Skip to main content
Global

17.4: Consequências da energia nuclear

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    172600

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    O uso da energia nuclear apresenta um dilema interessante. Por um lado, a eletricidade nuclear não produz emissões de carbono, uma grande vantagem sustentável em um mundo que enfrenta as mudanças climáticas. Por outro lado, existe o risco ambiental de armazenar combustível usado por milhares ou centenas de milhares de anos, o risco social de proliferação nuclear e o impacto das liberações acidentais de radiação dos reatores operacionais. Cientistas, formuladores de políticas e cidadãos atenciosos devem avaliar essas vantagens e desvantagens.

    Vantagens da energia nuclear

    Em contraste com os combustíveis fósseis, a geração de eletricidade a partir da energia nuclear não polui o ar nem contribui significativamente para a mudança climática (figura\(\PageIndex{a}\)). À medida que continuamos a esgotar as reservas globais de combustíveis fósseis, os suprimentos de combustível nuclear são abundantes. Estima-se que o suprimento de urânio dure mais de 200 anos e que também haja potencial para usar outros isótopos radioativos. Além disso, as usinas nucleares são mais confiáveis do que qualquer outra fonte, com um fator de capacidade de 93,5% (figura\(\PageIndex{b}\)). Capacidade é a quantidade de eletricidade que um gerador pode produzir quando está funcionando a todo vapor, e o fator de capacidade é uma medida da frequência com que uma planta está funcionando com a potência máxima. (Uma usina com um fator de capacidade de 100% significa que ela está produzindo energia o tempo todo.)

    Gráfico de barras comparando mortes e emissões de gases de efeito estufa para carvão, petróleo, gás natural, biomassa, energia hidrelétrica, nuclear, solar e eólica
    Figura\(\PageIndex{a}\): A energia nuclear causa menos mortes e libera minúsculos gases de efeito estufa em comparação com os combustíveis fósseis. Esses gráficos de barras exploram a questão: “Quais são as fontes de energia mais seguras e limpas?”. À esquerda está a taxa de mortalidade por acidentes e poluição do ar medida como mortes por terawatt-hora (mortes/TWH) de produção de energia. 1 terawatt-hora é o consumo anual de energia de 27.000 pessoas na União Europeia (UE). À direita estão as emissões de gases de efeito estufa medidas em toneladas de equivalentes de CO2 emitidas por gigawatt-hora (tCO 2 -eq/GWh) de eletricidade durante o ciclo de vida da usina. 1 gigawatt-hora é o consumo anual de eletricidade de 160 pessoas na UE. O carvão foi responsável por 24,6 mortes/TWh, 25% da energia global e 820 tCO 2 -eq/GWh. O petróleo foi responsável por 18,4 mortes/TWh, 31% da energia global e 720 tCO 2 -eq/GWh. O carvão foi responsável por 2,8 mortes/TWh, 23% da energia global e 490 tCO 2 -eq/GWh. A biomassa foi responsável por 4,6 mortes/TWh, 7% da energia global e 78-230 tCO 2 -eq/GWh. A energia hidrelétrica foi responsável por 0,02 mortes/TWh, 6% da energia global e 34 tCO 2 -eq/GWh. A energia nuclear foi responsável por 0,07 mortes/TWh, 4% da energia global e 4 tCO 2 -eq/GWh. O vento foi responsável por 0,04 mortes/TWh, 2% da energia global e 4 tCO 2 -eq/GWh. O carvão foi responsável por 0,02 mortes/TWh, 1% da energia global e 5 tCO 2 -Eq/GWh. O carvão causou 1230 vezes mais mortes do que a energia solar, e o petróleo causou 263 vezes mais mortes do que a energia nuclear. As emissões de carvão foram 273 vezes maiores do que a energia nuclear e as emissões de petróleo 180 vezes maiores do que a eólica. Imagem de Hannah Ritchie e Max Roser/Nosso mundo em dados (CC-BY).

     

    Gráfico de barras dos fatores de capacidade de seis fontes de energia diferentes. Do mais alto ao mais baixo: nuclear, gás natural, carvão, energia hidrelétrica, eólica e solar.
    Figura\(\PageIndex{b}\): O fator de capacidade de seis fontes de energia em 2019. A energia nuclear tem o maior fator de capacidade, com 93,5%, seguida pelo gás natural (56,8%), carvão (47,5%), energia hidrelétrica (39,1%), eólica (34,8%) e solar (24,5%). Imagem do Escritório de Energia Nuclear/Departamento de Energia dos EUA (domínio público).

