Energia nuclear: como funciona, prós, contras, impacto

Os Estados Unidos são o maior produtor mundial de energia nuclear. Em 2016, gerou 805 bilhões de quilowatts-hora (kWh) de eletricidade. Isso é mais de 30% dos 2. 4 trilhões de kWh de energia nuclear produzidos em todo o mundo. A França é o segundo maior produtor (418 bilhões de kWh), seguido da Rússia (169 mil milhões de kWh), da Coréia do Sul (149 mil milhões de kWh), da China (123 mil milhões de kWh) e do Canadá (98 mil milhões de kWh) .

(Os números não-U. S. são de 2014. Últimas figuras não disponíveis.)

A liderança dos Estados Unidos veio de seu papel histórico como pioneira no desenvolvimento da energia nuclear. O primeiro reator comercial de água pressurizada, Yankee Rowe, começou em 1960 e operou até 1992. (Fonte: "Nuclear Power in the USA," World Nuclear Association, abril de 2017).

Centrais nucleares

Existem 99 usinas nucleares operacionais em trinta estados. A maioria está localizada a leste do rio Mississippi (ver mapa). Eles geram cerca de US $ 40 a US $ 50 bilhões cada vez em vendas de eletricidade e criam mais de 100 mil empregos. Todo dólar gasto pelo reator médio gera US $ 1. 87 na economia da U. S. (Fonte: "Benefícios econômicos da energia nuclear", Instituto de Energia Nuclear, abril de 2014.)

U. As usinas de energia nuclear de S. geraram 19. 7 por cento dos 4. 079 trilhões de kWh da produção total de eletricidade de U. S. em 2016. Foi a segunda que o carvão (30 por cento) e o gás natural (34 por cento).

É maior do que a hidroeletricidade (6. 5 por cento) e outras fontes alternativas, incluindo energia eólica (8. 4 por cento).

Existem também 36 reactores de teste em universidades de pesquisa (ver mapa). Eles são usados ​​para criar pequenas quantidades de radiação para experiências. É aí que os cientistas estudam neutrons e outras partículas subatômicas, examinam os componentes automotivos e médicos e aprendem a tratar melhor o câncer.

(Fonte: "Antecedentes sobre Reactores de Pesquisa e Teste," NRC, 18 de agosto de 2011.)

Como a energia nuclear funciona?

Todas as usinas de energia aquecem a água para produzir vapor, o que gera um gerador para criar eletricidade. Nas estações de energia nuclear, esse vapor é feito pelo calor gerado a partir da fissão nuclear. É quando um átomo é dividido, liberando enormes quantidades de energia sob a forma de calor.

O urânio 235 é usado como combustível porque se separa facilmente quando ele colide com um nêutron. Uma vez que isso acontece, os nêutrons do urânio em si começam a colidir com seus outros átomos. Isso inicia uma reação em cadeia. É por isso que as bombas nucleares são tão poderosas.

Em um gerador nuclear, a reação em cadeia é controlada por varas especiais que absorvem o excesso de neutrons de forma inofensiva. Estas barras de controle são colocadas ao lado das barras de combustível, que contêm grânulos de combustível de urânio.Mais de 200 dessas hastes são agrupadas no que é conhecido como um conjunto de combustível. Quando os engenheiros desejam abrandar o processo, eles reduzem mais hastes de controle na montagem. Quando eles querem mais calor, eles levantam as hastes. (Fonte: "Como funcionam as usinas nucleares?" Duke Energy.)

Os Estados Unidos possuem dois tipos de usinas nucleares. Existem 65 reatores de água pressurizada e 34 reatores de água fervente.

Eles diferem em como o calor é transferido do reator para o gerador.

Os reatores de água pressurizada usam alta pressão para evitar que a água do reactor ferva. Isso permite que ele aqueça níveis super-altos. O calor é então transferido através de tubos para um recipiente separado de água no gerador. Ele cria o vapor que impulsiona a turbina de eletricidade. A água do reator retorna para ser reaquecida. O vapor da turbina é arrefecido em um condensador. A água resultante é enviada de volta ao gerador de vapor. Aqui está uma versão animada de um reator de água pressurizada.

Reatores de água fervente, por outro lado, use água fervente para criar diretamente o vapor para dirigir o gerador. Aqui está uma versão animada do reator de água fervente.

O que é mais importante é que todo o processo ocorre em um ambiente contido, a fim de proteger o mundo exterior de qualquer contaminação.

As usinas podem ser arrefecidas e até mesmo paradas rapidamente. (Fonte: "Como funciona a energia nuclear?", UNAE.)

Vantagens

As usinas de energia nuclear não emitem gases de efeito de estufa, ao contrário do carvão e do gás natural.

Eles criam 0. 5 empregos por megawatt hora (mWh) de eletricidade produzida. Isso é em comparação com 0. 19 empregos em carvão, 0. 05 empregos em usinas a gás e 0. 05 na energia eólica. A única outra fonte de energia que cria mais empregos / mWh é fotovoltaica solar, em 1. 06 empregos / mWh. (Fonte: "Benefícios econômicos da energia nuclear", Instituto de Energia Nuclear, abril de 2014. )

Durante décadas, a energia nuclear teve os custos operacionais mais baratos. A 1. 87 centavos / kWh (números de 2008), é 68% do custo do carvão. E até recentemente, era apenas 25% do custo do gás natural.

