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As energias não renováveis
Energia nuclear
Projeto FEUP 2016/2017 - Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Equipa: 1M7_1
Supervisor: Teresa Duarte Monitor: Tiago Cabo
Trabalho realizado por:
Cristiano Dias Cunha [email protected]
Duarte de Araújo Maciel [email protected]
João Filipe Pires Mata [email protected]
João Manuel Silva Alves [email protected]
Leonardo da Costa Boaventura [email protected]
Pedro Daniel Boa Nova Ferreira [email protected]
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - FEUP
As energias não renováveis - Energia nuclear
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“I would like nuclear fusion to become a practical power source. It would provide
an inexhaustible supply of energy, without pollution or global warming”
-Stephen Hawking
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
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As energias não renováveis - Energia nuclear
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Resumo
O presente relatório aborda as energias não renováveis, em especial a energia nuclear,
dando especial ênfase aos dois processos de obtenção desse tipo de energia, a fusão e a
fissão.
Desta forma o relatório foca-se, portanto, nos dois processos de obtenção de energia
nuclear, a fusão e a fissão, nos materiais e matérias-primas necessárias, nas máquinas e
nos aspetos técnicos e processos utilizados. São abordados também a vertente evolutiva e
o futuro da energia nuclear, visto que o grupo reconheceu a importância de elucidar como a
energia nuclear é obtida e funciona, no sentido de demonstrar o possível impacto que ela
poderá ter com a sua inovação.
O relatório irá destacar também os obstáculos, algumas medidas de segurança e
prevenção de acidentes e apresentar alguns exemplos de sucesso no uso desta forma
energética.
Em acréscimo, este trabalho pretende contextualizar a situação demográfica em que ela
aparece e que leva a um aumento constante do consumo energético com consequências
económicas e sociais. Segundo David Lilienthal (primeiro diretor da Comissão de Energia
Atómica) em “Atomic Energy: A New Start”: “Energia é uma parte de um processo histórico,
um substituto para o trabalho humano. À medida que as aspirações se desenvolvem,
também a necessidade de e uso da energia cresce e desenvolve”.
Para finalizar o relatório, serão também abordadas as vantagens e desvantagens dos
processos, estabelecendo, também, comparações entre eles para o efeito.
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Agradecimentos
Agradecemos, em primeiro lugar, à professora Teresa Duarte, na qualidade de
supervisora desta unidade curricular e ao nosso monitor, Tiago Cabo, que se
disponibilizaram prontamente a responder a todas as nossas questões e atender aos
nossos problemas.
Passamos a agradecer a todos os palestrantes que, na primeira semana do Projeto
FEUP, nos orientaram e ajudaram a conhecer todas as regras e normas necessárias à
escrita de um relatório, à correta apresentação de um trabalho oral e, inclusive, à normal
utilização dos recursos informáticos e materiais à nossa disposição.
Por último, agradecemos às nossas famílias pelo apoio incondicional e pela constante
estimulação e motivação que nos leva a querer aprender sempre mais e melhor.
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Índice
Resumo ................................................................................................................................ 2
Agradecimentos .................................................................................................................... 3
1. Introdução ...................................................................................................................... 5
2. Energia .......................................................................................................................... 6
2.1. O que é?..................................................................................................................... 6
3. Energias não renováveis ................................................................................................ 7
3.1 O que são? .................................................................................................................. 7
3.1.1 Petróleo ................................................................................................................ 7
3.1.2 Gás natural ........................................................................................................... 8
3.1.3 Carvão .................................................................................................................. 8
4. Energia nuclear .............................................................................................................. 9
4.1. O que é?..................................................................................................................... 9
4.2. Evolução da Energia nuclear .................................................................................. 9
5. Tipos de reações nucleares ......................................................................................... 12
5.1 Fissão nuclear ........................................................................................................... 12
5.1.1. O que é? ............................................................................................................ 12
5.1.2. Reator nuclear ................................................................................................... 13
5.1.3. Estatística .......................................................................................................... 17
5.2 Fusão Nuclear ........................................................................................................... 19
5.2.1. O que é? ............................................................................................................ 19
5.2.2. Obstáculos no controlo deste processo .............................................................. 19
6. Impactos Económicos e Ambientais da Energia Nuclear ............................................. 22
7. Vantagens e Desvantagens da Energia Nuclear .......................................................... 24
7.1. Vantagens: ............................................................................................................... 24
7.2. Desvantagens:.......................................................................................................... 24
7.3. Vantagens da fusão relativamente à fissão: ............................................................. 25
7.4. Desvantagens da fusão relativamente à fissão: ........................................................ 25
8. O papel do Engenheiro Mecânico e o futuro da Energia Nuclear em Portugal ............. 26
9. Conclusão .................................................................................................................... 28
10. Referências bibliográficas ........................................................................................ 29
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1. Introdução
Este relatório, realizado pela equipa nº1 da turma 7 do curso de Mestrado Integrado em
Engenharia Mecânica no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, tem como tema “As
energias não renováveis” e subtema “Energia nuclear”.
