O mundo precisa de energia nuclear, e não devemos ter medo disso
Técnicos verificam o nível de contaminação nos reatores da usina nuclear de Angra II durante o reabastecimento de urânio em Angra dos Reis, a 200 km do Rio de Janeiro, Brasil, em 2006. Monitorando os níveis de vários elementos, isótopos e potenciais contaminantes com regularidade e precisão, juntamente com o reabastecimento adequado, pode ajudar não apenas a evitar problemas, mas pode manter um reator funcionando em ótima forma por décadas ou, teoricamente, até séculos. (VANDERLEI ALMEIDA/AFP via Getty Images)
À medida que adotamos soluções verdes, a energia nuclear deve absolutamente fazer parte da equação.
Por milhares e milhares de anos, os humanos têm aproveitado o poder da natureza para fornecer energia para impulsionar nossa civilização. Ao alavancar o fogo, ganhamos a capacidade de cozinhar alimentos, fornecer calor e abrigo e nos proteger de predadores. Mais tarde, domesticamos uma variedade de animais, usando seu trabalho para realizar tarefas que seriam muito árduas ou ineficientes para os humanos. Eventualmente, fontes naturais de energia, como o vento, foram aproveitadas através de moinhos de vento para girar mós, moendo grãos sem qualquer intervenção humana.
Uma enorme transformação ocorreu quando começamos a usar fontes naturais – moinhos de vento, processos de combustão com geração de vapor, até mesmo água corrente – para girar turbinas, gerar energia e fornecer eletricidade. Hoje, as necessidades de energia do mundo ainda são predominantemente atendidas por meio desses mesmos processos, com combustíveis fósseis não renováveis, como carvão, petróleo e gás, fornecendo a fração dominante dos usos de energia da Terra. Estamos alimentando uma civilização da era espacial com os mesmos combustíveis fósseis que surgiram durante a idade do ferro. Agora, mais do que nunca, o mundo precisa de energia nuclear e, no entanto, o medo, e não os fatos, governa nossas políticas. Aqui está a ciência de por que devemos adotá-la.
Usina de carvão em Datteln (Alemanha) em Dortmund-Ems-Kanal. A energia do carvão está entre as mais sujas do mundo para a produção de energia e, no entanto, ainda está entre as mais onipresentes do mundo. (ARNOLD PAUL / GRALO DA WIKIMEDIA COMMONS)
A forma como uma usina convencional baseada em produtos químicos funciona é simples e direta. Uma fonte de combustível de alguma variedade é queimada, liberando energia, que aquece e ferve a água, gerando vapor. Esse vapor gira uma turbina, que gera eletricidade, usada para fornecer energia para quaisquer fins que sejam demandados a jusante.
O grande problema que temos, admitamos ou não, é que essa forma de gerar grandes quantidades de energia criou enormes problemas ambientais. Embora o impacto da extração dessas matérias-primas em quantidades tão enormes seja sem dúvida significativo, os produtos finais da combustão dessas fontes de combustível mudaram fundamental e significativamente a composição química da atmosfera e dos oceanos da Terra, levando ao aquecimento global, acidificação dos oceanos e outras alterações climáticas. efeitos relacionados.
A concentração de dióxido de carbono na atmosfera da Terra pode ser determinada tanto a partir de medições de núcleos de gelo, que remontam facilmente centenas de milhares de anos, quanto por estações de monitoramento atmosférico, como as do topo de Mauna Loa. O aumento do CO2 atmosférico desde meados dos anos 1700 é impressionante e continua inabalável. Os níveis atuais de 2020 atingiram permanentemente o limite de 400 ppm. (CIRES & NOAA)
A evidência de que isso ocorreu é esmagadora, e é um problema que continuamos a exacerbar a cada dia que passa na Terra. À medida que mais combustíveis fósseis à base de hidrocarbonetos sofrem combustão, eles aumentam a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera da Terra, que subiu de níveis pré-industriais de cerca de 270 partes por milhão para níveis modernos de cerca de 410 partes por milhão. milhões: um aumento de pouco mais de 50% em menos de 300 anos.
