Energia Nuclear, Notas de estudo de Engenharia Ambiental

Baixe Energia Nuclear e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Ambiental, somente na Docsity! Conteúdo 1 Introdução................................................................................................................................. 2 2 Processo de Produção de Energia.............................................................................................. 3 3 Energia nuclear no mundo......................................................................................................... 6 4 Energia nuclear no Brasil............................................................................................................ 7 5 Vantagens e Desvantagens ........................................................................................................ 12 6 Conclusão.................................................................................................................................. 15 7 Referências................................................................................................................................ 15 1. Introdução Atualmente, com todos os problemas ambientais que se tem vivenciado, torna-se cada vez mais necessário a criação de novas alterna�vas de geração de energia que causem o mínimo de impacto ambiental nega�vo possível. Todo meio de geração de energia possui vantagens e desvantagens. Porém, a energia nuclear, que é o tema deste seminário, vem ganhando cada vez mais importância e sendo cada vez mais u�lizada em todo o mundo, pois tem se mostrado uma das fontes energia mais limpas Energia nuclear é a energia con�da do núcleo dos átomos capaz de manter um equilíbrio entre os prótons e os nêutrons ali existentes (já que como prótons possuem a mesma carga, a tendência natural é eles se repelirem). Porém, por meio de uma reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos, esta pode vir a ser liberada. Isto porque alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emi�ndo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein – E = mc2), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia. Essa tecnologia permite aproveitar a energia nuclear liberada por meio destas reações, convertendo o calor emi�do na reação em energia elétrica. Isso pode acontecer controladamente em reator nuclear ou descontroladamente em bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emi�da. Os pontos principais da energia nuclear são: • não emissão de gases estufa; • as usinas necessitam de pouco espaço; • a eficiência é muito grande, já que é necessária pouca matéria prima para se obter uma grande quan�dade de energia; • permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia. Tudo começou quando Ernest Rutherford descobriu o núcleo atômico. Desde então ele já havia percebido que a estrutura dos núcleos poderia ser modificada a par�r do bombardeamento com par�culas rápidas. Logo depois, descobriu-se quais serão tais par�culas: os nêutrons. Mais tarde, Enrico Fermi passou a suspeitar que o núcleo de um átomo ficaria cada vez maior com a adição de nêutrons ao mesmo. Porém, Ida Noddak, foi a primeira a suspeitar que durante o bombardeamento de núcleos com nêutrons, esses poderiam se quebrar em pedaços, que são isótopos de elementos conhecidos: mesmo número de prótons, porém com diferente número de nêutrons. A fissão nuclear foi descoberta por O�o Hahn e Fritz Straßmann em Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e O�o Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons. A primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 1942 em um reator de grafite de nome Chicago Pile 1 (CP-1), no contexto do projeto "Manha�an" com a finalidade de construir a primeira bomba atômica, sob a supervisão de Enrico Fermi na Universidade de Chicago. Alguns elementos químicos, como o boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio, em barras metálicas, têm a propriedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter ainda um número de nêutrons superior ao existente em seu estado natural, resultando na formação de isótopos de