A energia nuclear é a energia libertada numa reação nuclear, ou seja, em processos de
transformação de núcleos atómicos. É uma forma de energia não renovável e é utilizada em
vários países por ser uma energia bastante rentável dado que pequenas quantidades de
matéria podem satisfazer grandes necessidades energéticas. Neste momento, o único
processo efetivo de obter energia nuclear é a fissão. No entanto, espera-se que daqui a uns
anos seja possível produzir este tipo de energia a partir do processo de fusão, o que
revolucionaria o panorama energético mundial.
O constante aumento populacional e a permanente competição pelo desenvolvimento de
formas cada vez mais rentáveis de obter e produzir energia levam ao desejo da sociedade
por formas de energia cada vez mais baratas e eficientes. A maneira de obter de forma
barata e eficiente energia, enquadra-se num dos aspetos que a engenharia mecânica tem
em conta. A energia deixou de ser apenas uma comodidade e passou a ser necessidade,
daí a importância de nós como futuros engenheiros mecânicos retratar uma possível
solução para as nossas necessidades energéticas.
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2. Energia
2.1. O que é?
Tudo que existe no universo é alguma forma de energia, estando ela presente nas
estrelas, no espaço e em todos os planetas. O homem, desde a descoberta do fogo,
aprendeu a tirar proveito dela e atualmente ela encontra-se tanto nas nossas atividades do
dia a dia como também nas mais diversas áreas da indústria. [1]
Definida por alguns autores como a capacidade de um sistema para realizar trabalho, a
energia pode ser identificada por género, como por exemplo, cinética, potencial e interna,
ou por fonte, elétrica, química, mecânica, nuclear, biológica e solar. A energia não pode ser
criada nem destruída, mas pode ser convertida de uma forma para outra. Como o trabalho,
a energia tem como unidade SI o Joule (J). [2]
Em acréscimo, a energia pode ser obtida através de recursos que se dividem em dois
grandes grupos: energias renováveis e energias não renováveis (Fig.1). No entanto, como o
tema do trabalho é “Energias não renováveis”, o relatório foca-se nas energias não
renováveis.
Figura 1 - Tipos de energia [3]
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3. Energias não renováveis
3.1 O que são?
Energias não renováveis consistem em recursos energéticos que depois de utilizados não
são regenerados pela natureza em um prazo útil (velocidade de produção<velocidade de
consumo), que, por conseguinte, torna, teoricamente, a quantidade existente desses
recursos limitada. Dentro destas energias as mais conhecidas e utilizadas provêm da
combustão de combustíveis fósseis (gás natural, petróleo e carvão), mas existe outro tipo
de energia cujo desenvolvimento e utilização tem vindo a ganhar a terreno, nomeadamente
a utilização da energia nuclear. [4]
3.1.1 Petróleo
Recurso que resulta da decomposição de seres ligados ao plâncton, podendo demorar
milhões de anos a ser reposto, utilizado principalmente no transporte. É uma das maiores
causas da poluição atmosférica e cujas reservas se esgotam, aproximadamente, nos
próximos 40 anos (Fig.2). [5]
Figura 2 - Extração de petróleo [6]
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Figura 3 – Carvão [9]
3.1.2 Gás natural
Combustível, também resultado da degradação da matéria orgânica, oriunda de
quantidades extraordinárias de micro-organismos que, em eras pré-históricas, se
acumulavam nas águas litorâneas dos mares da época, sendo essa matéria orgânica
soterrada a grandes profundidades. Apesar do seu menor impacto ambiental em relação ao
carvão e petróleo, estima-se que as suas reservas apenas durem cerca 60 anos. [5 e 7]
3.1.3 Carvão
Combustível fóssil, é obtido através dos restos de vegetação pré-históricas que
originariamente se acumularam em pântanos e turfeiras (Fig.3). Este recurso energético
estima-se que tenha cerca de 200 anos de reservas e o maior impacto ambiental. [5 e 8]
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4. Energia nuclear
4.1. O que é?
Tudo à nossa volta é constituído por pequenas partículas chamadas átomos, cujo núcleo
(centro do átomo) é formado por neutrões e protões, concentrando-se nele a maior parte da
massa do átomo e o resto da massa na nuvem de eletrões que rodeia o núcleo. Em certas
circunstâncias, o núcleo de um átomo muito grande pode-se dividir em dois. Neste
processo, uma certa quantidade da massa do grande átomo é convertida em energia pura,
obtendo-se assim a energia designada por energia nuclear. No entanto, a obtenção de
energia nuclear, teve vários colaboradores como Ernest Rutherford, Max Planck e Albert
Einstein que contribuíram para que ela fosse aperfeiçoada ao longo do tempo. [10]
4.2. Evolução da Energia nuclear
Nenhum verdadeiro progresso e inovação científica é
obtida sem o apoio de inúmeras descobertas que a
antecederam, não fugindo à regra encontra-se também a
energia nuclear.
