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Energia Nuclear | Capítulo 8

Parte I Fontes não-renováveis

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Capítulo 8 | Energia Nuclear Box 8

O ciclo do combustível nuclear

O valor do minério urânio está na característica do átomo que o compõe: o átomo de urânio (U), primeiro elemento químico da natureza em que se descobriu a capacidade de radiação (ou emissão e propagação da energia de um ponto a outro). Essa radiação, se descontrolada, pode provocar os acidentes nucleares. Se bem utilizada, é aplicada em atividades importantes e até mesmo vitais, como a medicina.

A maior aplicação do átomo de urânio é em usinas térmicas para a geração de energia elétrica – as chamadas usinas termonucleares. De uma maneira muito simplificada, neste caso o núcleo do átomo é submetido a um processo de fissão (divisão) para gerar a energia. Se a energia é liberada lentamente, manifesta-se sob a forma de calor. Se é liberada rapidamente, manifesta-se como luz. Nas usinas termonucleares ela é liberada lentamente e aquece a água existente no interior dos reatores a fim de produzir o vapor que movimenta as turbinas.

As usinas termonucleares são dotadas de uma estrutura chamada vaso de pressão, que contém a água de refrigeração do núcleo do reator (onde fica o combustível nuclear). Essa água, altamente radioativa, circula quente por um gerador de vapor, em circuito fechado, chamado de circuito primário. Esse circuito primário aquece uma outra corrente de água que passa pelo gerador (circuito secundário) e se transforma em vapor, acionando a turbina para a geração de energia elétrica. Os dois circuitos não têm comunicação entre si.

Pesquisadores buscam obter energia também a partir da fusão do núcleo de vários átomos. Até agora, porém, essa tecnologia não é usada em escala comercial.

O urânio extraído não chega à usina em estado puro. Pelo contrário: passa por um processo bastante complexo de processamento que, em resumo, pode ser dividido em três etapas principais. A primeira delas é a mineração e beneficiamento, na qual o minério é extraído da natureza e enviado a uma unidade de beneficiamento, onde é purificado e concentrado, dando origem a uma espécie de sal de cor amarela, conhecido como yellowcake e cuja fórmula química é U3O8. Perfil esquemático de uma usina nuclear

A segunda etapa é a conversão. Nela, o yellowcake é dissol- vido, purificado e convertido para o estado gasoso (gás UF6). A terceira fase, de enriquecimento, caracteriza-se pelo au- mento da concentração de átomos de urânio 235, dos naturais 0,7% para algo como 4%. O urânio 235 é o combustível das usinas nucleares. Para obter um quilo de produto são necessários cerca de oito quilos de yellowcake.

O processo completo de utilização do urânio, também chamado “ciclo do combustível nuclear”, abrange, ainda, a destinação do material utilizado. Há dois ciclos básicos: um aberto e um fechado. O primeiro envolve a deposição final do combustível utilizado. No segundo, o urânio residual e o plutônio produzidos voltam a ser utilizados na geração de energia, como óxido misto (MOx). Explicações detalhadas de todo o ciclo do urânio podem ser encontradas no site da World Nuclear Association (w.world-nuclear.org) ou no site da Indústrias Nucleares do Brasil (w.inb.gov.br).

Vapor

Turbina

Condensador Bomba

Bomba

Bomba água

Geradorde vaporElemento combustível

Bomba principal de refrigeração do reator

Vapor de pressão

Barras de controle

Reator

Vaso de contenção

Torre de transmissão

Pressurizador

Tanque de água de alimentação

Gerador

Circuito primário Circuito secundário Sistema de água de refrigeração

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Energia Nuclear | Capítulo 8

8.1 INFORMAÇÕES GERAIS

A energia nuclear, produzida a partir do átomo de urânio, voltou à agenda internacional da produção de eletricidade como alternativa importante aos combustíveis fósseis. Conhecida desde a década de 40, nos últimos anos passou a ser considerada uma fonte limpa, uma vez que sua operação acarreta a emissão de baixos volumes de gás carbônico (CO2), principal responsável pelo efeito estufa e, em conseqüência, pelo aquecimento global. Além da característica ambiental, contribui para a tendência à expansão a existência de abundantes reservas de urânio no planeta – o que, a médio e longo prazos, garante a segurança no suprimento.