boro e de cádmio. Estas são introduzidas no elemento combus�vel quando há necessidade de cessar a reação em cadeia produzida a par�r do bombardeamento de nêutrons. Portanto, quando as barras de controle estão totalmente para fora, o reator está trabalhando no máximo de sua capacidade de gerar energia térmica. Já quando elas estão totalmente dentro da estrutura do elemento combus�vel, o reator está “parado” (não há reação de fissão em cadeia). Os elementos combus�veis são colocados dentro de um grande vaso de aço, denominado vaso de pressão do reator. Este é montado sobre uma estrutura de concreto, com cerca de 5 m de espessura na base. Esse vaso também contribuiu para impedir a saída de material radioa�vo para o meio ambiente. As reações de fissão nuclear ocorrem na presença de água, pois esta é uma “barreira” para a radiação. Quando as reações de fissão nuclear ocorrem, a água a�nge temperaturas em torno de 320oC e não evapora (seu ponto de ebulição é 100oC, portanto, o normal seria que ela já �vesse virado vapor a essa temperatura), pois está sob uma pressão 157 vezes mais alta que a pressão atmosférica, graças a uma estrutura denominada pressurizador. Figura 1: Sistema de geração de energia nuclear. O sistema de geração de energia (Figura 1) é baseado em um circuito primário e um circuito secundário, para evitar a passagem de radiação para o meio ambiente, já que as águas do circuito primário e secundário não entram em contato, apenas trocam calor. Sendo assim, a água do circuito primário nunca sai do sistema e é extremamente radioa�va, já que está em contato direto com os elementos combus�veis. Como se pode analisar no esquema mostrado, a geração de energia é convencional, com a diferença que o vapor que move a turbina e consequentemente o reator elétrico, é gerado a par�r da energia liberada por reações nucleares: a água pressurizada do circuito primário com temperaturas maiores que 300oC entra em contato com a água não pressurizada do circuito secundário que não é pressurizada, e portanto, evapora a essa temperatura, gerando assim o vapor, que move a turbina a uma velocidade de 1.800 rpm. Esse vapor, depois de mover a turbina, passa por um condensador, onde é refrigerado pela água do mar, trazida por um terceiro circuito independente. A existência desses três circuitos impede o contato da água que passa pelo reator com as demais. Vale ressaltar que o vaso de pressão do reator e o gerador de vapor são instalados em uma grande “carcaça” de aço. Esse envoltório, construído para manter con�dos os gases ou vapores possíveis de serem liberados durante a operação do reator, é denominado contenção. Existe, ainda, um úl�mo envoltório, de concreto, reves�ndo a contenção: o próprio edi�cio do reator. Este tem a função principal de proteger contra impactos externos, como explosões, queda de aviões, entre outros. A ausência de estruturas de contenção, como as duas úl�mas citadas, em usinas de energia nuclear russas permi�u que material radioa�vo escapasse no acidente em Chernobyl. A contenção e o edi�cio do reator também contribuem para que não haja saída de material radioa�vo para o meio ambiente. 3. Energia nuclear no mundo Durante alguns anos a energia nuclear foi vista como a esperança da humanidade em uma energia pra�camente inesgotável, visto que 10 kg de óxido de urânio são capazes de produzir a mesma energia que 1 tonelada de petróleo e 1500 toneladas de carvão. Contudo, acidentes como o de Chernobyl, a falta de solução defini�va para o lixo e o alto custo frearam esse entusiasmo. O interesse pela energia nuclear voltou a crescer recentemente visto o volume de energia que se gera sem maiores emissões de poluentes, num espaço �sico reduzido. Outra questão que está trazendo a questão nuclear a foco é a necessidade do não agravamento do efeito estufa. A u�lização da energia nuclear está sendo tão produ�va que países como Itália estão retomando seus programas nucleares, a fim de se reduzir tanto os custos quanto as emissões geradas para a produção de energia. De acordo com IAEA – Agência Internacional de Energia Atômica – a capacidade nuclear instalada em 2009 (maio) era