Os temores sobre o aquecimento global inibiram a nova construção de usinas de energia a carvão. Como resultado, de 1992 a 2005, foram construídos cerca de 270 000 megawatts de enerfy de novas usinas a gás. Na época, essas plantas pareciam ter o menor risco de investimento. Como resultado, apenas 14 000 MWe de novas capacidades nucleares e de carvão chegaram online. Isso ajudou a impulsionar os preços do gás natural, forçando grandes usuários industriais para o exterior e empurrando os custos de eletricidade a gás para 10 cêntimos / kWh.

Desvantagens

Existem duas grandes desvantagens para a energia nuclear, graças à natureza radioativa de sua fonte de combustível.

1. Um acidente na planta poderia liberar material radioativo para o meio ambiente como uma pluma (formação em nuvem) de gases e partículas radioativas. Essas partículas são então inaladas ou ingeridas por pessoas e animais ou depositadas no chão.As partículas são compostas por átomos instáveis ​​que emitem excesso de energia, chamada radiação, até ficarem estáveis. Em doses baixas, a radiação é inofensiva. Após uma fusão nuclear, as grandes doses destroem células vivas e podem causar mutações, doenças e morte.

O impacto potencial de um colapso nuclear pode ser catastrófico, como visto em Chernobyl e Fukushima, embora as chances de ocorrência de um incidente for raro. O único desastre nuclear de U. S. ocorreu na Ilha Three Mile, em 1979, quando as hastes de combustível radioativo derreteram parcialmente. Apenas uma pequena quantidade de gás radioativo foi liberada. Não houve efeitos mensuráveis ​​sobre a saúde. No entanto, nenhuma nova usina de energia nuclear foi construída há 30 anos.

Quase três milhões de americanos vivem dentro de 10 milhas de uma planta operacional. Eles correm o risco de exposição direta à radiação em caso de acidente. Se você é uma dessas pessoas, veja como se preparar para um acidente.

2. A eliminação de resíduos nucleares é uma grande desvantagem. O desperdício de baixo nível vem do contato com o combustível nuclear nas operações do dia-a-dia. É descartado no local ou é enviado para uma instalação de resíduos de baixo nível em um dos 37 estados. (Fonte: "Resíduos de baixo nível", U. S Nuclear Regulatory Commission.)

Os resíduos de alto nível consistem em combustível irradiado. São necessários centenas de milhares de anos para desativar. No momento, 70 000 toneladas deste combustível são armazenadas nas próprias usinas de energia. (Fonte: "Faff e Fallout", The Economist, 29 de agosto de 2015.)

Na Lei de Política de Resíduos Nucleares de 1982, o Congresso disse à Comissão Reguladora Nuclear dos EUA que projeta, constrói, opera e, no final, desmantela um permanente Repositório geológico para a eliminação de resíduos de alto nível na Yucca Mountain, Nevada.

Os funcionários locais não querem o perigo em seu estado. Eles atrasaram seu desenvolvimento até 2013, quando o NRC ganhou seu caso no Tribunal de Apelações da U. S. Em 2015, a NRC completou uma avaliação de segurança e começou a trabalhar em uma Declaração de Impacto Ambiental. (Fonte: "Eliminação de resíduos de alto nível", US Nuclear Regulatory Commission.)

O futuro da energia nuclear dos EUA

A demanda anual de eletricidade dos EUA deverá aumentar 28% até 2040. Com o aumento dos preços do petróleo e do gás e preocupação sobre o aquecimento global, a energia nuclear começou a parecer atraente de novo. No final da década de 1990, a energia nuclear era vista como uma forma de reduzir a dependência de petróleo e gás importados. Essa mudança de política abriu o caminho para o crescimento significativo da capacidade nuclear.

A Lei de Política Energética de 2005 proporcionou incentivos financeiros para a construção de usinas avançadas de energia nuclear. Havia também três iniciativas regulatórias que facilitaram o caminho:

• Um processo de certificação de design simplificado.
• A provisão para permissões iniciais do site.
• A combinação do processo de construção e licença de operação.

Desde 2007, as empresas solicitaram 24 licenças para novos reatores nucleares. Existem quatro novas fábricas em construção. Westinghouse está construindo dois na Geórgia e dois na Carolina do Sul.(Fonte: "Westinghouse Buys CB & I's Nuclear Unit", The Wall Street Journal, 29 de outubro de 2015)

Por outro lado, fracking de óleo de xisto e gás natural tornaram o gás uma alternativa acessível para modernizar antigas usinas de energia nuclear. Como resultado, quatro plantas fecharam nos últimos dois anos. Manter as antigas usinas de energia nuclear custa mais do que construir novas fábricas a gás. É ainda mais caro que a remodelação de usinas de energia a carvão antigas para o gás natural.

Portanto, o futuro da expansão da energia nuclear na América depende dos preços do gás natural. Se eles se elevarem novamente e ficarem altos, espere atenção para retornar à geração de energia nuclear. (Fonte: "Outro reator fecha, pontuando nova realidade para a energia nuclear de U. S.", National Geographic, 1 de janeiro de 2015.)