The Generation Game: Por que a energia nuclear não está ficando mais segura

A sala de controle da central nuclear de Chernobyl. Crédito da imagem: BBC World Service // CC BY-NC 2.0

M ost pessoas associam a palavra “nuclear” com duas coisasarmas e colapsos, nenhuma das quais são boas notícias. Apesar do extenso progresso que os pesquisadores de energia atômica criaram na concepção de reatores mais seguros, ainda ocorrem acidentes nucleares – mais recentemente, em 2011, em Fukushima, depois de um terremoto de magnitude 9,0 ao largo da costa do Japão. O processo de limpeza e o plano de 40 anos para desativar a fábrica envolveu gigantes paredes subterrâneas de gelo e a construção sem parar de enormes tanques de armazenamento de aço cheios de água radioativa que ninguém sabe realmente o que fazer . Então, por que nossas fábricas de energia não ficam mais seguras?

Para entender corretamente a resposta a essa pergunta, precisamos rebobinar em um momento em que a energia nuclear era o futuro. Durante a "Era Atômica" da década de 1950, era impossível escapar das previsões de olhos estrelados de que essa tecnologia milagrosa transformaria a sociedade. "A própria idéia de dividir o átomo teve um alcance quase mágico na imaginação de inventores e formuladores de políticas", escreveram os historiadores nucleares John Byrne e Steven M. Hoffman em 1996. "Assim que alguém disse – de forma ainda suavemente credível – que Essas coisas poderiam ser feitas, então as pessoas rapidamente se convenceram … que elas seriam feitas ".

Os jornais e revistas da época foram preenchidos com características que detalham a irradiação de alimentos para preservá-lo, desenvolvimento de medicina nuclear, carros e aeronaves de energia nuclear e até bolas de golfe radioativas capazes de ser encontradas com um contador Geiger. No auge deste frenesi, o governo dos EUA lançou a Operação Plowshare – uma série de manifestações em torno dos potenciais usos civis de explosões nucleares. Tal foi a febre em torno da energia nuclear que um traje de banho de duas peças recém-projetado foi nomeado depois do local de teste para bombas atômicas – Atol de Biquini.

A realidade, é claro, caiu um pouco curta. Em 1942, Enrico Fermi e uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chicago construíram a primeira usina artificial de energia nuclear na configuração implausível de uma quadra de squash. Não era muito impressionante – o reator era conhecido como Chicago Pile-1 , porque basicamente era apenas uma pilha de tijolos de grafite e madeiras de madeira com alguns cilindros de combustível de urânio metálico puro dentro. Ele funcionou por cerca de quatro minutos e meio, produzindo um miserável 0,5 watts – você precisaria de 100 desses reatores para alimentar uma lâmpada doméstica típica. Embora esse não fosse realmente o objetivo – o objetivo era provar que as reações em cadeia nuclear, então um conceito puramente teórico, eram realizáveis ​​no mundo real.

Não houve sistema de proteção contra radiação ou refrigerante no reator. Em vez disso, Norman Hilberry , em pé perto segurando um machado, era responsável pela segurança. A idéia era que ele usaria isso para cortar uma corda anexada a uma barra de controle suspensa acima para interromper a reação se algo derrubasse. Até hoje, o código para procedimentos de parada de emergência é SCRAM, que supostamente significa "homem de haste de haste de controle de segurança", embora haja algum debate sobre se essa história é apócrifa.

Os cientistas também não disseram ao presidente da universidade sobre o experimento. Arthur Compton , o responsável responsável, mais tarde contou:

"Eu deveria ter tomado o assunto para o meu superior. Mas isso teria sido injusto. O presidente Hutchins não estava em posição de fazer um julgamento independente sobre os perigos envolvidos. Com base em considerações sobre o bem-estar da Universidade, a única resposta que ele poderia ter dado não seria. E essa resposta teria sido errada ".

Depois de provocar com sucesso a primeira reação em cadeia nuclear auto-sustentável da humanidade, os cientistas reunidos comemoraram com uma garrafa de Chianti , bebidos de copos de papel. Eles também fizeram um telefonema para James Conant , o presidente do Comitê de Pesquisa de Defesa Nacional, falando em código impromptu. "O navegador italiano desembarcou no Novo Mundo", relatou Compton. "Como os nativos?", Perguntou Conant. "Muito amigável", respondeu Compton.

