Energia nuclear proposta como energia renovável - Nuclear power proposed as renewable energy

Se a energia nuclear deve ser considerada uma forma de energia renovável é um assunto em constante debate. As definições estatutárias de energia renovável geralmente excluem muitas tecnologias atuais de energia nuclear, com a notável exceção do estado de Utah . As definições de tecnologias de energia renovável fornecidas por dicionário muitas vezes omitem ou excluem explicitamente a menção às fontes de energia nuclear, com uma exceção feita para o calor de decomposição nuclear natural gerado na Terra .

O combustível mais comum usado em usinas de fissão nuclear convencionais , o urânio-235 é "não renovável" de acordo com a Administração de Informações de Energia , mas a organização é silenciosa sobre o combustível MOX reciclado . Da mesma forma, o Laboratório Nacional de Energia Renovável não menciona a energia nuclear em sua definição de "princípios básicos de energia".

Em 1987, a Comissão Brundtland (WCED) classificou os reatores de fissão que produzem mais combustível nuclear físsil do que consomem ( reatores geradores e, se desenvolvidos, energia de fusão ) entre as fontes de energia renováveis ​​convencionais, como a energia solar e hidrelétrica . O American Petroleum Institute não considera a fissão nuclear convencional renovável, mas considera o combustível nuclear do reator regenerador renovável e sustentável, e enquanto a fissão convencional leva a fluxos de resíduos que permanecem uma preocupação por milênios, os resíduos de combustível usado reciclado de forma eficiente requerem uma supervisão de armazenamento mais limitada período de cerca de mil anos. O monitoramento e armazenamento de produtos de resíduos radioativos também são necessários mediante o uso de outras fontes de energia renováveis, como a energia geotérmica.

Definições de energia renovável

Os fluxos de energia renovável envolvem fenômenos naturais, que com exceção da energia das marés , em última análise, derivam sua energia do sol (um reator de fusão natural ) ou da energia geotérmica , que é o calor derivado em grande parte daquele que é gerado na terra a partir do decadência de isótopos radioativos , como explica a Agência Internacional de Energia :

A energia renovável é derivada de processos naturais que são renovados constantemente. Em suas várias formas, ele deriva diretamente do sol ou do calor gerado nas profundezas da terra. Incluídos na definição estão a eletricidade e o calor gerados a partir da luz solar , vento , oceanos , energia hidrelétrica , biomassa , recursos geotérmicos e biocombustíveis e hidrogênio derivados de recursos renováveis.

Os recursos de energia renovável existem em amplas áreas geográficas, ao contrário de outras fontes de energia, que se concentram em um número limitado de países.

Na ISO 13602-1: 2002, um recurso renovável é definido como "um recurso natural para o qual a razão entre a criação do recurso natural e a produção desse recurso da natureza para a tecnosfera é igual ou maior que um".

Fissão convencional, reatores reprodutores renováveis

Os reatores de fissão nuclear são um fenômeno de energia natural, tendo-se formado naturalmente na Terra no passado, por exemplo, um reator de fissão nuclear natural que funcionou por milhares de anos no atual Oklo Gabão foi descoberto na década de 1970. Funcionou por algumas centenas de milhares de anos, com média de 100 kW de energia térmica durante esse tempo.

As usinas convencionais de fissão nuclear de fabricação humana usam em grande parte o urânio, um metal comum encontrado na água do mar e em rochas em todo o mundo, como sua principal fonte de combustível. O urânio-235 "queimado" em reatores convencionais, sem reciclagem de combustível , é um recurso não renovável e, se usado nas taxas atuais, acabaria se esgotando .

Um modelo em corte do segundo reator reprodutor rápido mais poderoso atualmente em operação no mundo. O ( BN-600 ), com 600 MW de capacidade nominal, é equivalente em potência a um CCGT a gás natural . Ela despacha 560 MW para a rede elétrica do Médio Ural . A construção de um segundo reator reprodutor, o reator BN-800, foi concluída em 2014.