    Impactos negativos da energia nuclear

    Apesar de seus benefícios, a energia nuclear tem desvantagens. Ele requer mais água do que qualquer outra fonte de energia. A água usada para resfriamento é liberada de volta ao meio ambiente e, embora não contenha materiais radioativos ou outros produtos químicos nocivos, está mais quente do que antes. Isso é chamado de poluição térmica e pode prejudicar a vida aquática, que é adaptada a temperaturas mais baixas. A mineração de superfície para minério de urânio degrada o habitat e libera toxinas do subsolo (semelhante à mineração superficial de carvão). As usinas nucleares são caras de construir e manter e requerem grandes quantidades de metal e concreto. Urânio enriquecido para combustível nuclear, se nas mãos erradas, pode ser usado para fabricar armas nucleares (figura\(\PageIndex{c}\)). Embora os acidentes nucleares sejam raros, eles podem causar grandes danos e seus impactos são duradouros. Além disso, o problema de descartar com segurança o combustível nuclear usado permanece sem solução. As duas últimas preocupações são discutidas em mais detalhes abaixo.

     

    Três gráficos circulares mostrando as proporções de enriquecimento de urânio na natureza (< 0,72%), para combustível (< 20%) e para armas (20-85%).
    Figura\(\PageIndex{c}\): Gráficos circulares mostrando as proporções relativas de urânio-238 (azul) e urânio-235 (vermelho) em diferentes níveis de enriquecimento. As armas nucleares requerem mais urânio altamente enriquecido do que o necessário para o combustível nuclear. O urânio natural (NU) consiste em mais de 99,2% de U-238 e 0,72% ou menos de U-235. O urânio pouco enriquecido (LEU) consiste em menos de 20% de U-235, com urânio de grau de reator normalmente 2-5% U-235. O urânio altamente enriquecido (HEU) consiste em 20-85% de U-235 com armas de grau de pelo menos 85% U-235. Imagem e legenda (modificadas) pela Fastfission (domínio público).

    Resíduos nucleares

    O principal desafio ambiental da energia nuclear são os resíduos, incluindo resíduos radioativos de alto nível, resíduos radioativos de baixo nível e rejeitos de usinas de urânio. Esses materiais têm meia-vida radioativa longa e, portanto, permanecem uma ameaça à saúde humana por milhares de anos.

    Resíduos radioativos de alto nível (HLRW) consistem em combustível usado de reator nuclear (barras de combustível nuclear usado). Eles contêm os produtos da fissão nuclear, que também são radioativos. Este HLRW é armazenado temporariamente em uma piscina na usina nuclear ou em um barril seco, cilindros de aço dentro de outro contêiner, feito de aço ou concreto (figura\(\PageIndex{d}\)). Os barris secos contêm gás inerte (não reativo) e podem estar localizados na usina, em uma usina desativada ou em um local de armazenamento separado. Resíduos radioativos de alto nível só podem ser movidos para um barril seco após um ano de resfriamento em uma piscina. Os EUA não têm armazenamento de longo prazo para HLRW e, portanto, o combustível usado permanece como armazenamento provisório.

    Longas barras de combustível em um cilindro dentro de outro cilindro, que é cerca de três vezes mais alto que uma pessoa
    Figura\(\PageIndex{d}\): Os barris secos vedam as barras de combustível usadas em um recipiente, que é cercado por um barril de armazenamento maior. Pacotes de conjuntos de combustível usados estão dentro. Imagem do NRC (domínio público).

    A Montanha Yucca, em Nevada, foi proposta como um local de armazenamento geológico de longo prazo, onde o HLRW poderia ser enterrado por centenas de milhares de anos. A instalação de armazenamento foi construída, mas não foi usada devido à oposição dos moradores locais e à preocupação com a segurança do transporte do HLNW (figura\(\PageIndex{e}\))

    Uma paisagem árida com uma longa montanha
    Figura\(\PageIndex{e}\): A Montanha Yucca é o local proposto para armazenamento de longo prazo de resíduos radioativos de alto nível nos EUA, mas não está em uso devido a controvérsias políticas. Imagem de whitehouse.gov (domínio público).