Chicago Pile 1 – o primeiro reator nuclear artificial. Crédito da imagem: Melvin A. Miller

Geração I

O sucesso da Chicago Pile-1 abriu o caminho para avanços rápidos na tecnologia nuclear nos Estados Unidos, levando ao desenvolvimento das bombas atômicas lançadas em Hiroshima e Nagasaki no final da Segunda Guerra Mundial. Após a guerra, enquanto o desenvolvimento de armas continuava, havia um foco em aproveitar o poder do átomo para fins pacíficos. O trabalho começou a usar o tremendo calor liberado durante a fissão nuclear para gerar eletricidade.

A primeira usina nuclear a ser conectada a uma rede nacional foi um reator de pesquisa na "Cidade da Ciência" de Obninsk na União Soviética – que gerou cerca de cinco megawatts entre 1954 e 1959. Foi seguida pela primeira usina nuclear de escala industrial em Calder Hall no Reino Unido em 1956, embora este tenha produzido principalmente plutônio de grau de armas – seus 60 megawatts de geração de eletricidade foi um bônus secundário.

O primeiro reator nuclear dedicado exclusivamente a usos em tempo de paz foi a central elétrica atômica de Shippingport , localizada no rio Ohio, no oeste da Pensilvânia. Alcançou o status de auto-sustentação pela primeira vez em 2 de dezembro de 1957, alimentado por um núcleo que foi originalmente projetado para um porta-aviões nuclear cancelado. Infelizmente, a eletricidade custa cerca de 10 vezes a do poder de carvão local. A primeira planta com financiamento privado abriu apenas alguns anos depois, em 1960, em Dresden, Illinois , seguido rapidamente pela primeira usina nuclear comercial, Yankee Rowe , em Rowe, Massachusetts.

Hoje, a indústria nuclear se refere a essas plantas protótipos como "Geração I." Mais prova de conceito do que qualquer outra coisa, eles dependiam principalmente de moderadores de grafite e água para refrigeração. Isso foi barato e permitiu que eles usassem urânio não enriquecido como combustível, mas os projetos tornaram os componentes suscetíveis a corrosão e expansão ao longo do tempo. Apesar desta grande falha, o último reator da geração I no Ocidente – a central nuclear de Wylfa, na ilha de Anglesey, no País de Gales – não foi fechado até 30 de dezembro de 2015. Um reator experimental de primeira geração em Yongbyon, na Coréia do Norte, foi encerrado em 2007, mas acredita-se que tenha retomado a operação em 2015.

Geração II

Uma segunda geração de reatores nucleares foi lançada no final da década de 1960. Eles vieram em vários sabores – água pressurizada , água fervente , refrigerante a gás avançado , e Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy (RBMK) projetado pelos soviéticos são alguns exemplos – mas sua característica unificadora era que eles eram mais econômicos e confiáveis ​​do que seus antecessores. A maioria foi projetada com uma vida útil operacional de 30 ou 40 anos, permitindo que as empresas que construíram a capacidade de retirar empréstimos pudessem pagar pelo período de operação do reator.

Muitos dos projetos desta nova geração vieram com características de segurança elétricas e mecânicas incorporadas que iniciariam automaticamente em caso de perigo. Em um reator de água pressurizada (o tipo usado na maioria dos submarinos nucleares), por exemplo, o reator fica menos reativo, quanto mais quente o refrigerante obtém – auto-regulável para tornar o núcleo muito estável.

Em um reator RBMK, no entanto, o oposto é verdadeiro; Quando as temperaturas do refrigerante aumentam, o reator também se aquece e se torna mais reativo. Essa falha de design tornou-se um problema em 26 de abril de 1986 – talvez o dia mais sombrio da história da energia nuclear. Na sala de controle da usina de energia de Chernobyl no que é agora a Ucrânia, as operadoras detectaram uma onda de energia súbita e inesperada durante as operações de teste de rotina e baixa potência. Eles implementaram procedimentos de parada de emergência – um SCRAM – inserindo barras de controle para diminuir a reação. Mas as varas de Chernobyl foram derrubadas com grafite, fazendo com que elas aumentassem a saída de energia do reator brevemente quando inseridas pela primeira vez.