de 370.221 GWh. Em 2008 os EUA foram o país que mais gerou energia por fonte nuclear, sendo responsável por 32% da produção total de energia nuclear no mundo, enquanto que o Brasil foi responsável por apenas 0,52%. Gráfico 1: Geração de Energia Elétrica por Fonte Nuclear em GWh – 2008. Fonte: Nucleonics Week, Mar. 2009 Segundo o relatório Interna�onal Status and Prospects of Nuclear Power de dezembro de 2008 elaborado pela IAEA – Agência Internacional de Energia Atômica – existem atualmente 436 reatores comerciais em operação em 31 países que representam 2/3 da população mundial, sendo estes responsáveis por 14% da produção de energia elétrica no mundo, colocando a energia nuclear como a terceira maior fonte de energia, atrás do carvão e do gás natural. Dentre os maiores parques geradores, destacam-se os Estados Unidos com 104 unidades, a França com 59 reatores e o Japão com 55. Gráfico 2: Reatores em Operação por País. Fonte: AIEA, jan. 2009. Devido às vantagens energé�cas, econômicas e ambientais, 14 países, que representam metade da população mundial estão construindo 45 novos reatores com capacidade total de 39,88 GW. Gráfico 3: Reatores em Construção – Separados por País. Fonte: AIEA, Mai 2009. Atualmente no mundo, a par�cipação da energia nuclear ainda é pequena, se comparada com a grande quan�dade de centrais térmicas baseadas no carvão, principal matéria prima energé�ca do início do século, e do óleo, derivado do petróleo. Apesar disso, a energia nuclear vem aumentando seu percentual de par�cipação na geração de energia de vários países, como é o caso do Brasil. Mohamed El-Baradei, diretor geral da Agência Internacional de Energia Atômica declarou que atualmente cerca de 50 países visam ter fontes energé�cas nucleares, e que as potências em expansão querem mul�plicar o número de usinas em seu território. Muitos governos consideram a ampliação internacional da energia nuclear uma opção à mudança climá�ca e uma alterna�va às oscilações do preço dos produtos energé�cos, além de ser uma proteção à incerteza sobre os combus�veis fósseis, mas a iminente expansão da energia nuclear em todo mundo requer que os governos atuem com responsabilidade nessa empreitada. Alguns cien�stas e ambientalistas, tais como James Lovelock, tendo em vista a velocidade com que a temperatura da Terra está aumentando por causa da queima volumosa de combus�veis como carvão mineral, gasolina e gás natural, defendem a construção de mais usinas atômicas. Eles propõem a ampliação de usinas nucleares enquanto são procuradas e desenvolvidas outras soluções alterna�vas. As principais barreiras à opção nuclear dizem respeito à segurança das plantas, à deposição de rejeitos radioa�vos e à proliferação de armas nucleares, além dos custos de construção e manutenção. Porém estas barreiras vêm sendo diminuídas devido à u�lização de tecnologias, pesquisas intensas e novas gerações de geradores que aumentarão a segurança e diminuirá o custo, a fim de se obter o mínimo risco possível e convencer a população de que uma usina nuclear se conduzida de forma correta, pode ser uma excelente fonte de energia no futuro. 4. Energia nuclear no Brasil Em um cenário no qual a preocupação com o aumento do efeito estufa, a alta demanda energé�ca, os preços dos hidrocarbonetos e a busca pela segurança de suprimento energé�co crescem, a opção energia nuclear é repensada. Esta, apesar de não possuir uma boa reputação quando se trata da opinião pública, pode desempenhar papel importante nas próximas décadas na geração de energia elétrica, não só em termos de Brasil, mas mundialmente. O Brasil é eminentemente abastecido por energia hidrelétrica cuja geração representou mais de 90% do total. Espera-se um forte crescimento econômico até 2030, conforme dados do Interna�onal Energy Outlook 2008, e, da mesma forma, grande aumento do consumo de energia elétrica. A capacidade de geração de energia elétrica no Brasil está disposta no Gráfico 5 e na Tabela 1. Gráfico 5: Matriz de energia elétrica - Capacidade Instalada. Fonte: ANEEL, 2009. Tabela 1: Produção de energia elétrica por fonte (sistema interligado). Fonte: NOS,2009. Os