Na nossa análise aprofundada de 27 de junho de 2025, falámos sobre centrais nucleares de grande dimensão (as Nuclear Power Plant – NPP) e prometemos aprofundar o tema dos Small Modular Reactor (SMR) e, em particular, dos micro-reatores. E é exatamente isso que nos propomos a fazer a seguir, examinando alguns dos projetos mais promissores e avançados em andamento.
Para começar, precisamos introduzir alguns conceitos técnicos que nos permitirão compreender melhor cada projeto e apreciar as vantagens e os benefícios dos micro-reatores. Sabemos que o critério de classificação por excelência é a quantidade de energia produzida num ano: os SMR são aqueles reatores que têm uma potência de até 300 MWe por ano, enquanto os micro-reatores, que são uma subcategoria, chegam a um máximo de 20 MWe. E aqui já nos deparamos com a primeira definição técnica: os MWe, ou megawatts elétricos, medem a capacidade de produção elétrica (em MW, obviamente) de uma instalação e não devem ser confundidos com os megawatts térmicos (MWt), que medem a energia térmica (também medida em MW) a ser introduzida numa instalação de produção de energia elétrica; para simplificar, a primeira mede a produção, a segunda mede o consumo.
Outra característica técnica de fundamental importância é a tecnologia com que se produz eletricidade (ou calor). Os microrreatores utilizam basicamente duas em suas variantes ou integrações: o ciclo de Brayton e o de Rankine.
O ciclo de Brayton é um ciclo termodinâmico utilizado para converter calor em trabalho mecânico que pode ser utilizado para acionar uma turbina ou outros dispositivos que utilizam energia térmica para produzir trabalho útil, como, por exemplo, energia elétrica.
O ciclo de Rankine é um ciclo térmico utilizado para gerar vapor de água a alta pressão a partir de água a baixa temperatura. Pode ser executado em circuitos abertos ou fechados, sendo os primeiros mais comuns para aplicações industriais. Neste processo, o fluido termovetor (HTF), por exemplo, a água, é aquecido através da queima de combustível para produzir vapor de alta pressão e, em seguida, arrefecido através da expansão num condensador. Quando se executa o ciclo Rankine num circuito aberto, é necessário um condensador, caso contrário, seria criada uma pressão tal que o sistema implodiria devido ao seu próprio peso.
A principal diferença entre o ciclo Brayton e o ciclo Rankine reside no facto de o primeiro funcionar inteiramente com gases que são introduzidos no seu interior, enquanto o segundo utiliza um líquido (ou diretamente vapor) como um dos seus fluidos de trabalho. No ciclo Brayton, o ar é comprimido, aquecido por um queimador de combustível e, em seguida, expandido através de uma turbina para produzir trabalho mecânico que alimenta o compressor, enquanto no ciclo Rankine a água é aquecida para formar vapor, que se expande através de uma turbina para produzir trabalho mecânico que faz funcionar um gerador elétrico.
Tabela 1. Diferenças entre o ciclo Brayton e o ciclo Rankine.
A conversão de energia dos microrreatores em eletricidade baseia-se, na maioria dos projetos, no ciclo Brayton, que adota um permutador de calor intermédio. É importante ressaltar que, em alguns projetos de microrreatores, o transporte de calor do núcleo para o permutador de calor intermédio é feito por meio de tubos, o que representa uma grande diferença em relação às atuais centrais nucleares.
Ambas as tecnologias apresentam, obviamente, o problema do arrefecimento. A escolha do refrigerante é fundamental, pois influencia a remoção do calor que, se não for adequadamente controlada, representa um fator crítico. As principais características de um refrigerante devem ser:
• elevada capacidade térmica volumétrica,
• ausência de mudanças de fase em condições normais e acidentais (a menos que se deseje a ebulição da água para um ciclo Rankine direto),
• baixa absorção de neutrões,
• pressão possivelmente baixa às temperaturas operacionais,
• ativação limitada na presença de neutrões,
• compatibilidade química com os materiais do núcleo e estruturais,
• boa condutividade térmica.
