MINERAO DO URNIO E GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DE USINAS TERMONUCLEARES

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Instalaes Eletricas Prediais 14

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MINERAO DO URNIO E GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DE USINAS TERMONUCLEARES

Ana Paula Moreno1Luis Reyes Rosales Montero21Graduanda do curso de Engenharia de Minas; ppaullamoreno@gmail.com 2Professor da Unidade Acadmica de Engenharia Eltrica da UFCG, professorluisreyes@hotmail.com

SUMARIO

1. INTRODUO ............................................................05

2. OBJETIVOS .................................................................07

3. URNIO: CONTEXTO HISTRICO E ATUAL .....07

3.1 Descoberta do urnio .................................................07

3.2 Utilizao do urnio na gerao de energia a nvel mundial ...............................................................................08

3.3 Perspectivas futuras da utilizao do urnio ............09

3.4 Breve histrico no Brasil ............................................10

4. UTILIZAO DO URNIO APLICADO A GERAO DE ENERGIA ELTRICA .........................12

4.1 Principio da energia nuclear ..12

4.2 Funcionamento de uma usina nuclear .......................13

4.2.1 Reator nuclear ..14

5. PRODUO BRASILEIRA DO URNIO ..15

5.1 Reservas de urnio no Brasil ....................................15

5.2 Reservas brasileiras de urnio .................................18

6. MERCADO CONSUMIDOR DO URNIO ..............20

6.1 Urnio como fonte de energia ...................................20

6.2 Utilizao do urnio como fonte de energia no Brasil ...................................................................................22

7. MINERAO DO URNIO ....................................23

7.1 Beneficiamento do minrio de urnio ......................24

7.2 Composio da indstria mineral do urnio brasileiro ........................................................................25

8. MINERAO DO URNIO E MEIO AMBIENTE- INDICADORES DE SUSTENTABILIDADE .................25

8.1 Indicadores de sustentabilidade .................................26

8.1.1 Dimenso econmica ...........................................27

8.1.2 Dimenso social ...................................................28

8.1.3 Dimenso ambiental .............................................29

9. ESTUDOS RELACIONADOS A IMPLANTAES DE USINAS TERMONUCLEARES NO NORDESTE BRASILEIRO ....................................................................30

10. CONCLUSES .....................................................31

REFERNCIAS ............................................................32

O crescimento da populao e da economia mundial tem gerado uma demanda cada vez maior por energia. A alta dos preos de petrleo e gs e as preocupaes quanto s emisses de gs carbnico e o aquecimento global tem evidenciado a necessidade de uma outra fonte alternativa de gerao de energia, que minimize os efeitos causados pelas fontes mais utilizadas atualmente: petrleo e carvo. Alm disso, as principais fontes de suprimento de petrleo encontram-se em reas de grande instabilidade poltica. Tudo isto, contribui com a tendncia mundial de diversificao da matriz energtica e da matriz eltrica. Neste contexto, o urnio apresenta-se como fonte alternativa de energia, na forma de combustvel para a energia nuclear. Entretanto, como a energia nuclear sofre muitas crticas e riscos, ela segue como fonte geradora de energia alternativa. O processo de minerao de urnio realizado por uma srie de etapas de desmonte e desagregao do macio rochoso, provocando muitos impactos ambientais, mas vale ressaltar que, a gerao de energia eltrica pela fisso nuclear do urnio no emite gases do efeito estufa e considerada limpa. O Brasil tem um forte potencial de ocorrncia de urnio, ocupando o stimo lugar mundial em volume de reservas do elemento, toda via, existe apenas uma mina em funcionamento em seu territrio. O Urnio extrado desta mina suficiente para abastecer todas as usinas termoeltricas do pas, e tambm abastecer as futuras usinas em fase de construo. Palavras-chave: Urnio, energia nuclear, minerao, usina termonuclear.