planos de diversificação da matriz elétrica brasileira (conforme dados da Empresa de Pesquisa Energé�ca - EPE) prevêem além da construção de usinas com outras fontes de combus�vel, a construção de 4 a 8 usinas nucleares num horizonte até 2030, localizadas no nordeste e no sudeste do país. Definições de sí�os, �pos de reator e outras questões estão em estudos preliminares. Reservas de Urânio O Brasil possui boas reservas de urânio, com cerca de 5% do total mundial. Porém apenas 25% do seu território foi até agora prospectado (INB, 2006). A unidade de produção inicial foi em Poços de Caldas – MG, porém esta foi desa�vada em 1997. Hoje opera a unidade de Cae�té, em Lagoa Real (BA), a qual produz anualmente 400 t de concentrado de urânio, com projeto de duplicação em execução. Existe também uma mina, Itataia, em Santa Quitéria - CE, com minério associado ao fosfato, 11% de P2O5 e 998 ppm de U3O8 e na qual há possibilidade de Realizou também inspeções visando a obtenção de subsídios técnicos para análises dos referidos documentos e avaliação dos requisitos de segurança do projeto. Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto: Angra 1, 2 e 3 A Central de energia nuclear no Brasil situa-se no Rio de Janeiro, no município de Angra dos Reis, na praia de Itaorna, ocupando aproximadamente 3,5 km2. Esta central possui seu nome em homenagem ao pesquisador pioneiro e principal ar�culador de uma polí�ca nacional para o setor. Embora a construção da primeira usina tenha sido sua inspiração, o Almirante, nascido em 1889, não chegou a ver Angra 1 gerando energia, pois faleceu em 1976. Atualmente estão em operação as usinas Angra 1 (capacidade para geração de 657 megawa�s elétricos) e Angra 2 (1350 megawa�s elétricos). A usina de Angra 3, a qual será construída, será pra�camente uma réplica de Angra 2, porém adequada aos avanços tecnológicos ocorridos, e está prevista para gerar 1405 megawa�s. As Usinas de Angra 1 e de Angra 2 geram juntas o equivalente a 50 % do consumo de energia do Estado do Rio de Janeiro. Es�ma-se que, com a implantação de Angra 3, a quan�dade de energia produzida abastecerá 80 % do estado. ANGRA 1 Esta é a primeira usina nuclear brasileira. Ela entrou em operação comercial no ano de 1985, e gera energia suficiente para suprir uma capital como Vitória ou Florianópolis, com 1 milhão de habitantes. Esta usina opera com um reator do �po PWR (Pressurizer Water Reactor - reator à água pressurizada), que é o mais u�lizado no mundo. Esta primeira usina nuclear foi adquirida sob a forma de “turn key”, como um pacote fechado, que não previa transferência de tecnologia por parte dos fornecedores. A u�lização desta usina no decorrer dos anos também fez com que ela sofresse modificações, a fim de melhorar tecnologicamente e incorporar os avanços da indústria nuclear. Como, por exemplo, realizar a troca de dois dos principais equipamentos de Angra 1, os geradores de vapor. Com esses novos equipamentos, a vida ú�l de Angra 1 se prolongará e a usina estará apta a gerar mais energia para o Brasil. ANGRA 2 A usina de Angra 2 teve concedida a Licença de Construção em novembro de 1981. Porém somente em março de 2000 foi concedida a Autorização para Operação Inicial (AOI), ano em que se iniciou o inicio operacional da central nuclear efe�vamente. Ela é resultante de um acordo nuclear entre Brasil e Alemanha, evidenciando a transferência de tecnologia para o país, o que levou também o Brasil a um desenvolvimento tecnológico próprio, do qual resultou o domínio sobre pra�camente todas as etapas de fabricação do combus�vel nuclear. Esta usina possui o maior gerador elétrico do hemisfério Sul. Ela opera com um reator �po PWR e sua potência nominal é de 1350 MW, gerando energia suficiente para atender ao consumo de uma região metropolitana do tamanho de Curi�ba, com dois milhões de habitantes. Angra 2 contribui decisivamente com sua energia para que os reservatórios de água que abastecem as hidrelétricas sejam man�dos em níveis que não comprometam o fornecimento de eletricidade da região economicamente mais importante do país, o Sudeste. ANGRA 3 Esta será a terceira usina