Os refrigerantes mais adequados para capturar essas características são os sais fundidos, o sódio e os refrigerantes à base de chumbo.
Os sais fundidos apresentam as vantagens do arrefecimento por convecção natural, para atingir uma elevada diferença de temperatura nas regiões do núcleo, e elevadas capacidades térmicas volumétricas. No entanto, a predisposição à corrosão e o alto ponto de fusão são os principais problemas.
As vantagens do sódio são o elevado conhecimento técnico existente, o baixo ponto de fusão, a possibilidade de atingir uma elevada diferença de temperatura nas regiões do núcleo e a possibilidade de utilizar bombas eletromagnéticas ou arrefecimento por circulação natural para reduzir o volume no reator. No entanto, as complicações que o sódio apresenta são a possibilidade limitada de regular o caudal para melhorar a circulação natural e a sua reatividade química com a água e o ar.
As vantagens dos refrigerantes à base de chumbo são o arrefecimento por convecção natural, a possibilidade de aumentar as áreas de fluxo, a elevada inércia térmica devido ao ponto de ebulição elevado e a elevada capacidade térmica volumétrica. Quanto às desvantagens, destacam-se o ponto de fusão elevado, a corrosão e a produção de compostos voláteis de polónio.
E, finalmente, o combustível. As centrais nucleares funcionam geralmente com barras de urânio e geram eletricidade utilizando água leve (LWR). Nos Estados Unidos, as centrais nucleares geram eletricidade utilizando combustível de urânio de baixo enriquecimento (LEU). O urânio de baixo enriquecimento tem um teor de urânio-235 superior a 0,7% e inferior a 20%. Os atuais reatores LWR utilizam LEU com níveis de urânio-235 inferiores a 5%. Alguns reatores avançados estão atualmente em fase de projeto para utilizar LEU com níveis de urânio-235 entre 5% e 20%. O combustível produzido a partir de urânio-235 enriquecido a níveis entre 5% e 20% é denominado combustível HALEU e pode melhorar a utilização do combustível e sustentar uma melhor economia global da instalação. O combustível HALEU previsto para os microrreatores é normalmente encapsulado em formas metálicas ou cerâmicas e é um combustível de nova geração com partículas triestruturais isotrópicas (TRISO).
Com o desenvolvimento da tecnologia de reatores avançados, tanto os reatores de potência recém-construídos como os que já estão em funcionamento precisarão de combustível HALEU. A infraestrutura do ciclo do combustível nuclear dos Estados Unidos ainda não foi adaptada para fornecer novas fontes de HALEU e embalagens qualificadas que permitam o seu transporte. Pode-se presumir que o abastecimento comercial não se concretizará até que se forme um mercado de microrreatores. O combustível nuclear traz consigo o problema da eliminação (na verdade, confinamento e, portanto, armazenamento) dos resíduos (ou escórias). Além da solução dos reatores auto-fertilizantes, que discutiremos em um próximo artigo, os micro-reatores requerem barreiras mais simples e econômicas do que os reatores de grande porte. Essa vantagem se deve principalmente ao menor nível de radiação, à baixa pressão do sistema em condições normais e à reduzida probabilidade de reações químicas. No que diz respeito à configuração com sais fundidos como refrigerante, verifica-se a dissolução do combustível no sal. Por um lado, as vantagens devem-se ao forte coeficiente de temperatura negativo, ao elevado grau de combustão e à elevada taxa de conversão (se for realizada uma limpeza contínua do combustível) e à possibilidade de obter um mecanismo de paragem redundante relativo à remoção do combustível em tanques subcríticos.