Esse aumento de dióxido de carbono também se estende ao oceano, onde o dióxido de carbono se combina com a água para criar ácido carbônico, alterando o pH (uma medida de acidez) de nossos oceanos em escala global.
Mas o problema mais premente é o aquecimento global resultante dessa quantidade adicional de dióxido de carbono. Nossa temperatura média global aumentou 0,98 °C (1,76 °F) desde que começamos a medi-la com precisão em 1880, e esse aumento acelerou, tendo aumentado 0,18 °C (0,32 °F) por década nos últimos 39 anos.
A temperatura média da superfície global para os anos em que tais registros existem de forma confiável e direta: 1880–2019 (atualmente). A linha zero representa a temperatura média de longo prazo para todo o planeta; as barras azuis e vermelhas mostram a diferença acima ou abaixo da média para cada ano. O aquecimento, em média, é de 0,07 C por década, mas se acelerou, aquecendo em média 0,18 C desde 1981. (NOAA / CLIMATE.GOV)
Embora muitas abordagens diferentes tenham sido propostas para resolver esse problema, está claro que qualquer solução sustentável de longo prazo incluirá um componente importante: uma transição para fontes de energia que não resultem em emissões adicionais de dióxido de carbono. Embora a maioria das ideias apresentadas – como o hipotético Green New Deal – se concentre em fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, há outra opção que devemos reconsiderar seriamente: energia de fissão nuclear.
Sim, é verdade que usinas de fissão que cortam custos podem levar a desastres relacionados à radioatividade, como o que infame aconteceu em Chernobyl em 1986. O colapso é um risco, ocorrendo em Three Mile Island em 1979 . E um reator mal contido em uma linha de falha pode resultar em resíduos radioativos contaminando o ambiente próximo devido a um desastre natural, como o que ocorreu em Fukushima em 2011 . Mas mesmo apesar dessas ocorrências, a energia nuclear permanece mais segura, em geral, do que qualquer outra fonte de energia em larga escala em uso ao longo de toda a história humana.
Com apenas três desastres em mais de 17.000 reator-anos de atividade, a energia nuclear é mais segura do que qualquer outra forma de energia que a humanidade já alavancou nesta grande escala. Embora tenha uma reputação compreensível de perigo, dada a magnitude do desastre em Chernobyl e os efeitos a longo prazo da radiação, essa reputação não é merecida pelos fatos científicos. (ASSOCIAÇÃO NUCLEAR MUNDIAL)
Os primeiros reatores nucleares a serem usados para geração de energia em larga escala entraram em operação em meados da década de 1950 e, nessa época, havia um total de mais de 17.000 reatores-anos (onde um reator nuclear operando por um ano equivale a um reator-ano). ano) abrangendo 33 países. Os três incidentes mencionados acima são os únicos adversos documentados em todo esse tempo. E, no entanto, quando as pessoas pensam em energia nuclear, elas geralmente pensam nesses desastres - bem como no perigo de uma guerra nuclear, nos perigos do lixo radioativo e no poder destrutivo da bomba atômica - em vez do seguro, eficiente e verde fonte de energia que a energia nuclear realmente é.
Felizmente, a ciência por trás da energia nuclear é realmente simples e nos ajuda a entender por que não devemos temê-la da mesma forma que tememos bombas nucleares ou guerras nucleares. Em vez disso, há um processo bem entendido que ocorre dentro do átomo e pode gerar enormes quantidades de energia, o suficiente para suprir nossas necessidades globais de energia por séculos, sem os efeitos colaterais poluentes dos combustíveis fósseis.
