miniaturadaimagem|Microrreator nuclear russo Shelf-M Um microrreator nuclear é um tipo de reator nuclear que pode ser facilmente montado e transportado por estrada, ferrovia ou via aérea. Os microrreatores são de 100 a 1.000 vezes menores do que os reatores nucleares convencionais e têm capacidade que varia de 1 a 20 MWe (megawatts de eletricidade), em comparação com 20 a 300 MWe (megawatts de eletricidade) para os reatores modulares pequenos (SMRs). Devido ao seu tamanho, eles podem ser implantados em locais como bases militares isoladas ou comunidades afetadas por desastres naturais. Eles podem operar como parte da rede, de forma independente da rede ou como parte de uma pequena rede para geração de eletricidade e tratamento térmico. Eles foram projetados para fornecer energia resiliente, sem emissões de carbono e independente em ambientes adversos. A fonte de combustível nuclear para a maioria dos projetos é o "urânio de baixo enriquecimento de alta concentração", ou HALEU.
História Os microrreatores nucleares tiveram origem no projeto de submarinos nucleares da Marinha dos Estados Unidos, proposto inicialmente por Ross Gunn, do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos, em 1939. O conceito foi adaptado pelo Almirante Hyman Rickover para dar início ao programa americano de submarinos nucleares na década de 1950. O primeiro submarino nuclear dos EUA a ser construído foi o USS Nautilus, lançado em 1955. Ele foi equipado com o reator S2W da Westinghouse – um reator de água pressurizada que produzia 10 megawatts de potência.
Projeto Esses reatores são projetados para serem instalados em áreas reduzidas, onde seria ineficiente implantar uma usina de energia de maior porte, mas que apresentam necessidades energéticas inadequadas para geradores. Os microrreatores nucleares, uma subcategoria dos Reatores Modulares Pequenos (SMRs), são um tipo de usina nuclear em desenvolvimento, concebido para gerar eletricidade em escala menor do que os reatores nucleares tradicionais. Esses microrreatores têm normalmente uma capacidade de 20 megawatts ou menos e são projetados para serem modulares e transportáveis, tornando-os adequados para abastecer pequenas comunidades, áreas remotas e indústrias como a dessalinização e produção de hidrogênio.
Uma das principais vantagens dos microrreatores nucleares é que eles têm um impacto ambiental menor do que os combustíveis fósseis. Eles não emitem gases de efeito estufa, como CO₂ e metano. No entanto, os resíduos que produzem são radioativos, o que levanta questões relacionadas ao manuseio e ao descarte seguros. Um dos métodos atuais de descarte consiste em enterrar os resíduos em instalações de armazenamento subterrâneas profundas, como Onkalo, na Finlândia. Além disso, eles podem operar continuamente por até 10 anos sem a necessidade de reabastecimento.
Os microrreatores utilizam a fissão nuclear para gerar calor, que é então usado para produzir eletricidade por meio de uma turbina a vapor. O núcleo do reator é cercado por uma blindagem espessa para proteger os trabalhadores e o meio ambiente da radiação. O núcleo também contém barras de combustível feitas de urânio ou outros materiais físsíveis. À medida que o combustível sofre fissão, ele libera energia na forma de calor, que é então transferida para um refrigerante que circula pelo reator. O refrigerante é normalmente água ou um metal líquido, como sódio ou chumbo, que absorve o calor e o transfere para um trocador de calor. O trocador de calor, então, transfere o calor para um refrigerante secundário, que é usado para gerar vapor e produzir eletricidade.
Os microrreatores e os SMRs abrangem uma ampla gama de tecnologias, incluindo reatores de água leve (LWRs), reatores a gás de alta temperatura (HTGRs) e projetos avançados de reatores, tais como reatores rápidos de metal líquido (FRs), reatores de sal fundido (MSRs), como o "UNOMI", e reatores com tubos de calor (HP). Os projetos podem variar com base no combustível, nos materiais, nos refrigerantes, nos inversores, nas técnicas de fabricação (como a manufatura aditiva) e nos trocadores de calor.
O projeto do reator com tubo de calor é o microrreator mais simples, o que melhora a transferência de potência e evita o uso de bombas para circular o refrigerante. Os microrreatores baseados na tecnologia HTGR utilizam um combustível isotrópico de três estruturas (TRISO), o mesmo utilizado em projetos HTGR de maior porte. Para as tecnologias FR, que oferecem compactação e eficiência energética, estão disponíveis combustíveis de óxido comprovados, bem como combustíveis de metais ou nitretos, ainda em fase experimental. Espera-se que o combustível experimental seja mais eficiente para microrreatores, já que o tempo de permanência do combustível no núcleo do reator é muito mais longo do que em reatores convencionais, levando a uma maior exposição à radiação.
Uma das principais características dos microrreatores nucleares é seu tamanho reduzido e sua modularidade. Os SMRs podem ser fabricados em fábricas e transportados até seu destino final, reduzindo custos e tempo de construção. Eles podem ser instalados no subsolo, debaixo d’água ou em outros locais remotos, tornando-os ideais para fornecer energia a pequenas comunidades, instalações industriais, instalações militares e outros locais especializados. Além disso, o design modular permite fácil escalabilidade, posspossibilitando a adição de microrreatores para aumentar a potência de saída conforme necessário.