Por outro lado, como a tecnologia ainda não está totalmente madura, pode estar sujeita a perdas de refrigerante, o que, por sua vez, implicaria a perda de combustível ativo. Além disso, o investimento inicial e a construção de um sistema integrado com purificação química do sal são consideráveis. Podem surgir problemas relacionados com a falta de um edifício de contenção, como normalmente previsto para as centrais nucleares. Este aspeto reduz o número de barreiras entre os materiais radioativos e o ambiente e coloca o problema da defesa contra o impacto de aeronaves, normalmente considerado nas centrais nucleares, mas que para os microrreatores poderia fazer sentido se considerarmos também os drones de pequenas dimensões como aeronaves.
Com estes conhecimentos técnicos genéricos (e superficiais), podemos fornecer uma lista dos projetos de micro-reatores atualmente mais promissores (ver Tabela 2). Obviamente, a lista está longe de ser exaustiva e, como já foi dito, trata-se dos projetos que consideramos, com razão ou sem ela, os mais promissores e certamente os mais discutidos. Por exemplo, a eVinci e a X-energy foram objeto de um artigo recente publicado no FT.
Tabela 2. Principais projetos de microrreatores nucleares.
Como é fácil imaginar, os microrreatores apresentam algumas vantagens claras, mas também tantos desafios de desenvolvimento e algumas peculiaridades no que diz respeito ao aspecto económico.
As principais vantagens dos microrreatores são:
1. Baixas emissões de dióxido de carbono, o que os torna, de facto, uma fonte de energia limpa, pelo menos no que diz respeito às emissões de gases com efeito de estufa.
2. Dimensões reduzidas, pelo menos em comparação com as das centrais nucleares. Isto permite que sejam ligados a uma micro-rede para gerar de 1 a 20 MWe. Os microrreatores são concebidos principalmente para fornecer calor de processo para aplicações industriais, alimentar aldeias remotas onde a rede elétrica não está disponível ou para instalações militares que necessitam de calor e energia fiáveis. Os microrreatores podem ser uma opção para restaurar rapidamente a energia elétrica em áreas danificadas por catástrofes naturais (por exemplo, após um tsunami, um furacão ou um terramoto) ou para ajuda humanitária, por exemplo, para apoiar hospitais ou o abastecimento de água das comunidades locais. Graças às suas dimensões reduzidas, a maioria dos componentes pode ser montada na fábrica (modularidade). Isto permite aumentar a velocidade de produção dos mesmos, reduzir os custos de capital e os tempos de instalação no local, eliminando alguns dos problemas típicos das centrais nucleares. Em resumo, os microrreatores podem funcionar onde os reatores de grandes dimensões não podem. Representam uma alternativa quando é necessária uma fonte de energia limpa a custos moderados, em vez de um reator de grandes dimensões.
3. A estrutura mais simples da instalação. Por exemplo, a tecnologia de tubos de calor permite desenvolver uma estrutura compacta e simples, evitando as bombas de refrigeração do reator e todos os sistemas auxiliares associados. A carga térmica pode ser regulada, permitindo uma adaptação autónoma mais fácil à carga e, graças à elevada temperatura de funcionamento, é possível obter uma conversão de energia mais eficiente. Alguns projetos adotam sistemas de segurança passivos que evitam o risco de sobreaquecimento ou fusão do núcleo. Além disso, vários modelos de microrreatores garantem uma longa vida útil do núcleo, capaz de funcionar sem reabastecimento por 10 anos ou mais. Desta forma, reduz-se a probabilidade de acidentes relacionados com a manipulação e movimentação do combustível e, idealmente, aumenta-se o fator de capacidade. A combinação de todas estas características torna possível a conceção de operações semiautónomas e instalações autorreguladas dentro de um invólucro de segurança robusto e bem definido. Além disso, alguns modelos de microrreatores requerem poucos trabalhadores no local para apoiar as operações. Para a manutenção do módulo, é considerada a possibilidade de efetuar transportes periódicos de regresso à fábrica para inspeção e revisão.