Em 2006, a energia nuclear ocupou o penúltimo lugar entre as principais formas para produção de energia elétrica do mundo, segundo a International Energy Agency (IEA). Como mostra o Gráfico 8.1 abaixo, foi superada por hidreletricidade, gás natural e carvão e superou apenas o petróleo.

Gráfico 8.1 Geração de energia elétrica por tipo de combustível (2006). Fonte: IEA, 2008.

Carvão PetróleoGás Natural NuclearHidrelétrica Outras

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Capítulo 8 | Energia Nuclear quase trinta anos, os novos investimentos foram praticamente paralisados e a produção de energia nuclear sofreu forte oposição, principalmente por parte dos ambientalistas.

Além da ocorrência dos acidentes, outro fator que motivou a oposição às nucleares foi o fato de que o processo de fissão do átomo de urânio é o mesmo que dá origem à bomba

Ainda assim, as usinas nucleares têm participação importante na matriz da energia elétrica. De acordo com as últimas estatísticas da IEA, em 2006 responderam por 14,8% da produção total, conforme destacado na Tabela 8.1 a seguir. Como a energia nuclear é usada quase que exclusivamente para a produção de energia elétrica, sua participação no ranking global de fontes de energia primária (que também considera outros usos da energia) é menor: 6,2% ou 727,94 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep), segundo a IEA (Tabela 8.2 e Gráfico 8.2 a seguir).

Gráfico 8.2 Produção de energia elétrica e oferta de energia primária no mundo. Fonte: Adaptado de IEA, 2008.

O urânio figura como fonte primária da matriz energética mundial desde meados dos anos 60. Entre este período e o final dos anos 70, o mercado das usinas nucleares viveu um vigoroso ciclo de crescimento. A interrupção ocorreu em função de elementos negativos que coincidiram no tempo: a ocorrência de dois acidentes (Three Mille Island e Chernobyl) e os elevados investimentos necessários à instalação de uma central. Durante

Carvão Petróleo Gás Natural Nuclear Hidrelétrica Outras

Produção de energia elétrica Oferta de energia primária

Tabela 8.1 - Energia elétrica no mundo (2006)

(*) Um terawatt-hora equivale a um milhão de gigawatts-hora. Fonte: IEA, 2008.

Tabela 8.2 - Oferta de energia primária (2006)

País % Mtep*

(*) Cada Mtep é aproximadamente igual a 12 terawatts-hora. Considerando que o rendimento de uma usina térmica é da ordem de 30%, são necessárias três vezes mais combustível para produzir a mesma energia gerada por uma hidrelétrica. Fonte: Adaptado de IEA, 2008.

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Energia Nuclear | Capítulo 8

Atômica (AIEA, organização autônoma constituída em 1957 no âmbito das Nações Unidas) ampliou a sua esfera de atuação. Inicialmente se propunha a garantir o uso pacífico da energia nuclear e contribuir com as pesquisas científicas. Atualmente, com 137 países-membros, passou a inspecionar e investigar suspeitas de violações do Tratado de Não-Proliferação Nuclear das Nações Unidas.

O futuro da energia nuclear é difuso. A IEA projeta quatro cenários até 2025 (Gráfico 8.3 abaixo): referência, forte recuperação, fraca recuperação e Tratado de Kyoto. No mais otimista, de forte recuperação, a potência instalada passaria dos 361,2 GW (gigawatts) existentes no início dos anos 2000 para 570,1 GW. No nuclear fraco, o mais pessimista, recuaria para 296,8 GW. Conforme registra o estudo sobre geração termonuclear, do Plano Nacional de Energia 2030 produzido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a configuração de qualquer um desses cenários dependerá de vários fatores. Entre eles: competitividade do custo de geração, disponibilidade de urânio, segurança no fornecimento de outros combustíveis e aceitação pela sociedade da segurança das unidades nucleares.