O impacto ambiental da redução dos gases de efeito estufa e a capacidade de produzir potências baixas, inferiores a 100 MWth, têm despertado interesse mundial nos microrreatores nucleares, o que poderia beneficiar empresas com menores necessidades de controle. Outros benefícios poderiam incluir maior flexibilidade na escolha do local de instalação, melhores medidas de segurança, redução dos prazos de desenvolvimento e menor necessidade de investimento inicial.
Desafios Apesar dessas vantagens, os microrreatores nucleares ainda enfrentam desafios. Um dos principais desafios é a aprovação regulatória. Os SMRs devem passar por testes e certificações exaustivos antes de poderem ser implantados, e muitos países possuem regulamentações rigorosas para reger o uso de SMRs, como as estabelecidas pela Comissão Reguladora Nuclear dos EUA (NRC). A questão mais importante para os microrreatores é o custo por kWh, já que eles perdem as vantagens de economia de escala em termos de eficiência econômica. Os custos de projeto, operação e manutenção podem tornar esses reatores nucleares de baixa potência proibitivamente caros. Análises econômicas mostram que, apesar dos custos de capital mais baixos, os microrreatores não conseguem competir em termos de custo com grandes usinas nucleares devido às economias de escala. Ainda assim, eles podem competir com tecnologias de tamanho e aplicação semelhantes, como geradores a diesel em pequenas redes e energias renováveis.
Além disso, a percepção pública da energia nuclear costuma ser negativa, com preocupações relacionadas à segurança e ao descarte de resíduos nucleares. A disponibilidade de combustível de urânio de baixo enriquecimento e alto teor (HALEU) no mercado comercial é baixa, o que representa um obstáculo à viabilidade da operação de microrreatores, mesmo que se obtenha a aprovação regulatória. Outras questões incluem os riscos mais elevados de segurança e proliferação em comparação com grandes usinas nucleares e os requisitos de licenciamento para pequenos reatores, que ainda não foram estabelecidos.
Desenvolvimento atual Os microrreatores para uso civil encontram-se atualmente nos estágios iniciais de desenvolvimento, com projetos individuais em diferentes graus de maturidade. Os Estados Unidos vêm apoiando o desenvolvimento de qualquer tipo de SMR desde 2012. O presente trabalho concentra-se na viabilidade de combinar refrigerantes comumente considerados para aplicações em reatores rápidos, tais como refrigerantes à base de sódio, sal fundido e chumbo, com refrigerantes intermediários, com especial atenção ao sal fundido, a partir de uma perspectiva de projeto básico. Trabalhos futuros se concentram na otimização do projeto básico e na realização de cálculos 3D acoplados, como termohidráulica, desempenho do combustível e neutrônica, para determinar o comportamento e a operação detalhados.
Desde 2010, tem-se observado também um interesse crescente por usinas nucleares flutuantes móveis, consideradas microrreatores nucleares. Dois exemplos recentes notáveis são: a usina russa Akademik Lomonosov, que utiliza dois reatores de 35 MWe, e a usina chinesa ACPR50S, que utiliza um reator de 60 MWe, classificado como reator marítimo de água pressurizada. Além da usina Akademik Lomonosov, vários novos projetos de fontes de energia autônomas estão sendo estudados na Rússia.
Em 2018, a NASA demonstrou com sucesso um microrreator na escala de quilowatts baseado em sua tecnologia Kilopower. Ele está sendo desenvolvido para apoiar as missões de exploração humana à Lua e a Marte. Ele utiliza uma abordagem tecnológica única para resfriar o núcleo do reator (que tem aproximadamente o tamanho de um rolo de papel toalha): tubos de calor herméticos transferem o calor do reator para motores que convertem o calor em eletricidade. A abordagem para descobrir o combustível refrigerante usado nos núcleos dos reatores foi encontrada por meio de uma série de cálculos de escopo, que utilizam as dimensões do vaso do reator e as dimensões internas, seguidos pelo cálculo de vibrações e acidentes hipotéticos de ruptura do núcleo.
Em abril de 2022, o Departamento de Defesa dos EUA anunciou a aprovação do Projeto Pele, uma iniciativa para reduzir as emissões de carbono do DOD por meio do investimento em tecnologias nucleares. O projeto conta com um orçamento de US$ 300 milhões para desenvolver um reator miniaturizado capaz de gerar 1,5 megawatts por um período mínimo de três anos. O Departamento de Capacidades Estratégicas dos EUA firmou parceria com a BWXT Technologies em junho de 2022 para concretizar esse objetivo. A BWXT Tech desenvolveu um reator refrigerado a gás de alta temperatura (HTGR) que gerará entre 1 e 5 MWe e será transportável em contêineres marítimos. Ele será alimentado por combustível TRISO, um tipo específico de combustível de urânio de baixo enriquecimento e alto teor (HALEU) que suporta altas temperaturas e apresenta riscos ambientais relativamente baixos.
O Departamento de Energia dos EUA (DOE) está atualmente planejando desenvolver um reator de 100 kWt em Idaho, denominado reator "Microreactor Applications Research Validation and Evaluation" (MARVEL).
O Departamento de Defesa dos Estados Unidos prevê prazos e desafios para a implantação do primeiro reator de pequena porte até o final de 2027. O tempo estimado entre o pedido de licença e a comercialização é de 7 anos.
Em fevereiro de 2026, os Estados Unidos realizaram o primeiro transporte aéreo de um microrreator nuclear para demonstrar a viabilidade da tecnologia.
Referências
Categoria:Tecnologia de centrais elétricas Categoria:Tecnologia nuclear Categoria:Reatores nucleares de pesquisa Categoria:Tipos de reatores nucleares Categoria:Reatores nucleares