Isso também é um pouco semelhante à situação com uma fonte renovável comumente classificada, a energia geotérmica , uma forma de energia derivada da decadência nuclear natural do grande, mas ainda assim, suprimento finito de urânio, tório e potássio-40 presente na crosta terrestre, e devido ao processo de decomposição nuclear , essa fonte de energia renovável também acabará ficando sem combustível. Assim como o Sol , ficará exausto .

A fissão nuclear envolvendo reatores reprodutores , um reator que gera mais combustível físsil do que consomem e, portanto, tem uma taxa de reprodução para combustível físsil superior a 1, portanto, tem um caso mais forte para ser considerado um recurso renovável do que os reatores de fissão convencionais. Os reatores reprodutores supririam constantemente o suprimento disponível de combustível nuclear , convertendo materiais férteis , como urânio-238 e tório , em isótopos físseis de plutônio ou urânio-233 , respectivamente. Os materiais férteis também não são renováveis, mas seu suprimento na Terra é extremamente grande, com um cronograma de suprimento maior do que a energia geotérmica . Em um ciclo fechado de combustível nuclear utilizando reatores reprodutores, o combustível nuclear poderia, portanto, ser considerado renovável.

Em 1983, o físico Bernard Cohen afirmou que os reatores reprodutores rápidos , alimentados exclusivamente com urânio natural extraído da água do mar , poderiam fornecer energia pelo menos enquanto a expectativa de vida restante do sol era de cinco bilhões de anos. Isso foi baseado em cálculos envolvendo os ciclos geológicos de erosão, subducção e soerguimento, levando os humanos a consumir metade do urânio total na crosta terrestre a uma taxa de uso anual de 6.500 toneladas / ano, o que foi suficiente para produzir cerca de 10 vezes o consumo mundial de eletricidade em 1983 , e reduziria a concentração de urânio nos mares em 25%, resultando em um aumento no preço do urânio de menos de 25%.

Proporções dos isótopos, U-238 (azul) e U-235 (vermelho) encontrados no urânio natural , versus graus que são enriquecidos . os reatores de água leve e os reatores CANDU com capacidade de urânio natural são alimentados principalmente pelo componente U-235, falhando em extrair muita energia do U-238. Enquanto, em contraste, os reatores reprodutores de urânio usam principalmente U-238 / o principal constituinte do urânio natural como combustível.

Os avanços no Oak Ridge National Laboratory e na University of Alabama , conforme publicado em uma edição de 2012 da American Chemical Society , em relação à extração de urânio da água do mar têm se concentrado em aumentar a biodegradabilidade dos materiais usados, reduzindo o custo projetado do metal se ele foi extraído do mar em escala industrial. As melhorias dos pesquisadores incluem o uso de esteiras de chitina com casca de camarão eletrofiadas, que são mais eficazes na absorção de urânio quando comparadas ao método japonês anterior de uso de redes plásticas de amidoxima . Em 2013, apenas alguns quilogramas (foto disponível) de urânio foram extraídos do oceano em programas-piloto e também se acredita que o urânio extraído em escala industrial da água do mar seria constantemente reabastecido com urânio lixiviado do fundo do oceano, manter a concentração de água do mar em um nível estável. Em 2014, com os avanços na eficiência da extração de urânio da água do mar, um artigo da revista Marine Science & Engineering sugere que, tendo os reatores de água leve como meta, o processo seria economicamente competitivo se implementado em larga escala . Em 2016, o esforço global no campo da pesquisa foi o assunto de uma edição especial da revista Industrial & Engineering Chemistry Research .

Em 1987, a Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (WCED), uma organização independente, mas criada pelas Nações Unidas , publicou Nosso Futuro Comum , no qual um subconjunto particular de tecnologias de fissão nuclear atualmente em operação e fusão nuclear foram classificados como renovável. Ou seja, os reatores de fissão que produzem mais combustível físsil do que consomem - reatores reprodutores e, quando desenvolvidos, a energia de fusão , são classificados na mesma categoria das fontes de energia renováveis ​​convencionais, como a solar e a queda d'água .

Atualmente, a partir de 2014, apenas 2 reatores reprodutores estão produzindo quantidades industriais de eletricidade, o BN-600 e o BN-800 . O reator francês Phénix aposentado também demonstrou uma proporção de reprodução superior a um e operou por aproximadamente 30 anos, produzindo energia quando Nosso Futuro Comum foi publicado em 1987.