4. Facilidade de instalação no local. Os microrreatores podem ser conectados e gerar energia em poucos dias, o que representa uma redução significativa no tempo de implementação em comparação com as usinas nucleares, que geralmente levam anos. Além disso, podem ser fácil e rapidamente removidos do local e substituídos por novos ou transportados para outro local. Esta característica é útil para reduzir os tempos e custos de instalação, que são significativos para as centrais nucleares, e torna os microrreatores únicos pela possibilidade de os utilizar em áreas que necessitem de restabelecer a energia elétrica em caso de catástrofes naturais ou falhas no sistema. Muitos microrreatores são projetados para se adaptarem a contentores ISO padrão. Isso permite um transporte mais fácil por via férrea, camião, navio e até mesmo avião de carga. A facilidade de transporte e instalação dos microrreatores (já alimentados) da fábrica para o local de operação também levanta algumas questões relacionadas com regulamentações e controlos durante a fase de transporte.
Os principais desafios para os microrreatores são basicamente três.
1. As centrais nucleares existentes funcionam com urânio-235 enriquecido normalmente até 5%. No entanto, é necessário um enriquecimento maior para obter dimensões mais reduzidas com uma relação potência/volume mais elevada e um período de recarga mais longo. Para isso serve o HALEU, que pode atingir um enriquecimento entre 5% e 20%. Prevê-se também que o HALEU permita otimizar o sistema para uma maior durabilidade do núcleo e aumentar a eficiência e uma melhor utilização do combustível. No entanto, atualmente não está disponível em grande escala. Portanto, ainda é necessária muita pesquisa e investimento nesta área.
2. Ao utilizar o combustível HALEU, muito raro e valioso, os microrreatores representam um aumento do risco em termos de segurança e proliferação em comparação com as centrais nucleares. De facto, a utilização de HALEU ou de combustíveis com enriquecimento mais elevado torna estas instalações mais interessantes para os programas de armamento, uma vez que reduz o trabalho necessário para obter urânio adequado para a produção de armas. Além disso, se a tecnologia dos microrreatores for bem-sucedida, criando um mercado em grande escala, várias unidades poderão ser distribuídas em todo o mundo e em locais remotos. O número de microrreatores poderá ser potencialmente muito maior do que o número de centrais nucleares, tornando o controlo de cada unidade muito mais complexo. É provável que a área de controlo de um microrreator seja muito menor do que a de uma grande central nuclear e que as medidas de segurança também sejam menores. Portanto, o risco de potenciais roubos de material radioativo pode aumentar. Por fim, a falta de um edifício de contenção, como normalmente previsto para grandes centrais nucleares, coloca o problema de como lidar com o impacto de um avião ou drone.
3. Os microrreatores colocam um problema em termos regulamentares e de licenças de projeto e fabricação. Os microrreatores devem ser projetados, fabricados, possuídos e operados com equipamentos e serviços que produzam energia e potência para aplicações específicas, conforme explicado anteriormente. Portanto, é fundamental prestar atenção especial às configurações operacionais dos microrreatores para identificar a autoridade reguladora. Em particular, podem ser necessárias novas regulamentações ou alterações às existentes para o processo de autorização. Por exemplo, as regulamentações para grandes centrais nucleares definem a presença de trabalhadores na sala de controlo. Se um microrreator for projetado para permitir o controlo remoto e ter trabalhadores fora do local, pode ser necessária uma alteração das regulamentações. No que diz respeito ao transporte dos módulos do reator alimentados de e para locais de utilização dispersos, serão necessárias regras adicionais. De facto, as atuais metodologias de avaliação da segurança ou os critérios de aceitação não foram considerados para garantir a segurança dos módulos de um microrreator (já alimentado na fábrica) durante o transporte e a mobilização/desmobilização dos módulos em locais muito remotos. Três são os principais aspetos relacionados com a concessão de licenças. (i) Em primeiro lugar, o microrreator pode ser construído e montado na fábrica de produção do reator e, em seguida, enviado para o local selecionado. Desta forma, o combustível terá de ser enviado para a fábrica de produção da instalação e carregado no reator nessa fábrica. É, portanto, necessário projetar recipientes para o transporte do combustível que também sejam capazes de conter todo o reator que, uma vez alimentado, se deslocará com o combustível carregado. (ii) Em segundo lugar, o micro-reator deve ser transportado da fábrica para o local selecionado e deve-se levar em consideração a possibilidade de devolvê-lo à fábrica. Nestas situações, o combustível deve permanecer contido no módulo do reator para facilitar a movimentação. (iii) Em terceiro lugar, os microrreatores podem ser concebidos como instalações temporárias ou semipermanentes. É, portanto, necessário estudar um método versátil, robusto e escalável para a caracterização do local, avaliação ambiental, gestão de emergências, etc.