Desde a descoberta do urânio, em 1789, por Martin
Klaproth, à descoberta da existência do núcleo atómico, em
1911 por Ernest Rutherfor (Fig.4), passando pela energia
espontânea (radiação) produzida pelos elementos Polónio e
Rádio, por Marie Curie, a energia nuclear foi evoluindo e
tornando-se cada vez mais utilizada e aperfeiçoada.
Tal descoberta captou a atenção de Hitler que ordenou de
imediato a pesquisa da energia nuclear visionado a produção
de uma bomba nuclear. Contudo, devido ao medo do
desenvolvimento da bomba pelos nazis e à chegada de
vários cientistas oriundos da Europa para os Estados Unidos da América, provocada pelo
constante cenário de guerra, opressão e perseguição levado a cabo pelos nazis,
desenvolveu-se o chamado “Projeto Manhattan” com a finalidade de produzir a bomba
atómica antes da Alemanha. Apesar desta, ser concluída em 16 de julho de 1945 (2 meses
Figura 4 - Ernest Rutherford [13]
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Figura 5 - Bomba nuclear de Hiroshima [14]
Figura 6 - EBR-I [15]
após a capitulação da Alemanha), a guerra continuava no Pacífico pelo que, para evitar
uma invasão continental do Japão, se lançaram a 6 de agosto de 1945 as duas bombas
nucleares uma em Hiroshima (Fig.5) e outra em Nagasaki que alteraram o curso da história
pondo fim à segunda guerra mundial. [11]
Após a segunda guerra mundial, com estabelecimento do bloco ocidental e bloco
socialista e a falha do plano de não proliferação de armas nucleares, o mundo viu o começo
da guerra fria. Porém, não se observou nenhum conflito direto entre as duas potências
(Estados Unidos da América e Antiga União Soviética) e
uma terceira guerra mundial devido à noção das graves
perdas que iriam ocorrer com o uso da bomba nuclear, tal
como aconteceram em Nagasaki e Hiroshima, podendo-se
especular que a bomba nuclear impediu a guerra. Nesse
período, apesar das hostilidades, a reação nuclear
começou a ser utilizada para a produção da energia
nuclear, no que se destaca em 1951 o reator experimental,
EBR-I (Fig.6) que produziu a primeira energia nuclearmente
gerada, em 1954 o primeiro submarino movido pela energia
nuclear, pouco depois o primeiro reator energético sem fins
militares e, em 1957, o primeiro reator comercial. [11]
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A partir da década dos 60 até à dos 70 este tipo de energia começou a ser muito
usada e alvo de grandes investimentos por inúmeros países, devido ao seu bom
funcionamento e produção barata, assim como, emissão de baixa poluição, destacando-se
a França cujas necessidades energéticas passaram a ser saciadas pela energia nuclear.
Neste momento, 86% da energia produzida na França é nuclear, proveniente de 58 reatores
nucleares funcionais. Todavia, a energia sofreu rapidamente um declínio e estagnação
provada pela segurança das centrais nucleares e levantada pelos desastres de Three Mile
Island (1979) e de Chernobyl (1986) (Fig.7).[12]
Posteriormente, com o crescimento populacional e industrial e consequente exigência
de grandes quantidades de energia particularmente em países imersivos, isto é, países em
desenvolvimento (China, Índia e Coreia do Sul), assim como, a diminuição das emissões de
carbono, e novas condições de segurança das centrais, fizeram com que em 2002 a energia
nuclear voltasse à ribalta, pelo que a sua utilização, funcionamento e inovação continuam
até hoje. [12]
Figura 7 - Chernobyl, local de um desastre nuclear [16]
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5. Tipos de reações nucleares
A obtenção de energia nuclear pode ser realizada de diversas maneiras, de tal forma que
se pode agrupar em dois grupos tendo em consideração as suas caraterísticas,
nomeadamente: na fissão nuclear (atualmente utilizada) e na fusão nuclear (ainda em
desenvolvimento).