    Alguns países reprocessam (reciclam) o combustível nuclear usado, mas nenhuma instalação de reciclagem ou reprocessamento ou um repositório federal de resíduos está atualmente licenciado nos Estados Unidos. O reprocessamento separa a fração utilizável do combustível usado e a recicla através do reator, usando uma fração maior de seu conteúdo de energia para a produção de eletricidade, e envia os resíduos restantes de alto nível para o armazenamento geológico permanente.

    A principal motivação para o reprocessamento é o maior uso dos recursos de combustível, extraindo cerca de 25% mais energia do que o ciclo único. Uma motivação secundária para a reciclagem é uma redução significativa do espaço de armazenamento geológico permanente (para 20% ou menos do que seria necessário) e do tempo (de centenas de milhares de anos para milhares de anos). Embora essas vantagens pareçam naturais e atraentes do ponto de vista da sustentabilidade, elas são complicadas pelo risco de roubo de material nuclear do ciclo de reprocessamento para uso na produção ilícita de armas ou outros fins não sustentáveis. Atualmente, a França, o Reino Unido, a Rússia, o Japão e a China se dedicam a alguma forma de reprocessamento; os Estados Unidos, a Suécia e a Finlândia não reprocessam.

    Resíduos radioativos de baixo nível (LLRW) referem-se a itens que foram expostos à radiação, incluindo roupas, filtros e luvas. Eles podem ser contidos com concreto ou chumbo (através dos quais a radiação não pode passar; figura\(\PageIndex{f}\)). Os resíduos de baixo nível são normalmente armazenados na usina nuclear, seja até que se decomponham e possam ser descartados como lixo comum, ou até que as quantidades sejam grandes o suficiente para serem enviadas para um dos cinco locais de descarte de LLRW nos EUA (figura\(\PageIndex{g}\)).

    Quatro partículas em uma coluna de papel vertical, a mão de uma pessoa, uma chapa metálica, um copo de água, um bloco grosso de concreto e chumbo espesso e vertical.
    Figura\(\PageIndex{f}\): Água, concreto espesso, chumbo e aço (não mostrados) podem impedir vários tipos de radiação liberados por resíduos radioativos. Observe que os raios gama podem penetrar um pouco em todas essas substâncias, mas o chumbo, o concreto e o aço fornecem uma proteção parcial. A capacidade de diferentes tipos de radiação passarem pelo material é mostrada. Do menos ao mais penetrante, eles são alfa < beta < nêutron < gama. A partícula superior listada é composta por duas esferas brancas e duas esferas verdes que são rotuladas com sinais positivos e são rotuladas como “Alfa”. Uma seta voltada para a direita leva desta para o papel. A segunda partícula é uma esfera vermelha chamada “Beta” e é seguida por uma seta voltada para a direita que passa pelo papel e para na mão. A terceira partícula é uma esfera branca chamada “Neutron” e é seguida por uma seta voltada para a direita que passa pelo papel, mão e metal, mas é parada no copo de água. A quarta partícula é mostrada por uma flecha ondulada e passa por todas as substâncias, mas para na liderança. Os termos na parte inferior dizem, da esquerda para a direita, “Papel”, “Metal”, “Água”, “Concreto” e “Chumbo”. Imagem e legenda (modificadas) de Flowers, Theopold e Langley/Openstax (CC-BY). Baixe gratuitamente no CNX.
    Seção de uma instalação de descarte de resíduos radioativos de baixo nível
    Figura\(\PageIndex{g}\): Diagrama (superior) e foto (inferior) de um local de descarte de resíduos radioativos de baixo nível (LLRW ou LLW). No diagrama, resíduos de baixo nível estão contidos em recipientes dentro de cofres de concreto. Isso é cercado por argila impermeável e aterro. O sistema de drenagem evita que os resíduos contaminem as águas subterrâneas. Toda a instalação de descarte é subterrânea e uma camada de solo superficial está acima dela. O local de descarte na foto aceita resíduos de Estados que participam de um acordo regional de descarte. O lixo é selado em vasilhas e enterrado superficialmente. Imagem do NRC (domínio público).

