segunda-feira, 24 de outubro de 2011

Tório: fonte de energia nuclear mais segura, eficiente e abundante

Por Sergio Tunes*
De Beaverton – EUA - The Orly Energy Group

Um Pouco de Química e História

O tório (Th) é um elemento químico levemente radioativo e relativamente abundante. O numero atômico do tório é 90, com 90 prótons no núcleo. Na natureza, o tório encontrado é 100% tório-232 ( massa atômica 232). Onde se acha este elemento? A fonte principal é como um subproduto na extração do mineral monazita ou metais terras-raras.


Os reatores nucleares hoje em dia usam o urânio como fonte de energia. Mas isto não precisa ser sempre assim. Nos anos entre 1964 a 1969, nos Estados Unidos, no famoso laboratório de Oak Ridge, cientistas desenvolveram um reator nuclear protótipo usando o tório como fonte de energia ao invés do urânio. Neste tipo de reator, o combustível usado não era solido mas sim um sal fundido (reatores de sal fundido). Por causa da política nuclear americana com relação à produção de material nuclear para bombas atômicas e por causa de outros interesses no urânio e plutônio, o governo americano despediu o genial Alvin Martin Weinberg (1972), chefe do projeto, e terminou os experimentos bem sucedidos que ele e a sua equipe estavam realizando. O projeto foi arquivado e esquecido em 1973.

Com o passar do tempo, os cientistas e administradores chineses perceberam o valor do que havia ocorrido em Oak Ridge. Tendo acesso aos documentos técnicos livremente disponíveis, os cientistas e engenheiros chineses começaram a pesquisar a possibilidade de desenvolver reatores nucleares com o uso do tório. A China agora é o maior investidor nesta área de pesquisa e desenvolvimento. A Índia também entrou nesta corrida e tem apresentado vários projetos em andamento.

E como ficam os EUA e o Brasil neste empreendimento? O Brasil teve um programa de pesquisa do tório nos mesmos anos de 60 e 70. Não houve grandes progressos e acho que a desistência do governo dos EUA influenciou a desistência do Brasil. Nos EUA existem regulamentos rigorosos para o uso e manipulação do tório (paradoxalmente, mais rigorosos do que para o uso do urânio) como subproduto da mineração da monazita. As empresas privadas americanas que querem atualmente retomar a pesquisa e desenvolvimento de reatores de tório estão enfrentando dificuldades burocráticas imensas e debilitantes. Atualmente, o congresso americano debate mudanças nas leis regulatórias mas este processo politico e administrativo pode levar anos.

Um fato importante, o elemento tório não é tecnicamente e economicamente adequado para o desenvolvimento de armas nucleares. Seria possível coletar subprodutos do ciclo do tório para a geração de armas atômicas mas o processo de refinamento é extremamente complicado e caro. Um reator de tório não seria uma fonte efetiva de materiais para construção de bombas.

Reatores de Tório comparados com Reatores de Urânio

Algumas pessoas me perguntam, mas não são os reatores de tório também perigosos e radioativos, portanto indesejáveis? Primeiramente devo esclarecer que mesmo um reator nuclear de urânio é a fonte atual mais segura de energia que existe em grande escala de produção. Usinas de energia solar podem ser consideradas uma forma segura de extrair energia mas não são eficientes em termos de densidade energética. Um sistema de paneis solares para competir eficazmente com reatores nucleares, hidroelétricas ou com as usinas de carvão teria que cobrir extensivas áreas de terra e a produção de energia está sujeita às variações de intensidade da luz do sol e apresentam problemas de armazenamento para as noites. Ademais, paneis solares tem que ser mantidos frequentemente limpos de cobertura natural de poeira, sendo sujeitos também às ações das plantas, insetos e pássaros, especialmente em um pais tropical como o Brasil.

