O que fazer com o combustível depois do reator? No início deste ano, o Ministério de Minas e Energia do Brasil submeteu à consulta pública o Plano Nacional de Energia 2055. Entre suas diretrizes está a ampliação da capacidade de geração nuclear no país até 14 GW(e), o que equivale a um aumento de cerca de sete vezes. Se o Brasil de fato seguir esse caminho, uma das questões centrais surgirá já em uma etapa inicial.
Afinal, com qual combustível funcionarão as futuras usinas nucleares e o que acontecerá com esse combustível dali a alguns anos, após o fim de seu período de uso no reator? São questões de enorme importância tanto para a eficiência econômica das usinas nucleares quanto para o meio ambiente e para uma postura responsável em relação ao legado dos projetos nucleares.
A segunda questão costuma ser formulada de maneira mais simples: o que fazer com o combustível nuclear usado? A parte mais difícil do combustível nuclear usado são os conjuntos irradiados. Trata-se de combustível que já operou por vários anos no reator e foi descarregado do núcleo. Sua composição ainda inclui urânio, plutônio, produtos de fissão e outros elementos formados durante a operação do reator. Esse material continua altamente radioativo e quente, de modo que seu manejo exige tecnologias específicas, controle rigoroso e planejamento de longo prazo.
Hoje, as usinas nucleares adotam uma abordagem consagrada. Depois de descarregado do reator, o combustível usado é mantido inicialmente por alguns anos em uma piscina de resfriamento localizada junto ao reator, onde diminuem sua geração de calor e sua radioatividade. Em seguida, ele pode ser colocado em cilindros especiais chamados canisters e em contêineres de concreto para o armazenamento a seco de longa duração na própria área da usina. Essa opção permite manejar o combustível nuclear usado com segurança por décadas e é empregada na usina nuclear de Angra.
A próxima etapa é o isolamento definitivo desse combustível em um repositório geológico profundo dedicado. Essa instalação deve garantir segurança por centenas de milhares de anos e, por isso, precisa ser instalada em rochas estáveis a uma profundidade de no mínimo 400 metros. Na prática, essa solução ainda não foi concretizada em nenhum lugar, mas a Finlândia e a Suécia chegaram bem perto dela. Espera-se que o repositório finlandês entre em operação nos próximos anos, e o projeto sueco, depois de 2030.
Mas é importante entender: o combustível nuclear usado não é um rejeito homogêneo que perdeu totalmente seu valor. Nos reatores modernos, o urânio é consumido apenas parcialmente. No momento em que é descarregado do reator, ele ainda representa cerca de 96% da massa dos elementos combustíveis usados. Outro 1%, aproximadamente, corresponde ao plutônio, que se forma no reator durante o uso do combustível. Tanto o urânio quanto o plutônio são materiais que, com as tecnologias adequadas, podem ser reincorporados ao ciclo do combustível nuclear e, assim, utilizados mais uma vez na produção de combustível para usinas nucleares.
É justamente aqui que surge uma alternativa ao simples armazenamento de longo prazo: o reprocessamento, ou reciclagem, do combustível nuclear usado. Sua finalidade é separar o combustível nuclear usado em seus componentes. A tecnologia extrai os materiais aptos à produção de novo combustível e prepara os rejeitos restantes para um isolamento seguro. Em outras palavras, aquilo que à primeira vista parece apenas um problema pode, com outra abordagem tecnológica, tornar-se parte da base de recursos da energia nuclear.
O que a reciclagem muda
A reciclagem do combustível nuclear usado é um reprocessamento radioquímico complexo, no qual o material é separado em seus componentes. Dele pode-se extrair urânio apto à produção de novo combustível, enquanto os componentes restantes são preparados para um manejo seguro e o posterior isolamento.
Em termos práticos, isso altera a própria lógica do ciclo do combustível nuclear. Em vez do esquema linear que vai da mineração de urânio à produção de combustível, à operação no reator e ao armazenamento de longa duração, abre-se a possibilidade de fechar parcialmente o ciclo. Parte dos materiais retorna à produção, e o volume do que de fato deve ser tratado como rejeito é reduzido de maneira significativa.
Em primeiro lugar, a reciclagem permite usar o urânio natural de forma mais eficiente, considerando que trata-se de um recurso cuja demanda crescerá à medida que a energia nuclear se expandir no mundo. Em segundo lugar, ela reduz a pressão sobre a futura infraestrutura de armazenamento e disposição. Em terceiro lugar, esse modelo torna o próprio programa nuclear mais compreensível para a sociedade. A questão do combustível nuclear usado não recebe uma resposta adiada, mas uma resposta tecnologicamente estruturada.