Roda gigante em Pripyat, evacuada após o desastre de Chernobyl. Crédito da imagem: Robarmstrong2 // CC0

O que aconteceu a seguir é bem conhecido. A potência de saída aumentou para mais de 10 vezes a saída operacional normal, levando a uma explosão de vapor que rompeu a caixa do reator, enviando-a através do telhado do prédio enquanto separava a maioria das linhas de refrigerante alimentando a câmara do reator.

Alguns momentos depois, ocorreu uma segunda explosão mais poderosa que terminou a reação nuclear e lançou pedaços de grafite superaquecidos na área circundante – iniciando incêndios nos telhados de reatores adjacentes. Nesses reatores, os operadores receberam respiradores e comprimidos de iodeto de potássio e disseram para continuar o trabalho.

A explosão e o fogo subsequente liberaram grandes quantidades de partículas radioativas no ar, que depois se espalharam pelos ventos através de uma enorme camada da Europa e da União Soviética ocidental. Depois disso, 32 pessoas morreram de doença de radiação – a maioria deles disparou e resgatou trabalhadores que não foram informados sobre quão perigoso era a exposição à radiação na fumaça. No entanto, o número total de mortes do acidente provavelmente nunca será conhecido. As estimativas variam descontroladamente, de 4.000 para até 200.000 pessoas expostas e mortas por radiação ao longo das décadas desde Chernobyl (embora este último dependa fortemente de fontes não revisadas por pares).

Na sequência do desastre, a comunidade internacional ficou atordoada. Houve acidentes nucleares antes – incluindo Windscale em 1957 , SL-1 em 1961 e Three Mile Island em 1979 – mas foi a primeira vez que uma área tão grande foi afetada. No total, cerca de 62,550 milhas quadradas ( 162 mil quilômetros quadrados ) da Europa foram contaminados com césio radioativo.

Embora tenha havido uma oposição dispersa à energia nuclear antes de Chernobyl – principalmente ligada ao crescente movimento ambiental – o acidente catalisou a opinião pública contra a tecnologia. Em Roma, quase 200 mil pessoas entraram em protesto contra os planos do governo para construir reatores. Esta pressão pública forçou muitos países a começarem a repensar seus programas nucleares – abrandando e, em alguns casos, impedindo a construção de novos reatores.

Geração III

Durante os anos 1980 e 1990, os cientistas continuaram a refinar os projetos dos reatores. Melhoraram substancialmente muitas facetas da tecnologia – processamento de combustível, eficiência térmica, vida útil operacional (até 60 anos) e recursos de segurança. Uma melhor compreensão das tecnologias e dos materiais, graças aos dados das centenas de reatores operacionais em todo o mundo, permitiu que os pesquisadores construíssem sistemas de segurança passivos que não requeram ação do operador ou sistemas eletrônicos para funcionar em caso de emergência.

Obter esses projetos construídos para testá-los, no entanto, mostrou-se muito mais problemático na sequência do desastre de Chernobyl. Apesar do avanço nas supostas melhorias de segurança, poucas pessoas queriam um reator nuclear experimental em seu quintal – o que significa que grandes protestos acompanharam qualquer proposta para construir novas instalações de energia. "As plantas da Geração III foram projetadas, mas nunca foram realmente construídas", explicou Nikolaus Muellner, chefe do Grupo Internacional de Avaliação de Riscos Nucleares, um órgão independente de especialistas em segurança nuclear. "De 1990 a 2010, você declina na [construção] de novas plantas". Dos poucos que foram construídos, principalmente no Japão, apenas quatro estão em operação hoje.

São quatro das 438 usinas nucleares que atualmente operam em todo o mundo no momento da redação. Depois de ler essa estatística, alguns de vocês provavelmente estão colocando dois e dois juntos e pensando em algo ao longo das linhas de "esperar, então o que sobre o resto?" A maioria esmagadora deles são sobras da geração I e da geração II.

Sim, está certo. A maioria dos reatores nucleares no mundo de hoje foram projetados antes da década de 1980 – antes do acidente de Chernobyl. Eles não estão sendo substituídos por modelos mais seguros porque o público odeia a idéia de construir novos reatores nucleares. Em vez disso, ao longo dos anos, os engenheiros deram a essas atualizações de segurança incrementais das usinas antigas para prolongar suas vidas muito além das capacidades operacionais pretendidas. "Há muito o que você pode fazer para melhorar a segurança dos reatores existentes", disse Muellner. "Se você [falar com a indústria nuclear] sobre segurança, normalmente, você é informado sobre a segurança dos reatores nucleares de geração III – o estado atual da tecnologia de segurança. Mas não vamos ver aqueles nos próximos 20 ou 30 anos na Europa e nos Estados Unidos ".