5.1 Fissão nuclear
5.1.1. O que é?
A fissão (ou cisão) nuclear consiste numa reação em que um núcleo pesado (de massa
atómica relativa maior que 200) é bombardeado por neutrões e é dividido em dois ou mais
átomos menores, de massas semelhantes. Na natureza, os núcleos de massa elevada
poderão sofrer uma fissão espontânea, como por exemplo, sob forma de desintegração ou
decaimento radioativo de elementos muito pesados como o Rutherfórdio. No entanto, a
probabilidade de esta ocorrer é mínima, podendo demorar vários anos e liberta uma
reduzida quantidade de energia, daí se realizar a fissão induzida artificialmente, isto é, a
cisão nos reatores nucleares. [17]
Esta pode ser induzida, excitando o núcleo com uma energia de pelo menos 4 x 106 a
6x106 V (Volts) ou bombardeando-o com neutrões, desde que um desses neutrões seja
capturado pelo núcleo e que a energia fornecida seja superior à necessária para a fissão
ocorrer. No caso de o núcleo ser bombardeado por neutrões, a cada colisão de neutrões,
são libertados novos neutrões que, por sua vez, irão colidir com novos núcleos, provocando
a fissão sucessiva de núcleos diferentes, estabelecendo assim, uma reação que
denominamos de reação em cadeia (Fig.8). Em adição, à medida que esta ocorre, são
libertadas enormes quantidades de energia, radiação gama e, embora raramente, pequenos
fragmentos nucleares eletricamente carregados. [18]
A reação de fissão nuclear mais conhecida é a da cisão do núcleo de urânio-235. Este
núcleo pode ser cindido em diferentes isótopos, sendo uma divisão possível representada
pela seguinte equação:
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Figura 8 - Reação em cadeia [19]
5.1.2. Reator nuclear
O que é?
Os reatores nucleares funcionam como uma barreira, impedindo a libertação da
radiação para o meio ambiente. É lá que a energia nuclear é produzida por uma reação
controlada de fissão.[2]
Processo
Os reatores nucleares de fissão possuem umas varetas, responsáveis pelo controlo
da reação nuclear que ocorre no interior dos reatores (Fig.9). As reações em cadeia
precisam de ser controladas, sendo então necessário que os neutrões libertados pelos
átomos de Urânio-235 sejam retirados do sistema de modo a não chocarem com os outros
átomos.[20]
Para controlar esta reação são utilizados os elementos Boro ou Cádmio, uma vez
que no estado fundamental, os seus núcleos possuem a capacidade de receber mais
facilmente neutrões, formando os respetivos isótopos. [20]
O controlo da reação funciona da seguinte maneira: se as varetas estiverem
voltadas para fora do reator, significa que a reação nuclear está a ocorrer ao máximo.
Quando são detetadas grandes quantidades de energia, as varetas começam a virar-se
para o interior do reator de modo a remover os neutrões, podendo parar a produção de
energia caso estejam no totalmente no interior do reator (Fig.9). [21]
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Figura 9 - Controle da reação de fissão nuclear ocorrido no interior do reator nuclear [27]
Além de controlar as reações nucleares de fissão, o principal objetivo dos reatores é
a transformação de energia nuclear, sob a forma de calor, em energia elétrica. A energia
nuclear é uma forma limpa e eficiente de aquecer água que vai passando em tubos pelos
reatores num circuito fechado. Quando esta água evapora, transformando-se em vapor de
água, vai fazer mover, a grande velocidade, turbinas que geram energia elétrica.
Posteriormente, o vapor de água não aproveitado e a água não evaporada atravessam um
outro circuito envolvido num liquido de refrigeração e mais água é enviada para os tubos
para que o processo se repita (Fig.10). Este princípio de utilização do vapor para gerar
energia é muito semelhante à tradicional máquina a vapor, com a vantagem acrescida de
não libertar gases causadores do efeito de estufa, como por exemplo, o CO2. [24]
Existem vários tipos de reatores nucleares que diferem em parâmetros como o
líquido refrigerante, o rendimento e a matéria usada. No entanto, qualquer tipo de reator tem
características e componentes semelhantes. [25]
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Figura 10 - Funcionamento dos reatores [28]
Principais componentes
O núcleo do reator contém todo o combustível nuclear e gera todo o calor;
O fluido refrigerante é o material que atravessa o núcleo, transferindo o calor do
combustível para uma turbina. Pode ser água, água deuterada (pesada), sódio
líquido, ou por exemplo, hélio;
A turbina, converte o calor do fluido refrigerante em eletricidade;
O contentor é a estrutura que separa o reator do ambiente em redor. São
estruturas extremamente densas e frequentemente feitas a partir de cimento
reforçado;
Torres de arrefecimento são encontradas em algumas centrais nucleares e são
usadas para libertar o excesso de calor que não pôde ser convertido em energia.