1. INTRODUO

A crescente demanda por energia eltrica nas ltimas dcadas, trs consigo a necessidade de aproveitamento ou maximizao\otimizao dos recursos de produo de energia. Com o aumento contigente da populao mundial, estima-se que economia global no demonstra ser capaz de deter o aumento da demanda por energia eltrica, visto que os processos macroeconmicos dominados pelos interesses de mercado no sero capazes de exercer, de maneira sustentvel, uma ao regulatria eficiente sobre a relao entre oferta e demanda [1,2].Desta maneira, todos os insumos ligados a produo de energia eltrica devem ser levados em conta, tendo em vista, as necessidades demandadas pela populao. Nesse contexto, uma das maneiras de produo de energia eltrica est ligada a minerao e gerenciamento do urnio em usinas termonuclerares. A minerao descrita como um negcio de risco no qual as empresas buscam os melhores e mais viveis depsitos minerais. Os impactos ambientais e sociais advindos da minerao se tornam extremamente necessrio para o desenvolvimento e conforto da sociedade no geral. No entanto, este desenvolvimento s poder ser considerado sustentvel se ao satisfazer seus requerimentos atuais no comprometer as necessidades atuais dos indivduos e de futuras geraes. Igualmente, deve ser capaz de internalizar os custos sociais e ambientais de sua operao sem receber para isso qualquer tipo de subsdio direto ou indireto. A minerao s poder almejar o desenvolvimento sustentvel se os lucros obtidos atravs do empobrecimento dos recursos minerais forem continuamente reinvestidos em outras formas de desenvolvimento econmico e social de carter sustentvel, visto que a sustentabilidade no um conceito de fcil aplicao para esses recursos no renovveis [2].Seguindo esta linha de raciocnio, a minerao e beneficiamento do Urnio, devem suprir todos os paradigmas da sustentabilidade, tendo em vista que envolve o desmonte e remoo de grandes volumes de terra, podendo causar muitos impactos ambientais, alm da contaminao da fauna, flora e dos recursos hdricos superficiais ou subterrneos com radiao.O urnio trata-se de um metal radioativo prateado, malevel, dctil e menos duro do que o ao, que, quando exposto ao ar, forma em sua superfcie uma camada de xido. Ocorre em diversos minerais como uraninita (uranato complexo de uranilo e chumbo, e que pode conter lantnio, trio, trio), carnotita (uranovanadato de potssio e sdio), autunita (fosfato de urnio e clcio hidratado), torbernita (fosfato de urnio e cobre hidratado), zeunerita (arseniato de cobre e urnio hidratado). Tambm encontrado em rochas com fosfatos, na linhita (carvo fssil, estgio intermedirio entre a turfa e o carvo betuminoso) e em areais com monazita (fosfato de crio, lantnio, praseodmio, neodmio, com xido de trio) [1].Minrio de urnio descrito como toda concentrao natural de minerais na qual o urnio ocorre em propores e condies tais que permitam sua explorao econmica, dentro de um contexto estratgico. No Brasil, o urnio, um metal radioativo e considerado estratgico, tem sua minerao controlada pela Unio, atravs da CNEN (Comisso Nacional de Energia Nuclear), autarquia criada em 1956 e atualmente, vinculada ao Ministrio de Cincia e Tecnologia. Tendo em vista os riscos de contaminao radiotiva decorrentes do urnio, alem do contexto poltico, ligados a produo de armas, este elemento deve ter sua minerao e utilizao controlada, de modo a evitar quaisquer problemas sociais e ambientais [1].Uma usina termonuclear descrita como uma indstria que produzir energia eltrica a partir de reaes nucleares. As reaes nucleares de elementos radioativos produzem uma grande quantidade de energia trmica. Onde, o elemento radioativo mais utilizado para produo desta energia o urnio.

2. OBJETIVOS

Objetiva-se mostrar neste trabalho que a necessidade demandada de energia eltrica a nvel global necessita ser suprida com quaisquer fontes geradoras de energia. Em especial, a energia gerada por usinas termonucleares, com utilizao de urnio. Neste sentido, discutiremos a tendncia futurstica da energia nuclear, alm de todos os problemas polticos e sociais associados a minerao e utilizao do urnio.Especificamente abordaremos as tendncias sustentveis na minerao e utilizao do urnio como fonte geradora de energia eltrica e vamos analisar a possibilidade de construo de uma usina termonuclear na regio nordeste do Brasil.

3. URNIO: CONTEXTO HISTRICO E ATUAL

3.1. Descoberta do urnio

O urnio foi descoberto por Martimn Klaproth, na Alemanha, em 1789, no mineral uranilita ou pitchblenda U3O8. Entretanto, sabe-se de seu uso, pelo menos na forma de xido, h muito tempo, pois um vidro amarelo, datado de 79 d.C., foi encontrado em Npoles, Itlia contendo cerca de 1% de xido de urnio. O elemento foi isolado do mineral pelo francs Eugene-Melchior Peligot em 1841, atravs da reduo do cloreto anidro com potssio [3].Em 1896, o francs A. Henri Becquerel descobriu que o urnio possua propriedades radioativas, quando tentava mostrar a relao entre os raios X e a luminescncia dos sais de urnio, colocando uma quantidade de sal de urnio em cima de uma chapa fotogrfica envolvida em papel preto, exposta luz solar. Aps a revelao da chapa, ficou evidenciado, que os raios emitidos pelo sal de urnio atravessavam o papel preto. Ao tentar repetir a experincia, mais tarde, Becquerel constatou que o sol no estava propcio e guardou o material numa gaveta. Quando Becquerel pegou novamente o material para reiniciar suas pesquisas, observou uma imagem intensa na placa. Repetiu a experincia no escuro total, obtendo o mesmo resultado,provando que os sais de urnio emitiam raios que afetavam a placa fotogrfica sem que ela fosse exposta a luz solar. Deste modo Becquerel descobriu a radioatividade do urnio. A descoberta da fisso nuclear pelos alemes Otto Hahn e Fritz Strassman, em 1939, tornou o urnio um elemento de grande importncia.

