EUA reentram no mercado de combustível nuclear

 (spectrum.ieee.org)
1 pontos por GN⁺ 2023-11-16 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • As 93 usinas nucleares existentes nos EUA usam cerca de 2.000 toneladas de combustível de urânio por ano, mas a comercialização de reatores de próxima geração exige garantir o fornecimento de HALEU, cuja produção em escala comercial está concentrada na Rússia
  • A Centrus Energy entregou ao Departamento de Energia dos EUA o primeiro HALEU produzido em sua fábrica em Piketon, Ohio, marcando a retomada da produção comercial de combustível nuclear nos EUA após 70 anos
  • O HALEU tem concentração de U-235 de quase 20%, superior aos cerca de 5% do urânio de baixo enriquecimento convencional, mas inferior aos mais de 90% do urânio de grau bélico, sendo classificado como baixo enriquecimento
  • 9 dos 10 reatores de próxima geração selecionados pelo Advanced Reactor Demonstration Program do Departamento de Energia dos EUA usam HALEU, com investimento governamental estimado em cerca de US$ 600 milhões
  • Espera-se que os EUA precisem de mais de 40 toneladas de HALEU antes de 2030, e o plano de compra de cerca de 25 toneladas por ano para criar demanda industrial inicial se torna central para a construção da cadeia de suprimentos

Primeiro fornecimento de HALEU da Centrus

  • A Centrus Energy, sediada em Bethesda, Maryland, entregou ao Departamento de Energia dos EUA o primeiro lote de HALEU produzido na fábrica de Piketon, em Ohio
  • Esse lote é visto como o ponto de partida da produção comercial doméstica de combustível nuclear, retomada nos EUA após 70 anos
  • A produção inicial ainda é pequena e será ampliada gradualmente
    • Produção prevista de 20 kg até o fim de 2023
    • Produção estimada de 900 kg em 2024
  • Atualmente, a Centrus opera uma cascata composta por 16 centrífugas
  • A produção em escala comercial exige a construção de várias cascatas, cada uma com 120 centrífugas

Por que os reatores de próxima geração exigem HALEU

  • As 93 usinas nucleares atualmente em operação nos EUA usam cerca de 2.000 toneladas de combustível de urânio por ano
  • O urânio de baixo enriquecimento usado em reatores convencionais dificilmente atenderá aos requisitos de alguns reatores de próxima geração que entrarão em operação
  • O HALEU permite maior densidade de potência em reatores de próxima geração
    • Núcleos menores
    • Vida útil mais longa do núcleo
    • Menos resíduos de combustível
  • Segundo a Centrus, a energia contida em 3 colheres de sopa de HALEU seria suficiente para suprir o consumo elétrico de toda a vida de um consumidor médio dos EUA

Métodos de enriquecimento de urânio e escolha tecnológica

  • No urânio natural, a proporção de U-235 capaz de sustentar uma reação nuclear em cadeia é inferior a 1%
  • Os reatores atuais usam LEU, com quase 5% de U-235
  • O HALEU é um combustível cujo teor de U-235 é elevado para cerca de 19,75%
  • O método tradicional de difusão gasosa foi usado no Manhattan Project e no setor de usinas nucleares comerciais, mas perdeu preferência por consumir muita energia
  • A Centrus e a estatal russa Tenex produzem HALEU por meio de centrifugação gasosa
    • Começa-se com urânio enriquecido a cerca de 5% em forma gasosa
    • O gás é girado em alta velocidade em centrífugas tubulares de quatro andares de altura
    • O U-238, mais pesado, é empurrado para a parede, enquanto mais U-235 permanece no interior
    • À medida que o gás passa por uma cascata de centrífugas, é enriquecido gradualmente até a concentração-alvo
  • O enriquecimento a laser é apontado como uma tecnologia promissora, mas ainda está em estágio inicial de desenvolvimento
    • O Departamento de Energia dos EUA acompanha a Global Laser Enrichment, de Wilmington, Carolina do Norte

Reatores que usam HALEU e os que não usam

  • Nem todos os reatores de próxima geração precisam de HALEU
  • Alguns pequenos reatores modulares em desenvolvimento pela GE e pela Westinghouse usam água como refrigerante e óxido de urânio como combustível, e pretendem usar combustível LEU padrão
  • O HALEU passa a ser necessário em reatores de próxima geração que usam refrigerantes e combustíveis mais criativos e buscam núcleos muito pequenos
    • Reator rápido refrigerado a sódio da TerraPower
    • Reator a gás de alta temperatura da X-energy
    • Reator de alta temperatura refrigerado por sal fluoretado da Kairos Power