Atualmente, apenas a França, a Rússia e, em parte, a Índia dispõem, em escala industrial, da tecnologia de reprocessamento de elementos combustíveis usados. China e Japão buscam dominá-la. Estados Unidos e Coreia do Sul estudam ativamente essa tecnologia. Um dos exemplos mais conhecidos é a França, onde o reprocessamento dos elementos combustíveis usados faz com que o volume de rejeitos de alta atividade destinados à disposição final seja reduzido em cinco vezes, e a toxicidade desses rejeitos, em dez vezes. Além disso, ao reincorporar ao ciclo do combustível o urânio e o plutônio extraídos dos elementos combustíveis, os franceses economizam de 20% a 25% do urânio natural.
A experiência russa: do armazenamento ao ciclo fechado
A Rússia foi ainda mais longe no desenvolvimento da reciclagem. Nas unidades da Rosatom, dos elementos combustíveis usados, extraem-se não apenas urânio e plutônio, mas também os actinídeos menores, como netúnio, amerício e cúrio. São eles que determinam a geração de calor e a atividade dos rejeitos em um horizonte de até 1 milhão de anos. Na Rússia, esses elementos são enviados para irradiação em reatores rápidos, onde ocorrem sua transmutação e fissão, com conversão em elementos mais seguros. Essa abordagem, baseada em fracionamento e transmutação, permite, após o reprocessamento, restringir à disposição final apenas a fração de vida curta, formada por estrôncio e césio. Esse material é então vitrificado e encaminhado ao destino final.
A Rosatom ocupa posição de liderança no desenvolvimento das tecnologias de quarta geração. Na usina nuclear de Beloyarsk, já começaram os trabalhos preparatórios para a construção da unidade geradora com o reator de nêutrons rápidos BN-1200M. Na região de Tomsk, por sua vez, está sendo criado, pela primeira vez no mundo, um complexo integrado em um mesmo local, formado por uma unidade geradora com o reator rápido BREST-OD-300 e um ciclo fechado do combustível incorporado à própria usina. Esse ciclo inclui a fabricação de combustível novo de nitreto de urânio-plutônio e o reprocessamento do combustível irradiado.
Ao mesmo tempo, a Rússia continua sendo o único país a operar de forma ininterrupta um reator rápido comercial (o BN-600, desde 1980). O país também colocou em operação industrial o reator rápido BN-800 com carga plena de combustível MOX de urânio-plutônio, e nele foi obtida a primeira experiência de queima de actinídeos menores em reator. Os avanços da Rosatom nessa área atraíram grande atenção para as apresentações russas na Conferência Internacional da AIEA sobre Reatores Rápidos e Ciclos de Combustível Associados (FR 26), realizada de 18 a 21 de maio, em Pequim.
O que isso pode significar para o Brasil
Não se pode afirmar de antemão se esse cenário será aplicável ao combustível usado na usina nuclear de Angra e nas futuras usinas nucleares brasileiras. Para isso, é necessária uma avaliação profissional de engenheiros, economistas e do órgão regulador. É preciso levar em conta a composição do combustível, os volumes acumulados e futuros de combustível nuclear usado, o custo da logística e do reprocessamento, os requisitos de segurança, a infraestrutura de armazenamento de longo prazo e a percepção da sociedade sobre essas soluções.
Mas, se o Brasil planeja ampliar a geração nuclear, é importante iniciar essa conversa desde já. O país tem diferentes opções possíveis. Pode continuar desenvolvendo um sistema de armazenamento a seco seguro, avaliar futuramente a possibilidade de disposição geológica, estudar a experiência internacional de reprocessamento do combustível nuclear usado e considerar a cooperação com empresas que detêm as tecnologias correspondentes.
A Rosatom vê boas perspectivas de diálogo técnico com parceiros brasileiros sobre esse tema. Não se trata de uma receita universal pronta, mas da possibilidade de avaliar como as tecnologias de reciclagem podem funcionar nas condições específicas do Brasil, avaliando seu programa nuclear, sua base industrial, sua regulação e seus objetivos energéticos de longo prazo.
A questão central aqui é mais ampla que o destino de elementos combustíveis específicos. O Brasil terá de definir qual modelo de energia nuclear deseja construir: um modelo linear, em que o combustível, depois de usado, passa a ser uma questão de armazenamento de longo prazo ou um modelo mais complexo, porém mais racional, em que parcela significativa dos materiais retorna ao ciclo do combustível.
Para um país com ambições energéticas de longo prazo, o combustível nuclear usado não é um detalhe técnico que se possa adiar para o futuro. É parte da segurança energética, da política industrial e da confiança da sociedade na energia nuclear. Quanto antes essa questão for incorporada ao planejamento estratégico, mais robusto poderá ser todo o futuro programa nuclear do Brasil.
* Ivan Dybov, diretor da Rosatom América Latina