Para cumprir as condições exigidas para um conceito de energia renovável nuclear, deve-se explorar uma combinação de processos que vão desde o início do ciclo do combustível nuclear até a produção de combustível e a conversão de energia usando combustíveis fluidos e reatores específicos, conforme relatado por Degueldre et al (2019). A extração de urânio de um minério fluido diluído, como a água do mar, tem sido estudada em vários países do mundo. Essa extração deve ser realizada com parcimônia, conforme sugerido por Degueldre (2017). Uma taxa de extração de quilotons de U por ano ao longo dos séculos não modificaria significativamente a concentração de equilíbrio de urânio nos oceanos (3,3 ppb). Esse equilíbrio resulta da entrada de 10 quilotons de U por ano pelas águas dos rios e sua eliminação no fundo do mar dos 1,37 exatons de água nos oceanos. Para uma extração de urânio renovável, o uso de um material de biomassa específico é sugerido para adsorver o urânio e, subsequentemente, outros metais de transição. A carga de urânio na biomassa seria em torno de 100 mg por kg. Após o tempo de contato, o material carregado seria seco e queimado (CO2 neutro) com conversão de calor em eletricidade. produzindo uma quantidade máxima de energia térmica da fissão e convertendo-a em eletricidade. Esta otimização pode ser alcançada reduzindo a moderação e a concentração do produto de fissão no combustível líquido / refrigerante. Esses efeitos podem ser alcançados usando uma quantidade máxima de actinídeos e uma quantidade mínima de elementos alcalinos / alcalinos terrosos produzindo um espectro de nêutrons mais duro. Sob essas condições ideais, o consumo de urânio natural seria de 7 toneladas por ano e por gigawatt (GW) de eletricidade produzida. Por exemplo. O acoplamento da extração de urânio do mar e sua utilização ideal em um reator rápido de sal derretido deve permitir que a energia nuclear ganhe o rótulo é renovável. Além disso, a quantidade de água do mar usada por uma usina nuclear para resfriar o último fluido refrigerante e a turbina seria de 2,1 giga toneladas por ano para um reator de sal fundido rápido, correspondendo a 7 toneladas de urânio natural extraível por ano. Essa prática justifica o rótulo renovável.

Fornecimento de combustível de fusão

Se for desenvolvida, a energia de fusão forneceria mais energia para um determinado peso de combustível do que qualquer fonte de energia consumidora de combustível atualmente em uso, e o próprio combustível (principalmente deutério ) existe em abundância no oceano da Terra: cerca de 1 em 6500 hidrogênio (H ) átomos na água do mar (H 2 O) é deutério na forma de ( água semipesada ). Embora isso possa parecer uma proporção baixa (cerca de 0,015%), porque as reações de fusão nuclear são muito mais enérgicas do que a combustão química e a água do mar é mais fácil de acessar e mais abundante do que os combustíveis fósseis, a fusão poderia potencialmente suprir as necessidades de energia do mundo por milhões de anos .

No ciclo do combustível de fusão deutério + lítio , 60 milhões de anos é a vida útil estimada de fornecimento dessa energia de fusão , se for possível extrair todo o lítio da água do mar , assumindo o consumo mundial de energia atual (2004) . Enquanto no segundo ciclo de combustível de energia de fusão mais fácil, a queima de deutério + deutério , assumindo que todo o deutério na água do mar foi extraído e usado, há uma estimativa de 150 bilhões de anos de combustível, com isso novamente, assumindo o consumo de energia mundial atual (2004) .

Legislação nos Estados Unidos

Se a energia nuclear fosse classificada como energia renovável (ou como energia de baixo carbono), apoio governamental adicional estaria disponível em mais jurisdições, e as concessionárias poderiam incluir energia nuclear em seus esforços para cumprir o padrão de portfólio renovável (RES).

Em 2009, o estado de Utah aprovou a "Lei de Desenvolvimento de Energia Renovável", que em parte definiu a energia nuclear como uma forma de energia renovável.

Veja também

Referências