Gráfico 8.3 Cenários IEA para energia nuclear no mundo. Fonte: EPE, 2006.

atômica. Assim, o país que domina a tecnologia de processamento e transformação do minério pode utilizá-la tanto para a produção de energia elétrica quanto para fins bélicos.

Nos últimos anos, porém, essa oposição tornou-se mais moderada. Lado a lado com os riscos, passaram a ser enumerados os pontos favoráveis à instalação de novas centrais. Entre eles, a disponibilidade de combustível (urânio) e a bai- xa emissão de dióxido de carbono (CO2) ou qualquer outro gás que contribua para o efeito estufa – o que transforma a energia nuclear em energia limpa. Além disso, investimentos em desenvolvimento tecnológico buscam aumentar a segurança das unidades, embora ainda não exista uma solução definitiva para os rejeitos produzidos – o elemento mais perigoso do processo nuclear.

Finalmente, no âmbito da geopolítica internacional, países como a Rússia, após o final da Guerra Fria, comprometeramse formalmente a desativar os artefatos bélicos e a utilizar o urânio decorrente dessa iniciativa na produção de energia elétrica. Além disso, a Agência Internacional de Energia

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Capítulo 8 | Energia Nuclear do país para investir na geração nuclear de energia elétrica. Segundo a International Energy Agency, os três maiores consumidores são Estados Unidos, França e Japão. Em 2007, eles foram também os maiores produtores, com participação de, respectivamente, 30,9%, 16% e 10,1% no ranking mundial, como mostra a Tabela 8.4 abaixo e a Figura 8.1 na página seguinte.

8.2 RESERVAS, PRODUÇÃO E CONSUMO NO MUNDO

A matéria-prima para a produção da energia nuclear é o minério de urânio, um metal pouco menos duro que o aço, encontrado em estado natural nas rochas da crosta terrestre. Desse minério é extraído o átomo de urânio utilizado na geração nuclear. Como mostra a Tabela 8.3 abaixo, em 2007 essas reservas totalizaram 4,6 milhões de toneladas distribuídas por 14 países, com destaque para a Austrália, Cazaquistão e Canadá que, juntos, respondem por mais de 50% do volume total.

No Brasil, apenas 25% do território foi prospectado em busca do minério. Ainda assim, o país ocupa o 7o lugar do ranking, com 278,7 mil toneladas em reservas conhecidas e correspondentes a cerca de 6% do volume total mundial. As jazidas estão localizadas principalmente na Bahia, Ceará, Paraná e Minas Gerais, conforme informações da Indústrias Nucleares do Brasil (INB). A principal delas, em Caetité, Bahia, possui 100 mil toneladas, volume suficiente para abastecer o complexo nuclear de Angra I, I e II por 100 anos.

A distribuição mundial do consumo, porém, não acompanha a localização ou a capacidade das reservas, mas a disposição

Tabela 8.3 - Reservas mundiais de urânio (2007)*

País tU

Austrália 1.143.0 Cazaquistão 816.099 Canadá 443.800 Estados Unidos342.0 África do Sul340.596 Namíbia 282.359 Brasil 278.700 Nigéria 225.459 Rússia 172.402 Ubequistão 89.836 Jordânia 78.975 Índia 64.840 Mongólia 61.950 China 59.723 Outros Países 227.588

(*)tU: toneladas de urânio. Fonte: WEC, 2008.

Tabela 8.4 - Maiores consumidores mundiais de energia nuclear (2007)

País TWh %

Total 2.748,9 100,0 Fonte: BP, 2008.

A extração do urânio não é a única forma para obtenção do combustível utilizado nas centrais nucleares. Existem também as fontes secundárias, compostas por: material obtido com a desativação de artefatos bélicos; estoques civis e militares; reprocessamento do urânio já utilizado e sobra do material usado no processo de enriquecimento. Em 2006, segundo a IEA, o urânio extraído das reservas respondeu por 54% da energia nuclear produzida no mundo. O restante veio de fontes secundárias.