Estas torres libertam apenas vapor de água limpo e não poluente (Fig.10). [25]
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Materiais fissionáveis
Num reator cujo objetivo é a produção de energia por fissão nuclear, somente alguns
elementos se encontram disponíveis e podem ser utilizados como combustível para o reator
nuclear. Para poder ser utilizado como combustível nuclear (material físsil), este deve
possuir um conjunto de caraterísticas das quais se destacam:
Possuir uma meia-vida (tempo necessário para que a sua massa se reduza a
metade) longa;
Ter uma massa atómica relativa superior a 200;
Ter capacidade de estabelecer uma reação em cadeia. [29]
Muitos são os materiais que podem ser utilizados como combustível para o reator. No
entanto, o físsil, isto é, o recurso que para além de ser fissionável também permite a
realização da reação de cadeia, mais utilizado é o urânio, especificamente, o urânio-235.
O urânio-235, apenas constitui 0,7% do urânio existente, sendo a maioria do urânio
(99,3%) formada por U-238, que não é físsil. Contudo U-238 é um material fértil, ou seja, é
um recurso a partir do qual se pode obter outros, como é o caso de U-235, tornando-o
abundante e viável.
Vários países vêm a extração e posterior venda do Urânio como uma boa fonte de
rendimento monetário. Entre eles, destacam-se o Cazaquistão e o Canada. [18]
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5.1.3. Estatística
Em 2013 e 2014, a Power Reactor Information System (PRIS) criou uma base de dados
dedicada à divulgação global da produção e reservas de urânio por países e a nível
mundial.
Tabela 1 - Produção anual de urânio entre 2004 e 2014 [30]
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Tabela 2 - Reservas de urânio em 2013 [31]
Destas tabelas podemos inferir que a nível mundial a produção de urânio, entre 2004 e
2014, apesar de apresentar ao longo dos anos pequenas oscilações, sofreu um aumento de
40% (Tabela 1). Verifica-se ainda que os três maiores produtores de urânio são o
Cazaquistão, Canadá e Austrália e que os países com as maiores reservas são a Austrália,
Cazaquistão e a Rússia (Tabela 2).
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5.2 Fusão Nuclear
5.2.1. O que é?
A fusão nuclear é um processo que está constantemente a ocorrer em todo o
universo, mais especificamente nas estrelas, onde são sintetizados os elementos que
constituem a tabela periódica. Este processo consiste, geralmente na união de dois núcleos
pequenos e leves que originam um maior e mais estável, em que ocorre a libertação de
grandes quantidades de energia que são cerca de 1 milhão de vezes maior que a energia
libertada numa reação química. [41]
As grandes quantidades de energia produzidas devem-se ao facto de o núcleo
resultante da fusão dos dois núcleos mais leves ter uma massa inferior à soma das massas
dos núcleos iniciais. Ou seja, há massa que é convertida em energia e a energia total
produzida pode ser calculada pela famosa fórmula de Einstein E=mc2.
m: Diferença entre a soma das massas dos núcleos dos dois 2 átomos que se fundiram e a massa do novo núcleo que se obteve; c: Velocidade da luz (3.00 x 108 m/s).
Para que esse processo ocorra é necessário atingir temperaturas na ordem dos 107
K (Magalhães, Elementos) que corresponde à temperatura em que se inicia a fusão nas
protoestrelas. A essa temperatura o ambiente fica num estado físico denominado de
“plasma” em que os eletrões se libertam dos átomos e ocorre a fusão dos núcleos. Nessas
condições é possível vencer as forças de repulsão eletrostáticas existentes entre os protões
dos núcleos cuja intensidade pode ser calculada pela Lei de Coulomb. [42 e 43]
5.2.2. Obstáculos no controlo deste processo
Tendo em conta o anteriormente referido, destacam-se dois problemas:
1) A criação do ambiente para a ocorrência da fusão:
Nas estrelas a reação de fusão ocorre em condições perfeitas, de densidade, pressão, e
temperatura, características, que são asseguradas pela gravidade, na Terra tais condições
são impossíveis de reproduzir.