Isso, em poucas palavras, é por isso que a energia nuclear não está ficando mais segura – porque estender a vida útil de uma planta existente é muito mais fácil de vender ao público do que construir uma nova. Mas não é toda a história. Porque para apreciar se é importante que a energia nuclear não esteja ficando mais segura, precisamos falar sobre o quão seguro é começar.

Crédito de imagem: Argonne National Laboratory // CC BY-SA 2.0

Um breve interlúdio para perguntar: quão seguro é a energia nuclear?

Depende do que você quer dizer com segurança, é claro. "Se você vai perguntar a indústria [nuclear] ou um regulador, então você provavelmente receberá como uma resposta:" Nossas plantas de energia nuclear existentes são seguras ", disse Muellner. "O argumento é que esta é realmente uma questão de definição".

Ele continuou: "O que significa, se você está dizendo que algo está seguro, é que a sociedade estabeleceu um conjunto de regras e convenções segundo as quais uma usina nuclear é julgada. Se a planta passa este teste, então ele é chamado de seguro. "Essas regras e convenções diferem em todo o mundo, mas geralmente se resumem a probabilidades – se uma usina nuclear pode sobreviver a um terremoto que acontece uma vez a cada 100.000 anos, por exemplo. "Isso significa, do ponto de vista da engenharia, que os planos cumprem seus objetivos de probabilidade", disse Muellner. "O que significa que de acordo com a definição, eles estão seguros. Mas isso não significa que um acidente não possa acontecer ".

Há outro problema com a dependência de alvos de probabilidade – essas probabilidades estão em mutação. Graças às mudanças climáticas, uma inundação de uma vez em 1000 anos está se tornando uma inundação única em 100 anos em muitas partes do mundo, e a indústria não está realmente lidando com essas mudanças. No momento, por exemplo, a Associação dos Reguladores Nucleares da Europa Ocidental exige que as usinas responsáveis ​​pela mudança climática em suas análises de segurança. Mas exatamente como fazer isso ainda é muito discutido, e com o lento ritmo de construção de novas fábricas que a discussão não está acontecendo muito rápido.

Então, para avaliar a segurança da energia nuclear, vamos começar com as pessoas mortas pela tecnologia. Com esse padrão, a energia nuclear é a forma mais segura de geração de energia de longe. Se você executar os números, como o pesquisador de energia Brian Wang fez em 2011 , você descobrirá que a energia atômica resulta em apenas 0,04 mortes por terawatt-hora produzidas, em comparação com 100 para o carvão e 36 para o petróleo. Mesmo as energias renováveis ​​são mais mortíferas do que a nuclear, resultando em 0,44, 0,15 e 1,4 mortes por terawatt-hora produzidas para energia solar, eólica e hidrelétrica, respectivamente. Outros estudos trouxeram números diferentes, mas as mesmas conclusões .

Pegue o acidente nuclear Fukushima-Daiichi 2011, por exemplo – que teve influência similar em Chernobyl na opinião pública. Ninguém morreu como resultado da exposição à radiação – embora seis tenham sido expostos a doses além dos limites legais da vida. As futuras mortes por câncer previstas na população que vive perto de Fukushima variam de nenhuma para algumas centenas . Algumas centenas de mortes ainda são algumas centenas, mas em comparação com as 13.000 mortes prematuras causadas a cada ano pela poluição do ar de centrais a carvão apenas nos Estados Unidos, é uma queda no oceano. Os perigos da energia nuclear, em termos de mortalidade, são significativamente exagerados.

Esse fato, no entanto, não terá muito conforto para as 300 mil pessoas no Japão que foram forçadas a abandonar suas casas como resultado do desastre de Fukushima, ou os aproximadamente 1.600 que morreram como resultado das condições de evacuação. Os sobreviventes não poderão retornar por décadas e o trauma do desastre causou que as taxas de doenças mentais entre a população evacuada aumentassem cinco vezes em relação à média japonesa.