A reação em cadeia do Urânio-235, que leva a uma bomba de fissão nuclear, mas também gera energia dentro de um reator nuclear, é alimentada pela absorção de nêutrons como seu primeiro passo, resultando na produção de três nêutrons livres adicionais. Se isso se torna uma bomba ou um reator depende da riqueza do combustível e das condições em que o material é mantido. (E. SIEGEL, FASTFISSION / WIKIMEDIA COMMONS)
A física por trás da energia nuclear . Em combustíveis convencionais (de base química), as reações ocorrem entre as configurações eletrônicas de vários átomos, liberando até ~0,0000001% da massa do combustível como energia. Em reações nucleares, são os próprios núcleos atômicos que são divididos, liberando aproximadamente 1.000.000 vezes mais energia para a mesma quantidade de combustível. Em particular, o material físsil (como o urânio-235) precisa apenas de um ingrediente simples – um nêutron para o núcleo absorver – para desencadear uma reação de fissão.
Embora outros combustíveis possam ser usados, a boa notícia sobre a energia nuclear é que ela é autossustentável: cada núcleo de U-235 que absorve um nêutron, por sua vez, emite três novos nêutrons quando se separa, liberando energia e sustentando a reação. Enquanto um número suficiente de nêutrons continuar a interagir com material físsil, a reação ocorrerá. Isso libera calor, que é usado para ferver água, gerar vapor e girar uma turbina, o mesmo que um reator de base química. Só que, com a energia nuclear, não há resíduos de dióxido de carbono produzidos.
Reator nuclear experimental RA-6 (República Argentina 6), em marcha, mostrando a característica radiação Cherenkov das partículas mais rápidas que a luz na água emitidas. Os neutrinos (ou mais precisamente, antineutrinos) hipotetizados pela primeira vez por Pauli em 1930 foram detectados a partir de um reator nuclear similar em 1956. (CENTRO ATOMICO BARILOCHE, VIA PIECK DARÍO)
A produção de energia nuclear é totalmente controlável . Uma das grandes preocupações levantadas com fontes renováveis de energia, como eólica e solar, é que elas não são controláveis. Se não estiver ventando, você não gera energia eólica; se não estiver ensolarado (ou se for noite), a produção de seus painéis solares cai tremendamente. Mas a taxa de produção nuclear pode ser controlada de maneira direta, simplesmente controlando três fatores: hastes de controle, temperatura e um meio (geralmente água).
Lembre-se do que causa uma reação nuclear: a disponibilidade de nêutrons para o material físsil absorver. Se você colocar mais (ou menos) hastes de controle, você absorve mais (ou menos) dos nêutrons disponíveis, alterando o quanto interage com o material físsil. Se você aumentar a temperatura, você aumenta a velocidade da reação; se você diminuir, a taxa de reação cai. E a presença de um meio, como a água, também pode atuar como absorvedor de nêutrons, mas isso tem um custo: você acaba com água tritiada, que por si só é radioativa por um período de algumas décadas.
Ainda assim, esta é uma enorme vitória: podemos gerar mais ou menos energia conforme necessário, até a capacidade máxima segura da planta.
Combustível descoberto armazenado debaixo d'água na Bacia K-East. Este é o combustível nuclear usado no site de Hanford. A inspeção regular do combustível usado e usado é essencial para garantir que não haja material enriquecido para armas sendo criado. Com uma gestão adequada, os resíduos de alto nível podem ser transformados em resíduos de baixo nível adequados para armazenamento a longo prazo com riscos extremamente baixos. (DEPARTAMENTO DE ENERGIA DOS EUA)
Não há risco de uma bomba nuclear, e o lixo é eminentemente gerenciável . Muitas pessoas, compreensivelmente, temem o risco de uma explosão nuclear. Felizmente, o risco de uma explosão nuclear é absolutamente zero quando se trata de uma usina nuclear. Simplificando, o combustível usado dentro de cada reator nuclear - conforme exigido pelo Agência internacional de energia atômica – não é suficientemente enriquecido para tornar uma reação em cadeia descontrolada uma possibilidade. O material não é capaz de criar uma explosão nuclear.
Dito isto, haverá resíduos nucleares produzidos. Alguns deles serão úteis para reaproveitamento, como o plutônio usado em aquecimento termoelétrico e geração de energia para missões espaciais, enquanto outros materiais (como água tritiada) precisarão ser armazenados e gerenciados. De acordo com Associação Nuclear Mundial :
- Os resíduos radioativos saem como resíduos de alto nível,
- que geralmente precisa de ~ 5 anos de armazenamento subaquático seguido por ~ 45 anos de armazenamento a seco,
- permitindo que os níveis de radioatividade e calor caiam,
- e até então se tornou um resíduo de baixo nível,
- que podem ser embalados e armazenados no subsolo para eliminação a longo prazo.
Embora ainda tenhamos que superar a mentalidade de não estar no meu quintal (NIMBY) quando se trata de energia nuclear, esse é essencialmente um problema resolvido cientificamente.
Em 9 de agosto de 2020, a Unidade 5 da Usina Nuclear de Tianwan foi conectada à rede elétrica pela primeira vez na cidade de Lianyungang, na China. As usinas nucleares modernas são ainda mais seguras e resistentes do que as usinas que tiveram o melhor histórico de segurança de todos os tempos ao longo da história humana. (Costfoto / Barcroft Studios / Future Publishing via Getty Images)
Podemos fazer a transição completa para a energia nuclear em menos de 20 anos . Construir um novo conjunto de reatores em todo o país (ou global) para alimentar o mundo exigirá um investimento sustentado. Novas usinas, reatores, torres de resfriamento, etc., todos precisarão ser construídos. Quantidades suficientes de combustível nuclear precisarão ser extraídas, extraídas e apropriadamente refinadas. As cadeias de suprimentos precisarão ser construídas e a gestão de resíduos será uma necessidade contínua de abordar. Para além da infra-estrutura existente que temos hoje, exigirá um enorme e sustentado investimento de recursos.
Mas a recompensa virá. Embora a humanidade tenha, para dizer o mínimo, feito um trabalho sombrio ao lidar com a crise climática até este ponto, tudo isso pode mudar. Se pudermos substituir simultaneamente :
- usinas de carvão, gás e petróleo com as nucleares,
- nossa infraestrutura automotiva à base de gasolina para energia elétrica,
- necessidades de calor e energia industriais, comerciais e residenciais em soluções elétricas em vez de baseadas em combustíveis fósseis,
Podemos eliminar mais de 80% do uso de combustíveis fósseis, incluindo praticamente todos os não sustentáveis. Podemos transformar o mundo para um retorno de longo prazo com um curto, mas significativo investimento inicial .
Sempre que você realiza um novo projeto, você precisa manter seus custos operacionais históricos enquanto aumenta os gastos para implementar os novos gastos. Embora os novos custos operacionais eventualmente diminuam após um investimento inicial, potencialmente até abaixo dos níveis iniciais (especialmente se os custos operacionais históricos puderem ser parcialmente removidos), o investimento inicial não deve impedir os investidores de um retorno de longo prazo. (DOMINIC TURPIN (USADO COM PERMISSÃO))
A verdade desconfortável é esta: somos uma civilização da era espacial que optou por evitar os avanços tecnológicos na geração de energia por causa do medo e da inércia. Estamos alimentando o século 21 com tecnologia do século 18, que teve efeitos desastrosos em nosso meio ambiente que ignoramos por muito tempo. Embora existam muitos caminhos possíveis para resolver esse problema, a energia nuclear tem o histórico comprovado de sucesso necessário e a flexibilidade para ser um recurso integral e potencialmente o principal no arsenal da humanidade na luta contra as mudanças climáticas.
Por muitos anos, deixamos o medo, e não os fatos, controlar a narrativa sobre a energia nuclear. Enquanto a história convencional em torno da energia nuclear se concentra nos poucos desastres que ocorreram, o histórico da energia nuclear conta uma história diferente: uma história de segurança incomparável, gerenciamento de resíduos bem-sucedido e energia verde abundante e acessível. O mundo precisa de energia nuclear agora mais do que nunca. Se conseguirmos superar nossos preconceitos arraigados contra ela, poderemos resolver um dos maiores problemas que nosso mundo enfrentará nas próximas gerações.
Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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