A Scientific American publicou em 2007 um artigo descrevendo a produção de cinzas radioativas por plantas de carvão mineral. Portanto, queimar carvão não apenas produz gás CO2 e cheira mal, mas as cinzas lançadas no ar carregam uma dose considerável de partículas radioativas. E é de consenso cientifico geral que a enorme produção de CO2 lançada na atmosfera contribui para o aquecimento global.

O reator de tório é também radioativo mas o ciclo do tório em um reator é mais seguro e eficiente. Um reator de tório nunca poderia entrar em uma condição de derretimento do núcleo por causa da diferença existente entre o ciclo do urânio e do tório e da engenharia do reator. Em caso de uma catástrofe natural de grande efeito, o reator de tório, pelo próprio desenho e graças às próprias leis da física, entra em inatividade. Em outras palavras, é preciso um sistema ativo para que o reator continue a funcionar e no caso de um acidente afetando o sistema ativo, o reator naturalmente cessa o funcionamento. Isto é um estado desejável para a segurança do reator e dos habitantes vizinhos ao reator.

Mas alguém poderia perguntar, e daí? Existem reatores nucleares de urânio muito mais seguros do que os da usina de Fukishima, por exemplo, é só implementá-los e pronto. Para que preocupar com um reator de tório? Vamos então listar aqui as vantagens do uso do tório:

  1. O reator de tório não precisa de ser construído perto de um rio ou lago, portanto pode ser localizado em qualquer área do planeta, praticamente; 
  2. O reator de tório pode ser construído perto do centro de consumo por ser mais seguro e independente de água para resfriamento (só precisa da água para girar os geradores, pouca coisa). Em um país vasto como o Brasil, por exemplo, podemos economizar uma fortuna com as redes de distribuição de energia. As redes de energia são muito caras para construir e manter; 
  3. Os reatores podem ser menores e, opcionalmente, colocados no subsolo. Evitando a poluição visual;
  4. Um reator de tório pode agir como um “breeder” queimando os lixos atômicos existentes;
  5. O reator de tório opera com baixa pressão, reduzindo o perigo de explosões;
  6. Agora vem o melhor, o tório é bem mais barato do que o urânio, muito mais abundante e não precisa de refinamento especial, muitas vezes caríssimo. 

Mas se tudo isto é verdade, por que então não temos estes reatores já funcionando, como foi experimentalmente um sucesso nos anos 60 e começo dos anos 70? Como foi dito previamente, os reatores não eram atraentes para o uso militar. E uma outra causa na mudança da politica americana sobre o uso do tório foi gerada pela crise do petróleo. E para complicar, houve uma facção poderosa na classe científica que tinha um interesse no desenvolvimento dos reatores de urânio. Foram escolhas infelizes.

Poucas pessoas sabem, contudo, que o elemento urânio-235 (U235 é o isótopo de massa atômica 235), o combustível ideal para ser usado nos reatores de urânio é extremamente raro. Mais raro do que um metal muito precioso como a platina. Para Kirk Sorensen, fundador da Flibe Energy (uma empresa recentemente formada para pesquisar e desenvolver reatores de torio), o uso de U235 é como queimar platina, ou mesmo ouro, para obter energia. Sorensen palestrou na última reunião da IThEO, Organização Internacional da Energia do Tório (do inglês, International Thorium Energy Organization) em NY/EUA . Ele aponta que o U238 (isótopo de massa atômica 238) é bem mais comum mas, infelizmente, não é fissionável. A quantidade de urânio 235 existente no mineral não é suficiente (0,75%) para ser usada nos reatores, portanto um processo de enriquecimento do material é necessário para aumentar a eficiência.

Com o tório o enriquecimento torna-se desnecessário. O isótopo do tório disponível na natureza é único: Th232. O elemento não e fissionável mas é fértil. Isto quer dizer que precisa de uma fonte de nêutrons para entrar no ciclo nuclear para produção de energia. Se a fonte de nêutrons é interrompida o reator cessa, naturalmente, a geração de energia. Esta fonte de nêutrons pode provir de material radioativo que já existe, como U233, por exemplo. Mas o próximo reator de tório usaria o material de ignição gerado pelo primeiro reator e assim por diante.