O urânio é comercializado sob a forma de yellowcake (espécie de sal amarelo, o U3O8), gás UF6 e urânio 235 (sob a forma de barras), produtos derivados das três principais etapas de pro- cessamento do material bruto (ver Box 8). Seu comércio é rigidamente controlado tanto pelos governos nacionais quanto pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), uma vez que se trata de material radioativo.

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Energia Nuclear | Capítulo 8

O comportamento dos preços reflete a relação oferta/consumo, como demonstra o Gráfico 8.4 a seguir, referente ao yellowcake. Os preços subiram de maneira acentuada durante a fase de expansão da construção de usinas nucleares, recuaram bruscamente na década de 80 e se mantiveram em baixa durante quase 20 anos, para registrar ligeira recuperação após o ano 2000 – período em que se nota um aumento no número de unidades instaladas e de MWh (megawatts-hora) produzidos.

Gráfico 8.4 Evolução histórica do preço1 do óxido de urânio (U3O8).

1 Preço da libra (453,59237 gramas) de óxido de urânio em dólares. Fonte: EPE, 2006.

Figura 8.1 Consumo de energia nuclear no mundo em 2007. Fonte: BP, 2008.

Consumo de energia nuclear 2007 (TWh)

2,4 a 13,2 13,3 a 27,0 27,1 a 100 100 a 850

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8.3 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL E NO MUNDO

A geração nuclear de energia elétrica vive um novo ciclo de expansão. Além de novas unidades em construção, aumenta o número de países que buscam aderir a essa tecnologia ou expandir o parque já instalado.

Em 2007, um total de 439 reatores nucleares, distribuídos por 31 países, estava em operação em todo o mundo, segundo dados da AIEA reproduzidos no trabalho Panorama da Energia Nuclear da Eletronuclear, empresa de economia mista subsidiária da Eletrobrás e responsável pela construção de usinas e geração de energia nuclear no Brasil. Os Estados Unidos concentravam o maior número de unidades (104), mas foi a França, com 59 reatores, que demonstrou maior dependência da produção nuclear: 76,85% da energia total produzida, conforme mostram a Tabela 8.5 e o Gráfico 8.5 a seguir.

Projeções da AIEA indicam que os estoques de urânio resultante da conversão de armas atômicas devem acabar entre 2020 e 2030, o que poderá implicar em aumento dos preços. Outro fator de alta poderá ser a entrada em operação de novos geradores, com licenciamento em curso nos Estados Unidos, que expandirá o consumo.

A tendência, no entanto, poderá ser atenuada por outras variáveis, como a configuração do cenário de fraca recuperação da IEA (ver Tópico 8.1), a exploração de novas reservas ou o aumento da eficiência das usinas (produção de maior quantidade de energia com a mesma quantidade de combustível) proporcionada por investimentos em tecnologia realizados a tualmente.

No Brasil, apenas a Indústrias Nucleares Brasileiras (INB) é autorizada pelo Governo Federal a extrair e processar o urânio e demais minerais radioativos. A companhia é vinculada à Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), uma autarquia federal subordinada ao Ministério da Ciência e Tecnologia e constituída para, em nome da União, exercer o monopólio da mineração de elementos radioativos e da produção e comércio de materiais nucleares.

A INB também domina a tecnologia dos três principais ciclos de processamento do átomo de urânio. No entanto, o enriquecimento ainda é realizado em países como Holanda e Alemanha. Ao chegar ao Brasil em contêineres, o urânio 235 é enviado à Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), em Resende (RJ), e, em seguida, às usinas nucleares Angra I e Angra I, em Angra dos Reis (RJ). O projeto de expansão das linhas de enriquecimento de urânio da INB está em andamento e tem conclusão da primeira fase prevista para 2009. Nesse ano, a capacidade instalada da companhia deverá suprir 60% do combustível consumido em Angra I e I.

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