    O enriquecimento de urânio produz hexafluoreto de urânio empobrecido (DUF 6), ou rejeitos de usinas de urânio, como um subproduto, que não tem concentrações altas o suficiente de 235 U para ser usado como combustível nuclear, mas ainda é perigoso. Os rejeitos representam a maior porcentagem de resíduos nucleares em volume, e há mais de 200 milhões de toneladas de rejeitos radioativos nos Estados Unidos. Os rejeitos contêm vários elementos radioativos, incluindo rádio, que decai para produzir radônio, um gás radioativo. Eles são armazenados em represas, covas forradas no solo que são inundadas com água, em áreas remotas. A desconversão envolve o tratamento químico dos rejeitos para reduzir seus riscos, para que possam ser armazenados como LLRW.

    Desastres nucleares

    Existem muitas outras precauções regulatórias que regem o licenciamento, construção, operação e descomissionamento de usinas nucleares devido aos riscos de uma reação nuclear descontrolada. O potencial de contaminação do ar, água e alimentos é alto caso ocorra uma reação descontrolada. Mesmo ao planejar os piores cenários, sempre há riscos de eventos inesperados. Os acidentes nucleares em Three Mile Island, Chernobyl (veja o Capítulo Gancho) e Fukushima levantaram preocupações sobre a segurança da energia nuclear.

    O acidente de Three Mile Island ocorreu na Pensilvânia em 1979. Foi um colapso parcial que resultou de uma falha elétrica e erros na operação. Não houve mortes diretas. Estudos investigaram a possibilidade de a exposição à radiação do acidente causar mortes indiretamente por meio do aumento das taxas de câncer ou outras doenças, mas não há evidências disso. Em contraste, o colapso de 1986 na Usina Nuclear de Chernobyl, onde hoje é a Ucrânia, foi responsável por 50 mortes diretas. Esse desastre ocorreu a partir de um teste dos sistemas de emergência que deram errado. As estimativas de mortes indiretas por exposição à radiação variam de 4.000 a 60.000.

    A discussão global sobre energia nuclear foi fortemente impactada pelo terremoto de março de 2011 e o subsequente tsunami que atingiu o Japão e resultaram no colapso do reator na Usina Nuclear de Fukushima Daiichi, causando danos massivos à área circundante. O desastre desativou o sistema de resfriamento de um complexo de energia nuclear, causando um colapso parcial de alguns dos núcleos do reator e a liberação de radiação significativa. O projeto dos reatores (reatores de água fervente) dificultou a ventilação do sistema sem liberar radiação. O resfriamento do combustível radioativo gerou um grande volume de água contaminada, e o desastre custou pelo menos 300 bilhões de dólares. Embora não tenha havido mortes imediatas, uma pessoa morreu posteriormente de câncer atribuído à exposição à radiação. Milhares morreram como resultado do estresse associado à evacuação, e cerca de 20% dos mais de 160.000 evacuados ainda não haviam voltado para casa em 2019.

    Quatro reatores no desastre de Fukushima estão diagramadosVista aérea de reatores nucleares ventilando vapor
    Figura\(\PageIndex{g}\): Esquerda: Diagrama (aproximado) dos acidentes da usina nuclear de Fukushima I. (1) Unidade 1: Explosão, teto arrancado em 12 de março. (2) Unidade 2: Explosão em 15 de março; água contaminada em trincheira subterrânea, possível vazamento da câmara de supressão. (3) Unidade 3: Explosão, a maior parte edifício de concreto destruído em 14 de março, possível vazamento de plutônio. (4) Incêndio em 15 de março; nível de água em piscinas de combustível usado parcialmente restaurado. (5) Várias trincheiras: provável fonte de água contaminada, parcialmente subterrânea, vazada interrompida em 6 de abril. À direita: A Usina Nuclear de Fukushima I após o terremoto e tsunami de Tohoku em 2011. Reator 1 a 4 da direita para a esquerda. Imagem à esquerda e legenda (modificadas) por Sodacan (CC-BY). Imagem e legenda corretas da Digital Globe (CC-BY-SA).

    elemento interativo

    Este segmento de três minutos, What Recovery Looks In Japan Quase uma década após o desastre nuclear de Fukushima, fornece atualizações sobre os evacuados do desastre nuclear de Fukushima.

    Atribuição

    Modificado por Melissa Ha a partir das seguintes fontes: