tem feito através de testes de segurança a que tem sido sujeita (25). Contudo, o governo português tem tomado medidas que procuram evitar que tais acidentes ocorram (25).

«É com muita satisfação que participamos na cerimónia de formalização deste

protocolo, que vem promover mais um estreitamento das relações entre Portugal e Espanha nesta matéria, numa lógica de articulação e cooperação, atendendo ao interesse mútuo de ambas as partes para o melhor desempenho de suas funções e deveres no que diz respeito à cooperação em emergências nucleares e radiológicas, nomeadamente no que respeita à troca de informação de parâmetros radiológicos em situações de emergência, assim como em matéria de vigilância radiológica ambiental»

Secretário de Estado do Ambiente, Paulo Lemos

Assim, este protocolo procura a colaboração entre os dois países ibéricos para estabelecer mecanismos de resposta a potenciais acidentes nucleares que podem ter impacto tanto para Portugal como para Espanha, pelo que é suposto o intercâmbio de informações sobre os planos e resultados da vigilância de radioatividade (25).

(24)

4. Viabilidade da Energia Nuclear

4.1 Aspetos Económicos

Os custos associados à produção de energia são difíceis de escrutinar devido complexidade de fatores que os envolvem, aliás, as opções mais viáveis economicamente para cada país apenas podem ser avaliadas tendo em conta a sua localização e, consequentemente, o acesso aos diferentes recursos e também as leis em vigor em relação aos impostos aplicados às emissões de carbono (26).

A indústria da energia nuclear tem um papel importante na criação de empregos e no crescimento económico, apresentando um impacto financeiro de curto e longo prazo. A construção de centrais nucleares implica, tipicamente com o contributo de vários países, projetos dispendiosos de grandes infraestruturas, cujos custos são muito elevados.(26) Porém, este investimento é depois compensado pelo relativamente baixo custo de manutenção e expansão, o que é visível na figura 10, onde observamos que os investimentos após a fase de construção são drasticamente menores (27).

(25)

22

Aliás, devido também ao baixo custo da produção de energia recorrendo a materiais nucleares, este processo pode apresentar custos competitivos em relação a alternativas

que utilizam combustível fóssil, como ilustra a figura 11. Para além disso, as centrais nucleares não apresentam flutuações notórias dos preços

de produção, havendo um baixo risco de inflação. De facto, a nível económico, os fatores de risco em relação à competitividade desta energia são os incentivos financeiros dados à produção de energia por fontes renováveis (energia solar, eólica, hidráulica, etc.) e o baixo custo do gás natural, assim como a taxação mais elevada da própria energia nuclear, devido ao estigma que a envolve (27).

Figura 11: Custo médio da produção de eletricidade em diferentes países (Fonte: World Nuclear Association. 2016)

Nos últimos 50 anos, têm sido feitos investimentos substanciais em Investigação e Desenvolvimento (I&D) no ramo da produção de energia, e grande parte desse investimento foi diretamente para a energia nuclear.

Atualmente, há cerca do dobro de investimento em I&D no ramo das energias renováveis do que no ramo da energia nuclear, no entanto, estas têm menos por descobrir e menos potencial para aumentar o fornecimento de energia a curto prazo quando comparadas à energia nuclear (26).

(26)

4.2 Aspetos Ambientais

O aquecimento global é, possivelmente, o maior problema ambiental da atualidade. No espetro da produção de eletricidade, a energia nuclear aproxima-se das energias renováveis - hidráulica, solar, eólica, etc. - no que respeita às emissões de gases de efeito de estufa, aliás, o impacto ambiental da energia nuclear aproxima-se ao das energias renováveis na maioria dos aspetos (28).

A energia nuclear poderá ser vista como eco-friendly, na medida em que não contribui para o aquecimento global da mesma forma que os combustíveis fósseis. No entanto, a produção de energia utilizando materiais nucleares não é totalmente isenta de produção de carbono. Os processos adjacentes ao funcionamento da central nuclear, desde a extração mineira, a construção da central, o enriquecimento do urânio e, até, o tratamento dos resíduos, levam de forma direta ou indireta, à produção de gases de efeito de estufa. Não obstante, de todo este processo retiram-se valores de produção destes gases semelhantes àqueles obtidos quando se estuda a produção de energia por fontes de energia renováveis, e bastante inferiores àqueles referentes ao uso de gás natural, petróleo e carvão (29).

Contudo, como é tratado no tópico seguinte, a energia nuclear ainda é associada a problemas ambientais, principalmente devido à questão da radioatividade. Já o uso do carvão, por exemplo, é associado apenas à emissão de carbono, chuvas ácidas e eventuais acidentes no processo de extração. Surpreendentemente, vários estudos realizados comprovam que, de facto, o uso do carvão na produção de eletricidade origina uma maior quantidade de resíduos radioativos do que os materiais nucleares, aliás, a radiação resultante das cinzas de combustível pulverizado (derivado do carvão) é cem vezes maior àquela propagada pelo recurso à energia nuclear, para a mesma quantidade de energia produzida. Apesar da quantidade de radiação emitida pelo uso do carvão ser ainda pouco passível a ter consequências na saúde da população, esta comparação desmistifica a visão da energia nuclear como um antro de radiação (30).

(27)

24 4.3 Perspetivas para o futuro

Hoje em dia existem cerca de 440 centrais nucleares em funcionamento espalhadas por 31 países. Estas, em 2014, forneceram mais de 11% da energia total no mundo. Atualmente, estão a ser construídas 60 centrais nucleares em 13 países, entre os quais se destacam a China, Coreia do Sul, Emirados Árabes Unidos (UAE) e a Rússia, tal como mostra a tabela 3 (31).

Tabela 3: Centrais Nucleares Em Construção (31)

Start † Reactor Type Gross MWe

2016 India, NPCIL Kudankulam 2 PWR 950

2016 India, NPCIL Kakrapar 3 PHWR 640

2016 India, Bhavini Kalpakkam FBR 470

2016 Russia, Rosenergoatom Novovoronezh II-1 PWR 1070

2016 USA, TVA Watts Bar 2 PWR 1180

2016 China, CNNC Sanmen 1 PWR 1250

2016 China, SPI Haiyang 1 PWR 1250

2016 China, CNNC Changjiang 2 PWR 650

2016 China, CNNC Fuqing 3 PWR 1080

2016 China, CGN Fangchenggang 2 PWR 1080

2016 India, NPCIL Rajasthan 7 PHWR 640

2016 Pakistan, PAEC Chashma 3 PWR 300

2017 Slovakia, SE Mochovce 3 PWR 440

2017 Russia, Rosenergoatom Pevek FNPP PWR x 2 70 2017 Russia, Rosenergoatom Leningrad II-1 PWR 1070

2017 UAE, ENEC Barakah 1 PWR 1400

2017 China, CGN Taishan 1 PWR 1700

2017 China, CGN Taishan 2 PWR 1700

2017 China, CNNC Sanmen 2 PWR 1250

2017 China, SPI Haiyang 2 PWR 1250

2017 China, CGN Yangjiang 4 PWR 1080

2017 China, China Huaneng Shidaowan HTR 200

2017 China, CNNC Tianwan 3 PWR 1060

2017 Russia, Rosenergoatom Rostov 4 PWR 1200

2017 Korea, KHNP Shin-Kori 4 PWR 1350

2017 Korea, KHNP Shin-Hanul 1 PWR 1350

2017 India, NPCIL Kakrapar 4 PHWR 640

2017 India, NPCIL Rajasthan 8 PHWR 640

(28)

2018 Russia, Rosenergoatom Novovoronezh II-2 PWR 1070

2018 Slovakia, SE Mochovce 4 PWR 440

2018 France, EdF Flamanville 3 PWR 1600

2018 Finland, TVO Olkilouto 3 PWR 1720

2018 Korea, KHNP Shin-Hanul 2 PWR 1350

2018 Brazil Angra 3 PWR 1405

2018 Argentina Carem25 PWR 27

2018 China, CNNC Tianwan 4 PWR 1060

2019 USA, Southern Vogtle 3 PWR 1200

2019 USA, SCEG Summer 2 PWR 1200

2019 China, CGN Hongyanhe 5 PWR 1120

2019 Romania, SNN Cernavoda 3 PHWR 720

2020 Russia, Rosenergoatom Leningrad II-2 PWR 1070

2020 China, CGN Hongyanhe 6 PWR 1120

2020 China, CGN Ningde 5 PWR 1150

2020 Romania, SNN Cernavoda 4 PHWR 720

† Latest announced year of proposed commercial operation

Todos os anos a Agência Internacional de Energia (IEA) da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico (OECD) avalia a situação presente, principalmente cenários de redução da emissão de carbono. Assim, prevê-se e luta-se por uma constante diminuição dos valores dessa mesma emissão, para que no futuro os impactos negativos não sejam tão significativos (31).