da Central Almirante Álvaro Alberto. As obras para sua construção estão paradas, aguardando a licença de uso do solo da Prefeitura Municipal de Angra dos Reis- PMAR para reinício. Es�ma-se que, uma vez retomada a obra, o prazo es�mado para a conclusão de Angra 3 é de 5,5 anos, com início na concretagem das fundações do edi�cio do reator (vale ressaltar que, além das obras civis, esta implantação também inclui a montagem eletromecânica, o comissionamento de equipamentos e sistemas e os testes operacionais). Pelo fato de a construção desta usina se basear na estrutura de Angra 2, grande parte do projeto de engenharia a ser u�lizado na nova usina está pronta. Este empreendimento apresenta, hoje, um progresso �sico de cerca de 30%. Serão necessários inves�mentos adicionais de R$ 8,56 bilhões (base dezembro de 2008), sendo que 70% dos gastos serão realizados no mercado nacional e apenas 30% no exterior. O local definido para sua implantação tem sido monitorado desde a década de 70 por meio de diversos estudos e programas ambientais, seguindo as principais normas e diretrizes estabelecidas pelos órgãos reguladores e fiscalizadores competentes. Es�ma-se que a usina de Angra 3 possuirá uma potência bruta elétrica de 1.405 MWe, podendo gerar cerca de 10,9 milhões de MWh por ano - energia equivalente a um terço do consumo do Estado do Rio de Janeiro – e será similar a Angra 2, em operação há cerca de 8 anos. Além das centrais existentes, há pretenção de avançar neste �po de produção de energia. Esta intenção é disposta no Quadro 1, um fragmento re�rado do site da Eletrobrás Termonuclear S.A. Quadro 1: Propostas para criação de novas usinas nucleares. NOVAS CENTRAIS Em julho de 2008, o Governo Federal criou o Comitê de Desenvolvimento do Programa Nuclear Brasileiro. A função do Comitê é fixar diretrizes e metas para o desenvolvimento do Programa e supervisionar sua execução. A ministra-chefe da Casa Civil, Dilma Roussef, coordena as a�vidades do comitê, e os Ministérios de Minas e Energia, da Ciência e Tecnologia, do Meio Ambiente, da Defesa e da Fazenda também estão representados. Em agosto do mesmo ano, Othon Luiz Pinheiro da Silva, secretário-execu�vo do Comitê e presidente da Eletronuclear, apresentou ao Presidente da República, Luiz Inácio Lula da Silva, os obje�vos e metas definidos pelo grupo. Na área de geração elétrica, para atender ao Plano Decenal de Energia (PDE 2007/2016), elaborado pela Empresa de Pesquisa Energé�ca (EPE) vinculada ao Ministério de Minas e Energia, a Usina Angra 3, com capacidade de produzir 1.405 MWe, deverá entrar em operação em maio de 2015, concluindo assim a implantação da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, em Angra dos Reis, no Rio de Janeiro. Já o Plano Nacional de Energia (PNE 2030) que subsidia o Governo na formulação de sua estratégia para a expansão da oferta de energia até 2030 aponta a necessidade de o sistema elétrico brasileiro ter mais 4.000 MWe de origem nuclear até 2025. O Comitê, então, apresentou ao Presidente Lula a proposta de construção de mais quatro usinas nucleares com capacidade de 1.000 MW cada, sendo duas no Nordeste e outras duas no Sudeste. Conforme a evolução futura da necessidade de expansão da oferta de eletricidade existe a possibilidade do acréscimo de mais duas usinas (2.000 MW) adicionais. Fonte: h�p://www.eletronuclear.gov.br/tecnologia 5. Vantagens e Desvantagens A energia nuclear, como todas as formas de energia, possui vantagens e desvantagens. Listando estas vantagens, podem ser citados os itens abaixo: • Não contribui para o efeito de estufa diretamente; • Não polui o ar com gases de enxofre, nitrogênio e par�culados; • Não u�liza grandes áreas de terreno, pois a central requer pequenos espaços para sua instalação; • Não depende da sazonalidade climá�ca (nem das chuvas, nem dos ventos); • Tem pouco ou quase nenhum impacto sobre a biosfera; • Conta com grande disponibilidade de combus�vel; • É a fonte mais concentrada de geração de energia; • A quan�dade de resíduos radioa�vos gerados é extremamente pequena e compacta; • A tecnologia do processo é bastante conhecida; • O risco de