Por fim, a análise económica pode permitir-nos compreender se os microrreatores são competitivos. Para determinar isso, precisamos primeiro compreender quanto custa produzir um MWe com um microrreator, e isso é feito com um exercício de contabilidade analítica que atribui a cada MWe todos os custos diretos e indiretos, fixos e variáveis, relacionados ao microrreator. O Nuclear Energy Institute (2019) propôs utilizar o custo nivelado da eletricidade (LCOE) como elemento comparativo. O LCOE é estimado com base em algumas premissas. O custo refere-se a uma instalação com dois microrreatores de 5 MWe, para uma capacidade total de 10 MWe, e pressupõe uma vida útil de 40 anos com recarga de combustível ou substituição do núcleo do reator a cada 10 anos.
Além disso, pressupõe-se que os microrreatores estejam localizados perto de grandes centrais elétricas existentes, onde seriam capazes de manter um fator de capacidade de 95%. De facto, numa microrrede, o microrreator pode não funcionar constantemente à potência máxima. Os custos de engenharia do local e de licença/autorização estão incluídos nos custos de capital.
Os custos também são influenciados por fatores relacionados às condições de instalação (acessibilidade de transporte, condições meteorológicas, climáticas, condições de trabalho) e por fatores relacionados ao projeto dos microrreatores (tecnologia, projeto da instalação de suporte). O tipo de organização proprietária dos microrreatores (privada ou pública) e a disponibilidade de garantias sobre os empréstimos também influenciam o custo do capital. Por outro lado, não são influenciados pela necessidade de infraestruturas adicionais de transmissão ou distribuição, uma vez que estas também serão necessárias para a localização de outras tecnologias de geração.
E, por fim, falta o termo de comparação. À primeira vista, a comparação seria feita espontaneamente com as centrais nucleares. Mas, na realidade, este não é o concorrente mais direto de um microrreator, mas sim as tecnologias atualmente utilizadas em áreas remotas. Neste contexto, os microrreatores devem ser comparados principalmente com geradores a diesel de dimensões semelhantes, que atualmente cobrem as aplicações previstas para os microrreatores. Além disso, é importante ressaltar que, ao custo previsto para a produção de energia elétrica, os microrreatores também são competitivos em relação a outras fontes de energia renovável distribuídas, como painéis solares instalados em telhados ou todas as tecnologias de geração de energia limpa que abastecem comunidades remotas.
Neste contexto, a Tabela 3 sintetiza bem uma análise económica comparativa que justifica os investimentos que estão a ser feitos e que, esperamos, serão feitos no futuro em relação a esta tecnologia inovadora.
Tabela 3. Comparação entre tecnologias de microrreatores, geradores a diesel e fontes renováveis em microrredes.
Esperamos ter destacado, em poucas páginas, como esse tema de investimento não só merece alocações de cabotagem já a partir de agora, mas também deve ser acompanhado e monitorado com atenção. Não se trata simplesmente de um investimento em energia nuclear que pode ser implementado através da compra de ações de empresas que operam na construção e manutenção de centrais nucleares (o que também é um tema muito interessante). Trata-se, antes, de uma energia nuclear de nicho que resolve problemas que atualmente são difíceis de enfrentar com uma central nuclear e, precisamente por isso, apresenta a vantagem e o valor da complementaridade.
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