Para se realizar as reações de fusão na Terra, de acordo com os critérios de Lawson,
deve-se utilizar um pequeno volume de matéria sob elevadas condições de pressão e
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temperatura durante um intervalo de tempo extremamente curto, de modo a ocorrer o maior
número de fusões possíveis e, deste modo, obtém-se a máxima quantidade de energia
possível. É de realçar que condições ideais de fusão apenas se mantêm durante alguns
picosegundos. [35]
2) As elevadas quantidades de energia libertada:
O controlo da elevada temperatura em
que ocorre a reação corresponde ao maior
obstáculo, tendo em conta que o elemento
com o ponto de fusão mais elevado é o
carbono com cerca de 3800,15 K,
substancialmente inferior à necessária, e
porque também é preciso evitar as perdas
de energia. Para resolver esses problemas
são usados campos magnéticos fortíssimos
que isolam o plasma, criando uma “espécie
de vácuo”, evitando assim o contacto com
as paredes do reator, e deste modo evita
perdas de energia durante apenas alguns
pico segundos (Fig.11 e 12), o que faz com
que a fusão ocorra durante apenas esse
intervalo de tempo. [35]
A energia do plasma acaba por dissipar-
-se através da condução por calor e
irradiação. Para evitar a fusão do reator,
são usadas espessas paredes de aço na ordem dos 10m, e um sistema de refrigeração
semelhante ao da fissão nuclear. Convém referir que o campo magnético gerado permite
que a energia seja dissipada lentamente, evitando assim a fusão do reator. [46]
As grandes quantidades de energia geradas, por sua vez, são usadas para evaporar
água que faz girar as turbinas, e desse modo obtemos energia elétrica (Fig.12). Mas, ao
mesmo tempo que o vapor de água é usado para a produção de energia elétrica, a água
também é usada para estabilizar a temperatura do reator, e por esse motivo a maior parte
das centrais nucleares localizam-se nas proximidades de grandes fontes de água, como
Figura 11: Funcionamento da Câmara de Vácuo [46]
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barragens, por exemplo. A central nuclear de Almaraz refrigerada pelas águas do rio Tejo é
exemplo disso mesmo. As falhas nesta fase do processo de produção nuclear constituem a
principal causa dos acidentes. [35 e 46]
Quanto aos melhores resultados obtidos até à data, destacam-se o alcance da temperatura
de 4x10^8 K, que se conseguiu manter por apenas 2 segundos em 2005 e o melhor
resultado registado em Outubro de 2016 onde foi batido o recorde da pressão,
estabelecendo-se uma pressão superior às 2 atmosferas, um aumento de 16% em relação
ao recorde de 2005. Ambos foram conseguidos por equipas de cientistas do MIT. [44]
Neste momento o melhor reator em funcionamento é o JET (Joint European Torus), do
modelo Tokamak, situado em Oxfordshire (Inglaterra). Em paralelo, está a ser desenvolvido
um novo reator denominado de ITER (International Thermonuclear Reactor Experiment),
também do modelo Tomak, que se espera que venha a ter mais de 1000 vezes a
capacidade do reator JET. Este novo reator estará sediado em Cadarache (França).
Espera-se que o reator esteja operacional em 2018.[46]
Legenda:
(A) Camara de Vácuo
(B) Plasma
(C) Radiação plasma
(D) Revestimento
(E) Produção de eletricidade
Figura 12: Visão esquemática da vista de um reator de fusão nuclear [46]
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6. Impactos Económicos e Ambientais da
Energia Nuclear A energia nuclear em geral influencia muito o mercado energético. A construção destas
centrais tem um custo muito elevado. Cerca de 80% do custo total de uma central nuclear
está associado à construção das suas infraestruturas, enquanto a sua manutenção custa
apenas os restantes 20% valor que, de acordo com a World Nuclear Association, é bastante
diminuto, mesmo tendo em conta as despesas associadas ao tratamento e eliminação de
resíduos radioativos. Para além disso, o facto de não ser necessário importar matéria prima,
ou seja, urânio, que é o que se verifica na maior parte dos países que têm centrais
nucleares, e de as centrais nucleares durarem 50 a 60 anos, tornam o custo da energia
produzida ainda mais baixo, de tal forma que os seus preços chegam a competir com os
preços da energia produzida através dos combustíveis fósseis. Mas, se associarmos ao
preço da energia obtida pelos combustíveis fósseis os custos associados ao impacto
ambiental, na sociedade e na saúde das pessoas, a energia nuclear torna-se muito mais
barata do que esse tipo de energia. [45]
Se pensarmos em termos de mercado global os seus efeitos são ainda mais notórios, se
tivermos em conta que os países que mais apostam nas energias renováveis, como é o
caso de Portugal e Alemanha, são os que vendem eletricidade a preços mais elevados. No
caso de Portugal, um dos problemas associados às energias renováveis é o facto de elas
serem intermitentes, isto é, em certas alturas a produção de eletricidade não é suficiente, o
que obriga a produzir energia através dos combustíveis fósseis ou a comprá-la ao exterior,
o que torna os preços muito elevados. Com a energia nuclear esses problemas não
existiriam. (Expresso, 12 de março de 2016)
Se formos a analisar a fusão nuclear, o seu impacto é inestimável, porque os custos com
a matéria-prima e gestão dos resíduos, não existirão, e para além disso produziram uma
quantidade muito superior de energia ao que é produzido na fissão nuclear. Como, já foi
anteriormente referido, a fissão tem um custo baixo, e um impacto positivo na economia,
mas a fusão poderia levar a uma queda enorme nos preços da eletricidade, dado que com
apenas o com um litro de água do mar, obtemos a quantidade de energia contida em 300
litros de gasolina. Essa queda dos preços da eletricidade potencializaria o desenvolvimento
da indústria e permitiria a redução dos custos domésticos, que certamente melhorariam a
qualidade de vida dos cidadãos. Essa redução de custos na área da energia, seria de tal
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ordem grande que poderia tornar as energias renováveis pouco ou nada rentáveis, se os
seus custos se mantiverem no futuro.