É esperado um crescimento acentuado da instalação da energia nuclear de cerca de 60% até 2030/2040, com uma especial concentração na China. Apesar deste comportamento, receia-se que a percentagem de energia nuclear utilizada em relação às outras energias aumente apenas 12% (31).

(29)

26

que num futuro distante. Consequentemente, haverá uma redução da dependência energética de alguns países que importem uma quantidade substancial de energia (31). Preservar as necessidades das gerações futuras é uma prioridade e, no caso da energia nuclear, os recursos utilizados podem ser rentabilizados ao serem reutilizados, isto porque, após o seu uso para a produção de eletricidade, o combustível nuclear contém ainda quantidades de urânio e plutónio que podem ser usadas novamente no processo. Assim, a reutilização será um novo processo a ser adotado pelas centrais nucleares (28).

Numa conferência, em Londres,o diretor geral da Agência Internacional da Energia Atómica (IAEA) Yukiya Amano referiu “os nossos laboratórios de aplicações nucleares estão a centrar-se em trabalhos pioneiros relacionados com a saúde humana e animal, a segurança alimentar, a agricultura e com a monitorização ambiental”, ou seja, haverá uma aposta em diferentes ramos para além do da energia, para que alguns dos principais problemas relacionados com a energia nuclear sejam resolvidos. Salientou ainda que as suas “últimas projeções mostram um crescimento regular do número de centrais nucleares no mundo nos próximos 20 anos” e que “países tão diversos como o Vietname, Bangladesh, Polónia e Bielorrússia são propícios a construir as suas primeiras centrais nucleares” (32).

Em geral, haverá um aumento da produção e distribuição de energia nuclear, causado pelo crescimento da procura, pelas preocupações relacionadas com as alterações climáticas e pela dependência da sociedade em energias não renováveis, que causará uma dinamização da economia nesta área específica.

(30)

4.4 Opinião Pública

Após os acontecimentos de Fukushima e Chernobyl, cresceu entre a população mundial um certo estigma em relação à energia nuclear e aos seus perigos ambientais e de saúde pública. Aliás, a sua relevância no leque de processos de produção de energia é posta em causa pela sociedade, como vemos na figura 12 (28).

De facto, as centrais nucleares são responsáveis por resíduos radioativos, no entanto, tal como vimos no tópico anterior, esta não se propaga em quantidades nocivas para a população (28).

Para além disso, a energia nuclear é ainda associada às armas nucleares, existindo um receio inerente à dispersão de material nuclear para aplicações militares (28).

A má reputação que assola a energia nuclear tem vindo a diminuir tendo em conta a escassez de acidentes nos últimos tempos, no entanto, esta ainda está presente, e pode influenciar os governos locais a optar por outros processos mais desvantajosos devido à pressão popular (28).

O medo de se instalar alguma instabilidade social em torno da decisão, que acompanhará a população durante algumas décadas, poderá ser um grande dilema político gerado pela falta de informação dada à população em relação aos aspetos reais Figura 12: Aceitação social das diferentes fontes de energia

(31)

28 Conclusão

Muitos governos por todo o mundo estão a apostar na energia nuclear para resolver o problema das alterações climáticas, a maior ameaça ambiental do século XXI.

As centrais nucleares produzem muito menos resíduos em comparação com as centrais termoelétricas que recorrem a combustíveis fósseis. Contudo, produzem-se resíduos radioativos cuja gestão exige um sistema especial de controlo, complexo e dispendioso, para além de os custos da construção das centrais serem elevados e poderem ser alvo de flutuações. Não obstante, o preço da produção de energia através de material nuclear é competitivo, não só em relação às fontes de energia renováveis, como também aos combustíveis fósseis.

Aliada à proximidade de custos em relação a outras fontes de energia, mesmo que mais poluentes, a preocupação social acerca da segurança da energia nuclear implica, por vezes, a descrença na mesma por parte dos responsáveis governamentais – assim, o setor da energia nuclear terá que se desenvolver no sentido de corresponder às expectativas ambientais e de saúde pública da população, recorrendo a medidas de segurança mais evoluídas, e conter os custos de produção de energia e construção das centrais, eliminando as flutuações dos investimentos necessários para que rivalize seriamente com os combustíveis fósseis a um nível financeiro.

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Energias Não Renováveis: Energia Nuclear