transporte do combus�vel é significa�vamente menor quando comparado ao gás e ao óleo das termoelétricas. • O urânio pode ser reprocessado e reintegrado ao processo Dentre os pontos posi�vos, pode-se dizer que o principal é a não contribuição para o agravamento do efeito estufa, uma vez que este �po de energia não libera gases com estas propriedades. Entretanto, os processos de construção de uma usina, extração e enriquecimento de urânio, armazenamento de rejeitos nucleares e a desa�vação de uma usina ao final de sua vida ú�l consomem energia. Logo, a realização destes processos contribui para a emissão de diversos gases, entre eles os gases de efeito estufa. Por outro lado, a energia nuclear também é desvantajosa em alguns aspectos. São eles: • Há a necessidade de armazenar o resíduo nuclear em locais isolados e protegidos; • Necessidade de isolar a central após o seu encerramento; • É mais cara quando comparada às demais fontes de energia; • Os resíduos produzidos emitem radia�vidade durante muitos anos; • Registram-se dificuldades no armazenamento dos resíduos, principalmente em questões de localização e segurança; • Pode interferir, mesmo que não seja de forma drás�ca, nos ecossistemas; • Há risco de acidente na central nuclear. pode ser considerada a mais segura entre as fontes de energia mais usadas. Um dos fatores que auxiliam nesta segurança é a automação deste �po de energia e a construção de reatores resistentes a impactos, tanto por fora quanto por dentro. 6. Conclusão A energia nuclear é uma fonte de energia que, como todas as outras, possui vantagens e desvantagens. Porém, este �po de energia nem sempre possui boa aceitação na sociedade, mais especificamente no Brasil, uma vez que o seu processo de produção de energia não é tão conhecido pela população em geral. Este desconhecimento do processo dá margens para que a energia nuclear seja vista como algo prejudicial, pois as no�cias veiculadas pela mídia, durante muito tempo, foram voltadas para as suas desvantagens. Até os dias de hoje, ainda há uma valorização muito grande dos acidentes passados e da disposição final dos seus resíduos pelos meios de comunicação social, o que não acontece em relação aos outros �pos de energia. Contudo, esta situação está mudando. Já existem diversos grupos, inclusive de ambientalistas, que defendem o seu uso, e a implantação de usinas nucleares está sendo vista como uma alterna�va de combate ao aquecimento global. Mesmo sendo uma fonte de energia com qualidades muito boas - como, por exemplo, o pouco consumo de água e conseqüentemente a preservação de reservas desta, a não u�lização de combus�veis fósseis e conseqüentemente a não geração de gases estufa, alta eficiência energé�ca, entre outras - não se deve defender a idéia de que essa é a melhor fonte de energia. O ideal para um país é que sua matriz energé�ca seja bem diversificada, já que a dependência de poucas formas de energia é prejudicial tanto para a economia quanto para o meio ambiente. No caso do Brasil, o an�go programa nuclear está sendo retomado como uma forma de complemento às usinas hidrelétricas, que predominam no país. Esta implantação pode ser considerada uma boa alterna�va para a diversificação da matriz energé�ca brasileira, desde que isto seja feito da melhor forma possível, administrando muito bem os seus resíduos. Uma matriz diversificada e bem estruturada, contando com muitas opções de geração de energia, contribui para o tão sonhado desenvolvimento sustentável por u�lizar recursos variados, evitando de alguma forma o desequilíbrio. Portanto, quando se fala de energia nuclear, não se deve agir com radicalismo, pois esta pode ser uma boa opção para o alcance desta diversidade. 7. Referências • GREENPEACE. Nuclear. Disponível em: <h�p://www.greenpeace.org/brasil/nuclear> Acesso em: 12 de dezembro de 2009. • COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. Apos�la Educa�va de Energia Nuclear. Disponível em: <h�p://www.cnen.gov.br/ensino/apos�las/energia.pdf> Acesso em: 12 de dezembro de 2009. • WORD COUNSIL OF NUCLEAR WORKERS. Nuclear News. 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