Perspectiva de demanda e gargalo de oferta

  • O Departamento de Energia dos EUA estima que o país precisará de mais de 40 toneladas de HALEU antes de 2030
  • Fabricantes de reatores de próxima geração ainda estão a alguns anos de operar núcleos reais
  • A TerraPower, apoiada por Bill Gates, anunciou o adiamento em 2 anos da demonstração do reator Natrium devido à escassez de HALEU
  • A Centrus tem um memorando de entendimento com a TerraPower, mas ainda não há contrato formal de compra

Outros possíveis fornecedores e plano de compras do governo

  • A Urenco avalia produzir HALEU em sua instalação de enriquecimento no Novo México
    • A empresa é copropriedade do governo britânico, do governo holandês e de utilities alemãs
    • Atualmente, produz LEU
  • A BWXT anunciou em agosto de 2023 que produzirá 2 toneladas de HALEU ao longo dos próximos 5 anos para a National Nuclear Security Administration
  • O Departamento de Energia dos EUA planeja comprar cerca de 25 toneladas de HALEU por ano para impulsionar a indústria e oferecer contratos estáveis aos produtores
  • Considerando o número de reatores de próxima geração que se pretende comercializar no futuro, garantir o fornecimento de HALEU para evitar ampliar a dependência de combustível nuclear russo segue como ponto-chave da estratégia nuclear dos EUA

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2023-11-16
Opiniões no Hacker News

  • A afirmação de que os EUA dependem da Rússia para a maior parte do combustível nuclear precisa vir acompanhada de um contexto importante: o mercado de combustível nuclear foi perturbado por 10 anos por causa do programa Megatons to Megawatts
    A Centrus mencionada no artigo da IEEE, na época chamada US Enrichment Corporation, era a contraparte americana dessa troca
    O programa teve sucesso no desarmamento nuclear equivalente a 20.008 ogivas, mas, na prática, fez “dumping” de combustível e expulsou operadores de centrífugas do mercado
    https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program
    https://www.centrusenergy.com/who-we-are/history/megatons-to...

    • Indo mais para trás, houve os acidentes de Chernobyl e Three Mile Island. A percepção de que, quando a energia nuclear dá errado, dá muito errado ficou profundamente gravada na psicologia coletiva
      Isso definiu o clima sobre até onde os EUA levariam a energia nuclear e, mesmo que no conjunto pudesse ser uma solução melhor, as pessoas não quiseram apoiá-la enquanto ela pudesse ser enterrada politicamente com tanta facilidade. No livro de Jack Welch, "Straight from the Gut", também aparece a história de que a GE percebeu a mudança de rumo e migrou seu negócio do desenvolvimento para serviços de usinas nucleares, e que essa decisão se mostrou correta
      Esse movimento atual, em que passamos a aceitar que precisamos aprender a domar a fera da fissão nuclear, é realmente animador. Os benefícios superam as desvantagens
      https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident
    • O motivo de os EUA dependerem da Rússia para combustível nuclear é que o governo americano aprovou a venda de uma parte significativa de suas minas de urânio a uma organização estatal russa apoiada pelo governo, por meio de empresas de fachada
      https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_One

  • Não é que os EUA estivessem fora do “jogo do combustível nuclear”. Há instalações comerciais de separação/enriquecimento, incluindo a URENCO em Nevada, que abastecem usinas existentes e novos projetos convencionais como o AP-1000
    Este comunicado trata de urânio de baixo enriquecimento e alto teor (HALEU), que ainda não é usado por muitos reatores
    A NuScale pretendia usar esse combustível, mas o projeto foi cancelado algumas semanas atrás por questões de custo. Vários reatores avançados estão em discussão, mas não sei se há de fato algum reator que precise desse combustível agora. Talvez haja fora dos EUA
    Pelos padrões da NRC, o urânio natural tem cerca de 0,7% de U-235, e o combustível tradicional para reatores é enriquecido para 3% a 5%. O HALEU tem de 5% a 20% de U-235, e o grau bélico fica em torno de 90%

    • O reator da NuScale estava previsto para usar urânio enriquecido a 4,95%, não HALEU
      https://www.nuscalepower.com/-/media/nuscale/pdf/fact-sheets...
    • Reatores de água leve comuns também podem usar HALEU, e isso pode melhorar a economia ao reduzir os períodos de parada para troca de combustível
      A TerraPower, que tem Bill Gates entre seus cofundadores, também pretende usar HALEU como combustível para o reator Natrium ainda nesta década
    • É estranho gastar trilhões de dólares com despesas militares, mas não investir nem US$ 100 bilhões em um projeto no estilo Manhattan para encontrar projetos de fissão nuclear melhores, capazes de resolver todos os problemas de energia e o aquecimento global
      Até que a densidade energética das baterias seja 10 a 20 vezes a atual, solar e eólica sempre serão fontes de segunda linha em comparação com a geração tradicional e a nuclear

  • Pelos números do artigo, em 2024 o Departamento de Energia comprará 0,9 tonelada do único produtor americano, e as outras 24,1 toneladas virão da Rússia?