Em termos ambientais, como é óbvio, seria possível diminuir de forma acentuada as
emissões de C02, e desse modo combater as alterações climáticas, porque já não
precisaríamos, dos combustíveis fósseis, para obter eletricidade, como porventura já não
seriam necessários para os transportes, porque tendo em conta o preço que a energia
elétrica teria, passaria a ser muito mais rentável, o uso de veículos elétricos.
Atualmente, o impacto positivo da energia nuclear no aquecimento global, já é visível:
com o encerramento de apenas três centrais no EUA, prevê-se que sejam lançadas mais de
67,3 milhões de toneladas de CO2, o que mostra o grande o seu impacto positivo. (Currier,
maio de 2016)
Relativamente aos impactos ambientais, também temos que analisar os seus impactos
negativos: a contaminação do meio ambiente por radiação é praticamente um processo
irreversível, dado que se têm de esperar várias décadas para a sua descontaminação.
Entretanto, essa contaminação pode ter entrado na cadeia alimentar, através de consumo
de água contaminada, por exemplo, o que por sua vez pode causar um conjunto de
consequência muito imprevisíveis. Um exemplo claro disso, é o caso de Chernobyl, em que
muitas pessoas e descendentes delas, ficaram com graves deformações físicas, ou
adquiriram doenças como o cancro, devido às radiações.
Atualmente este assunto, relativo aos impactos ambientais continua a gerar muita
controvérsia e divergências: atualmente na Bielorrússia está construída uma central nuclear
que está a gerar um conflito diplomático com a Lituânia, dado que irá utilizar água do rio
Neris, que desagua nesse país. Em acréscimo, essa central nuclear usa um sistema de
refrigeração criado por uma empresa sediada na Rússia que ainda não foi testado em
nenhum protótipo, o que aumenta o receio de contaminação das águas do rio em questão.
Para além disso como este projeto envolve investimento por parte da China, acentua os
conflitos diplomáticos em torno dessa central nuclear. (Currier, maio de 2016)
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7. Vantagens e Desvantagens da Energia
Nuclear
A energia nuclear é uma energia não renovável, que tal como todas as outras tem as
suas vantagens e desvantagens:
7.1. Vantagens:
Não usa combustíveis fósseis;
É uma fonte concentrada de energia, o que faz dela uma energia barata. Uma
pequena quantidade de urânio pode abastecer uma cidade inteira;
Não liberta gases de efeito de estufa nem causa chuvas ácidas;
É fácil de transportar;
É uma fonte de energia segura porque apesar dos desastres ocorridos até à data
o número de acidentes mortais é extremamente reduzido;
É economicamente vantajoso não só porque permite reduzir o défice comercial
como também aumentar a competitividade. [34]
7.2. Desvantagens:
Ser uma fonte de energia não renovável. Os recursos utilizados poder-se-ão
esgotar futuramente;
Risco de acidente. Qualquer falha humana ou técnica poderá causar uma
catástrofe;
A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão fortuita de radiações
causam a poluição radioativa. Os resíduos nucleares por vezes têm períodos de
vida muito longos, podendo vir a prejudicar as gerações futuras;
Pode ser usada para a construção de armas nucleares como as bombas que
atingiram Hiroshima e Nagasaki;
Necessitam de um elevado investimento inicial que, para já, só é rentável ao nível
da fissão nuclear. [35]
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7.3. Vantagens da fusão relativamente à fissão:
Libertam muito mais energia que as reações químicas e mais que as reações
nucleares de fissão;
Fonte de energia praticamente inesgotável apesar de ser uma fonte de energia
não renovável;
Usa matérias-primas como o Deutério (Água) e o Trítio (Lítio) que são de fácil
obtenção (Fig.13);
Os produtos da fusão não são radioativos, sendo, portanto, considerada um tipo
de energia “limpa” que não causa alterações no meio ambiente (Fig.13). [36]
7.4. Desvantagens da fusão relativamente à fissão:
Não se consegue controlar a fusão de um modo eficaz;
Ocorre a temperaturas elevadíssimas. [36]
Figura 13: Reação Nuclear de Fusão [47]
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8. O papel do Engenheiro Mecânico e o futuro
da Energia Nuclear em Portugal
Atualmente, em Portugal, não se produz energia nuclear, nem existem projetos
governamentais para que se inicie a sua produção, a curto prazo.
