Usos Alternativos para Resíduos Nucleares

A energia nuclear é ótima se você deseja gerar muita eletricidade sem liberar muito CO2 e outros poluentes nocivos. No entanto, o grande bugbear da tecnologia sempre foi o problema do desperdício. Muitos dos subprodutos da operação de usinas nucleares são radioativos e permanecem assim por milhares de anos. Armazenar esses resíduos de forma segura e econômica continua sendo um problema.

Métodos alternativos para lidar com esse fluxo de resíduos continuam a ser uma área ativa de pesquisa. Então, quais são algumas das maneiras pelas quais esses resíduos podem ser desviados ou reutilizados?

Uma das principais formas de resíduos de um típico reator nuclear de água leve (LWR) é o combustível irradiado da reação de fissão. Estes consistem em aproximadamente 3% de isótopos de resíduos, 1% de isótopos de plutônio e 96% de isótopos de urânio. Este lixo é rico em elementos transurânicos, que têm meias-vidas medidas em muitos milhares de anos. Estes representam os maiores problemas para armazenamento, pois devem ser mantidos em um local seguro por períodos de tempo que excedem em muito a vida de qualquer sociedade humana.

A solução proposta para esse problema é usar reatores de nêutrons rápidos, que "reproduzem" urânio-238 não físsil em plutônio-239 e plutônio-240, que podem então ser usados ​​como combustível novo. Projetos avançados também têm a capacidade de processar outros actinídeos, também usando-os como combustível no processo de fissão. Esses reatores têm a vantagem de poder usar quase todo o conteúdo energético do combustível de urânio, reduzindo o uso de combustível de 60 a 100 vezes em comparação com os métodos convencionais.

Infelizmente, a tecnologia de reprodução rápida foi em grande parte retida pela economia. A descoberta de recursos de urânio mais abundantes na década de 1970 significa que é mais barato simplesmente desenterrar mais combustível do que reprocessar o lixo. Além disso, as preocupações sobre a capacidade de reatores de reprodução rápida de criar material nuclear adequado para armas também impediram o desenvolvimento. Embora a tecnologia seja promissora, grandes desenvolvimentos nessa área provavelmente estão a décadas de distância.

Para espaçonaves que viajam para o além, a energia solar nem sempre é suficiente. Depois de Marte, simplesmente não há tanta luz vinda do Sol para tornar os painéis solares uma opção viável para o fornecimento de energia. Nesses casos, as espaçonaves costumam usar geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs), que embalam materiais radioativos em uma caixa com termopares. O calor do material em decomposição gera eletricidade através do conjunto de termopares, que é usado para operar a espaçonave. Um benefício adicional é que o calor fornecido ajuda a manter os sistemas a bordo da embarcação em uma temperatura operacional adequada.

Historicamente, eles têm sido usados ​​pela Rússia e pelos Estados Unidos, mas a Agência Espacial Européia está ansiosa para colocar as mãos na tecnologia. O plano envolve a extração de amerício-241 dos estoques britânicos de resíduos de plutônio do reprocessamento de combustível nuclear. Embora seja improvável que seja um grande projeto em termos de limpeza de resíduos, pode servir como uma fonte útil de materiais RTG. Isso é particularmente relevante porque os estoques dos EUA estão diminuindo, já que o plutônio-238 usado anteriormente só estava disponível em reatores usados ​​para produzir armas nucleares, que já foram desligados. A corrida para produzir mais continua, mas enquanto isso abre as portas para o projeto britânico.

Uma ideia alternativa neste espaço é a da bateria betavoltaica. Isso funciona usando um material semicondutor que captura elétrons liberados pelo decaimento beta do material radioativo. A Universidade de Bristol está trabalhando para desenvolver a "bateria de diamante", que usa carbono-14 radioativo de blocos moderadores de grafite usados ​​em instalações nucleares britânicas. Os blocos têm suas camadas externas raspadas, onde reside a maior parte do carbono-14, e isso é usado para criar diamantes artificiais que liberam elétrons à medida que se decompõem. Estes são então envoltos em um invólucro de carbono-12 não radioativo, para evitar que a radiação escape para a atmosfera. Os elétrons liberados no decaimento beta são de baixa energia, portanto, apenas uma pequena blindagem é necessária. Estima-se que essas baterias possam fornecer cerca de 100uW por milhares de anos.