    • O artigo deu a entender que algo seria comprado da Rússia?
      Reatores existentes não usam esse combustível. É um combustível cuja produção está sendo ampliada para novos reatores que ainda não foram construídos
    • Devemos entender que a estrutura volta a crescer em 2025?

  • Os EUA têm 93 reatores? Vou ficar do lado da Greta. Vamos de nuclear

    • Sim. Eles produzem cerca de 20% da eletricidade dos EUA e cerca de 50% da eletricidade de baixo carbono
      https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_St...
    • Eu estou mais no campo das usinas nucleares de 4ª geração. Acho que essa distinção é importante
      Ex.: https://www.energy.gov/ne/articles/3-advanced-reactor-system...
    • Greta não é pró-nuclear. A maioria dos ambientalistas também não é
    • O maior problema das usinas nucleares é que elas demoram demais para ser construídas. Os EUA ficaram essencialmente parados por mais de 30 anos e ficaram para trás, então é difícil colocá-las em operação rápido o suficiente para cumprir as metas climáticas
      Por isso também precisamos de outros meios mais rápidos e, ao mesmo tempo, construir usinas nucleares para sustentar a energia de base
    • De onde virá o minério de urânio para tocar este projeto? Onde está o minério de urânio de alto teor capaz de produzir economicamente as cerca de 200 toneladas de varetas de combustível de que uma usina nuclear de 1 GW precisa por ano?
      Se for minério com 0,1% de urânio, são necessárias 1.000 toneladas de minério para obter 1 tonelada de urânio. O custo energético para obter essa 1 tonelada também é grande, e o volume de resíduos é enorme. Um reator de 1 GW precisa de 200 toneladas por ano, então isso dá 200 mil toneladas de minério por ano
      Para comparar, uma usina a carvão de 1 GW precisa ser alimentada com 3 milhões a 4 milhões de toneladas de carvão por ano. O conteúdo energético do carvão varia um pouco conforme a combustão com oxigênio
      E quantas toneladas por ano seriam necessárias para um sistema solar/eólico/armazenamento que forneça 1 GW de forma estável 24 horas por dia? Há a questão da substituição das baterias, mas dá para fazer as contas diretamente

  • Outra dependência indesejada em relação à Rússia é o combustível acabado para reatores de tipo russo. Felizmente, vários países começaram a encarregar a Westinghouse de produzir combustível alternativo, mas, pelo que vejo, isso ainda parece se aplicar apenas a um projeto, o VVER-440

  • Ao ler a frase “não há combustível de urânio convencional suficiente para os reatores avançados que entrarão em operação nos próximos anos”, talvez você tenha pensado, como eu: “isso não foi cancelado na semana passada?”
    https://news.ycombinator.com/item?id=38199061
    Mas o que foi cancelado foi o reator da NuScale; a TerraPower aparentemente ainda segue em andamento. Talvez isso tenha a ver com a riqueza excepcional de seu fundador
    https://abcnews.go.com/Technology/bill-gates-future-nuclear-...
    Parece que também encontraram uma forma de atrair mais dinheiro de bilionários
    https://www.theguardian.com/us-news/2021/jun/03/bill-gates-w...
    Sinto que em algum lugar aí está escondido um meme de “o herói que merecemos”

  • Calculando a partir dos números de que a empresa produzirá 20 kg de HALEU até o fim do ano e 900 kg em 2024, e da afirmação de que 3 colheres de sopa de HALEU poderiam fornecer eletricidade por toda a vida de um consumidor médio dos EUA, 20 kg dariam cerca de 1 ano para 1.867 consumidores americanos, e 900 kg dariam para cerca de 84.000 pessoas. Parece um bom começo
    https://www.wolframalpha.com/input?i=20+kg+%2F+%28%283+table...

    • Se for para a vida inteira de 85.000 pessoas, não é ruim. Esse cálculo inclui 79 anos
      Em base anual, dá para 6,7 milhões de pessoas. Apenas 16 estados têm população maior que isso
      Parece razoável. Se quiséssemos uma situação melhor, deveríamos ter começado há 50 anos, mas começar agora também é bom

  • Depender de um país inimigo para armas é tão tolo quanto eles dependerem de um país inimigo para alimentos

    • A questão da dependência geralmente não se resolve apenas com a decisão final
      O custo e o prazo para conquistar independência são importantes nas considerações estratégicas

  • Artigo relacionado: https://www.eurasiantimes.com/nuclear-champions-us-lags-behi...