Em 1971 Portugal colocou a possibilidade de fazer um forte investimento em energia
nuclear. Numa época de grandes manifestações, os planos foram discutidos até 1995
quando foi decidido, pelo Governo Português, não prosseguir com o projeto e, em
alternativa, fazer um grande investimento nas Energias Renováveis. [37]
Em Fevereiro de 2006 a Quercus apresentou, de forma sucinta, algumas razões pelas
quais considera inviável a opção pela energia nuclear em Portugal, das quais destacam:
A conservação de energia e eficiência energética;
O potencial de implementação das energias renováveis em Portugal é enorme;
A energia nuclear serve para produzir eletricidade e esta representa apenas cerca de 20% do consumo de energia final do país;
A dependência de tecnologia importada e cara. [38]
É de salientar que algumas das razões dadas pela Quercus para não implementação de
Energia Nuclear em Portugal já se encontram um pouco desatualizadas e com a
possibilidade de Energia Nuclear por fusão são completamente ultrapassadas.
Por último, mas não menos importante, são as razões de cariz público, nomeadamente, o
receio da população com a possibilidade de um acidente nuclear, como os ocorridos em
Chernobil e Fukushima. Todavia, mesmo não possuindo uma única central nuclear, os
Portugueses encontram-se sobre perigo, pois a 100 quilómetros da fronteira (Almaraz) há
uma central nuclear que corre riscos de segurança, segundo o Conselho de Segurança
Nuclear do Estado Espanhol. Ou seja, neste momento os Portugueses correm os riscos
sem colher os benefícios. [39]
Contudo o panorama económico, industrial e social do país alteraram. A crise económica
vivida nestes últimos anos levou ao encerramento de inúmeras empresas e ruína de
famílias, que por conseguinte colocou Portugal numa situação precária. Pelo que, a
possibilidade de Energia Nuclear em Portugal num futuro próximo “está morta e enterrada,
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sobretudo por causa dos seus custos”, como afirmou Pedro Sampaio Nunes, um forte
apoiante da Energia Nuclear, numa entrevista ao jornal Público. [40]
Segundo o engenheiro Álvaro Rodrigues, a quantidade de energia disponível para
consumo está diretamente relacionada com a dinamização da economia e das empresas,
isto é, com o aumento da oferta de energia, os custos de produção vão diminuir e por
conseguinte permitir que as empresas produzam mais por menos chegando ao consumidor
com um preço mais barato, e assim sucessivamente.
Para concluir, com a fissão nuclear a questão ambiental permanece, surgindo assim a
fusão nuclear como alternativa à forte dependência do petróleo, mas esta ainda não se
encontra disponível. Os vários entraves no desenvolvimento deste processo, como: a
elevada resistência que os materiais necessitam possuir e a criação do ambiente
necessário para ocorrer a fusão, irão ser colmatados pela engenharia, com destaque para o
papel dos engenheiros mecânicos.
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9. Conclusão Com este trabalho foi-nos possível desenvolver várias competências e conhecimentos
que nos serão úteis na nossa vida futura.
No que diz respeito às aprendizagens sobre o tema “Energias não renováveis: Energia
nuclear” pudemos aprofundar os nossos conhecimentos sobre como esta surgiu, o seu
funcionamento, os seus impactos ambientais, o impacto que esta tem na economia e na
sociedade e ainda sobre o futuro deste tipo de energia. Para além disso ser-nos- á mais
fácil voltar a abordar este tema no futuro pela afinidade que criámos com ele.
Compreendemos agora que a energia nuclear, apesar de ser uma energia não renovável,
é uma energia para o futuro dado que é uma energia que não emite gases de estufa, é
relativamente segura, barata e fácil de transportar. Para além disso, se algum dia
conseguirmos produzir energia por fusão nuclear, temos a certeza de que este novo método
revolucionará todo o mercado energético e fará com que seja possível obter energia a um
custo indubitavelmente baixo.
É ainda de destacar também os atributos que este trabalho nos permitiu desenvolver
destacando-se o trabalho em equipa, a eficiência na pesquisa de informação e também
aprender como redigir relatórios em engenharia.
Concluindo, estamos muito satisfeitos com o resultado destas semanas de trabalho na
Unidade Curricular de Projeto FEUP, pois para além das competências desenvolvidas
formaram-se amizades entre os membros do grupo que certamente tornaram, desde os
primeiros dias, o nosso percurso académico numa experiência muito melhor.
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10. Referências bibliográficas
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[23] Brasil Escola. “Fissão Nuclear”. Disponível em:
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[25] Wikipedia. ”Fissão Nuclear”. Disponível em:
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[29] InfoEscola. “Energia Nuclear”. Disponível em:
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[34] SlidePlayer. “Fusão e Fissão Nuclear: Uma breve introdução”. Disponível em:
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[42] Brasil Escola. “Fusão Nuclear”. Disponível em:
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[43] Brasil Escola. “Reator de Fusão Nuclear”. Disponível em:
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[47] Retirado de:
http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=22&id=513