Estudos geológicos apontam para a existência de depósitos extensos suficientes no planeta terra para gerar energia para toda a humanidade por milhares de anos (o Brasil tem a sexta maior reserva do mundo). Em um continente tão pobre como a Africa, por exemplo, uma fonte abundante de energia desta natureza, poderia muito ajudar a região a sair da pobreza extrema. 

Dificuldades Técnicas do Reator de Tório

Uma análise honesta do reator de tório não poderia deixar de lado os fatores técnicos pendentes que existem para o desenvolvimento de uma reator comercial de tório. Vou listar aqui algumas das dificuldades técnicas apresentadas por Kirk Sorensen durante a sua palestra na reunião da IThEO:

  1. Os sais usados no reator de sal fundido podem ser quimicamente agressivos para as paredes de metal e outras estruturas. 
  2. A operação do reator em alta temperatura apresenta dificuldades técnicas que precisam ser sanadas. 
  3. A tecnologia básica ficou estagnada por mais de 40 anos e as pesquisas precisam ser retomadas para aumentar a eficiência do reator. 

Existem vários projetos de desenvolvimento de reatores de tório, cada um optando por características técnicas diferentes. Alvin Weinberg e a ORNL haviam preferido o uso de reatores de sal fundido durante os experimentos. Este tipo de reator provou ser mais eficiente e seguro. Mas existem projetos em andamento para o uso de reatores usando o estado sólido do tório ao invés de um estado liquido. Os dois tipos de tecnologia foram alvos de debates e palestras durante o evento.

A China anunciou este ano que investirá na pesquisa e construção de um reator de tório usando a tecnologia do sal fundido, provavelmente alicerçando nos resultados do protótipo desenvolvido pela Oak Ridge nos anos 60. Considerando que Weinberg e o ORNL tiveram sucesso nos anos 60 com a tecnologia do sal fundido, podemos imaginar que a China produzirá o primeiro reator comercial de tório brevemente.

Sugestões para leituras mais detalhadas:

Um artigo excelente do Dr Alex Cannara (em Inglês e um pouco longo): http://www.brc.gov/sites/default/files/comments/attachments/thoriumarticle_a_cannara_0.pdf (estou trabalhando em uma tradução para o português, 78 paginas)

Um pouco de historia e debate sobre o programa nuclear brasileiro http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear09.htm

Scientific American - http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=coal-ash-is-more-radioactive-than-nuclear-waste&page=2 (Inglês)

Um pouco mais de historia sobre o programa nuclear brasileiro: http://www.planeta.coppe.ufrj.br/artigo.php?artigo=779

Organizações e empresas:

International Thorium Energy Organization: http://itheo.org/

Thorium Energy Alliance: http://www.thoriumenergyalliance.com/

Energy from Thorium: http://energyfromthorium.com/ (com videos)

A Google também patrocinou uma conferência sobre o Tório: http://www.youtube.com/watch?v=AZR0UKxNPh8

Uma empresa americana recentemente criada: http://flibe-energy.com/ (Kirk Sorensen é um dos fundadores).

Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Torio

*Sergio Tunes é físico formado pela Portland State University e membro associado da The Orly Energy Group.




3 comentários:

Anônimo disse...

muito interessante, com fontes de energia assim diminuiria a degradação ao planeta!!

Daniel acerca do mundo disse...

Brilhante artigo e ótimo para repensarmos sobre a energia nuclear!!

Tiago "PacMan" Peczenyj disse...

Bixo

Lendo isso eu sinto um tesão gigantesco em voltar a estudar e até voltar a fazer pesquisa. Eu estudei física por varios anos mas não consegui conclui o curso. Uma pesquisa desse porte, com estas possibilidades, seria algo pra se trabalhar com muita força para poder dar esse tipo de contribuição à raça humana.

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