Seguindo Chernobyl, um número similar de pessoas foram deslocadas. Embora a maioria tenha recebido doses muito baixas de radiação, as cidades onde moraram serão contaminadas por gerações. Em toda a Europa, as áreas de terra onde as partículas radioativas caíram em quantidades substanciais ainda estão sujeitas a restrições agrícolas 25 anos após o desastre. É claro que, ao avaliar a segurança da energia nuclear, temos que olhar muito além das mortes causadas pela radiação.

Em última análise, a questão de como a energia nuclear segura depende da sua percepção pessoal de risco. Embora os acidentes sejam muito menos comuns com a energia nuclear do que outras formas de geração de energia, esses acidentes tendem a ter conseqüências amplas e difíceis de prever. Isso é melhor ou pior do que as alternativas? O longo processo da tentativa da sociedade de responder a essa questão é o cerne dos problemas que a indústria nuclear enfrenta hoje.

Geração III + e além

Assim, como estabelecido anteriormente, a energia nuclear está presa. O público não permitirá que novas usinas nucleares sejam construídas por causa da percepção de que elas não são seguras e a segurança das usinas de energia não pode ser melhorada substancialmente sem a construção de novas. O " renascimento nuclear " que a indústria prometeu por tantos anos é tão distante como sempre.

Existe uma saída para essa bagunça? Possivelmente. Mas isso não está nos Estados Unidos e na Europa. Na China e na Índia, a opinião pública é menos um fator na tomada de decisões políticas, e ambas as nações estão conduzindo lançamentos agressivos de tecnologia nuclear. A China atualmente opera 29 usinas nucleares e planeja mais que duplicar esse valor antes de 2020, enquanto a Índia dirige 21 reatores com outros 20 planejados nos próximos anos.

Crucialmente, estes não são os reatores de geração II envolvidos nos acidentes de Chernobyl e Fukushima. Eles não são nem a geração III não construída – eles são conhecidos como geração III +, um desenvolvimento evolutivo dos reatores de geração III que oferecem melhorias adicionais na mesma tecnologia básica. Essas melhorias incluem outras características de segurança passiva (como múltiplas barreiras contra a liberação de material radioativo e reservas de refrigerantes armazenadas acima de um reator que cairá sobre isso em caso de acidente), bem como menor consumo de combustível e produção de resíduos.

Uma vez que estas usinas nucleares são construídas, elas devem ser – no papel pelo menos – significativamente mais seguras do que as mais antigas, que (como mencionado acima) já possuem taxas de acidentes bastante baixas. Com as plantas da geração III +, essas taxas devem cair ainda mais – e se isso não se traduz em grandes incidentes nas próximas décadas, a oposição pública pode desaparecer e a energia nuclear pode finalmente ter uma chance em seu renascimento atrasado.

No momento em que o fizer, estaremos usando os reatores da geração IV, no entanto. Cientistas nucleares assinaram a geração III por enquanto, acreditando que os projetos são tão bons quanto podem ser. Enquanto isso, pesquisas contemporâneas se concentram em tecnologias completamente diferentes, como o sal derretido e os reatores de nêutrons rápidos, que são mais econômicos, têm uma vida útil mais longa e são mais seguros do que seus antepassados. Mas, mais uma vez, para avançar substancialmente, eles precisarão ser construídos – e a maioria dos especialistas pensa que mesmo este passo ainda está de duas a quatro décadas de distância.

Até então, pode ser tarde demais para a energia nuclear. Já a energia solar está alcançando a paridade da rede com combustíveis fósseis em muitas partes do mundo e a relativa facilidade de construção de alguns painéis fotovoltaicos em comparação com uma enorme usina nuclear significa que a energia solar pode ser muito mais ágil. Combine isso com o impulso global por trás da energia solar e outras renováveis, e a energia nuclear não parece uma boa aposta para os investidores. Além disso, mesmo que o público clamasse por mais energia nuclear, os potenciais construtores precisariam lidar com uma lista de outras questões relacionadas à lavanderia: altos custos iniciais, regulamentos de segurança rigorosos, resíduos radioativos e o risco de proliferação de armas.

Então, de uma perspectiva mais ampla, na verdade não importa que a energia nuclear esteja ficando mais segura, nem que seja muito seguro começar. O nuclear simplesmente não pode satisfazer as necessidades da sociedade moderna da mesma forma que as renováveis ​​podem. Os sonhos da era atômica estão morrendo.

Mas oi – por que se preocupar com os sonhos do passado? Temos os sonhos renováveis ​​e sustentáveis ​​do futuro.