3.2. Utilizao do urnio na gerao de energia a nvel mundial

Os pases que detm as maiores reservas de urnio do mundo, so: Estados Unidos, Canad e Austrlia. Estes pases controlam o mercado de venda do urnio, onde o maior comprador o Japo [4]. O Brasil ocupa a stima posio dentre os pases que possuem as maiores reservas de urnio do mundo, entretanto como o urnio um material extremamente instvel na utilizao e nos processos de beneficiamento, atualmente o Brasil importa mais urnio enriquecido que produz. Tendo em vista, o potencial hidreltrico decorrentes dos rios brasileiros, fazendo com que as usinas termonucleares sejam postas em segundo plano, no que diz respeito gerao de energia eltrica.

3.3. Perspectivas futuras da utilizao do urnio

Atualmente alcana cerca de 18% da produo global de energia com 434 usinas nucleares em operao em 31 pases, gerando um total de 2400 TWh de energia nucleoeltrica e consumindo 60.000 toneladas de urnio por ano (OECD, 2009) [3]. Embora seu uso venha sendo questionado, a grande maioria acredita que o papel da energia nuclear tenha que ser estabilizado com o objetivo de atingir-se futuras expanses. A Indstria Nuclear relativamente jovem, por isso, alguns problemas tm que ser equacionados: segurana operacional de longo prazo; tratamento e disposio de rejeitos; o sentimento que uma atividade envolvida com segredos inacessveis e que no democraticamente controlada. Assim, este futuro depende: Tornar-se totalmente transparente; Imparcialmente regulada e controlada; Demonstrar ser segura e economicamente vivel; A disposio dos rejeitos deve ser resolvida adequadamente para garantir maior aceitabilidade.Desta maneira, estima-se que at o ano de 2025, cerca de 40% da energia eltrica gerada no mundo, advenha de usinas termonucleares de urnio. Implicando uma preocupao constante na descoberta de novas reservas de urnio no mundo, tendo em vista, o avano promissor da minerao e utilizao deste elemento.

3.4. Breve histrico no Brasil

Em 1952, o Conselho Nacional de Pesquisas CNPq iniciou a primeira prospeco sistemtica de minerais radioativos no Brasil. Em 1956 o processo de prospeco passou a ser feito atravs da recmcriada Comisso Nacional de Energia Nuclear CNEN, e, a partir de 1970, com uma aplicao mais substancial de recursos financeiros e com a participao da Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais CPRM na execuo, at 1974 as reservas do pas somavam um total de 11.040t de U3O8. Aps a criao da NUCLEBRS em dezembro de 1974, os estudos das reservas brasileiras foram direcionados s metas do Programa Nuclear Brasileiro de busca por autonomia energtica, que, por ocasio da chamada primeira crise do petrleo de 1973, destinou grandes investimentos prospeco, pesquisa, desenvolvimento de mtodos e tcnicas de trabalho e lavra de jazidas de urnio no pas. Um grande nmero de ambientes geolgicos favorveis ao estudo detalhado foi delimitado, resultando na revelao de novasjazidas, entre elas as provncias de Itataia (CE) em 1976 e Lagoa Real (BA) em 1977, levando o Brasil a ocupar no ranking mundial de reservas de urnio o stimo lugar em que se encontra atualmente [4-5].Em 1988 a NUCLEBRS foi transformada em Indstrias Nucleares Brasileiras INB, permanecendo at os dias atuais, englobando as funes do ciclo do combustvel nuclear desde a minerao, passando pelo enriquecimento at a fabricao do combustvel nuclear. Em 1982 comeam os testes de Angra 1 (Usina Termonuclear no estado do Rio de Janeiro), que operou comercialmente a partir de 01.01.1985. Angra 2 entrou em operao em 21.06.2000. Angra 3 tem uma previso de entrada em produo em 2013 [5].

Figura 1 Usinas Termonucleares brasileiras, angra 1 frente e angra 2 mais atrs.

4. UTILIZAO DO URNIO APLICADO A GERAO DE ENERGIA ELTRICA

4.1. Principio da energia nuclear

O ncleo do tomo constitudo de partculas de carga positiva, chamadas prtons, e de partculas de mesmo tamanho, mas sem carga, denominadas nutrons. Prtons e nutrons so mantidos juntos no ncleo por foras, at o momento, no totalmente identificadas.Os prtons tm a tendncia de se repelirem, porque tm a mesma carga (positiva). Como eles esto juntos no ncleo, comprova-se a existncia de uma energia nos ncleos dos tomos com mais de uma partcula para manter essa estrutura [3].A energia que mantm os prtons e nutrons juntos no ncleo a ENERGIA NUCLEAR, isto , a energia de ligao dos nucleons (partculas do ncleo). Uma vez constatada a existncia da energia nuclear, restava descobrir como utiliz-la.A forma imaginada para liberar a energia nuclear baseou-se na possibilidade de partir-se ou dividir-se o ncleo de um tomo pesado, ou seja, com muitos prtons e nutrons, em dois ncleos menores, atravs do impacto de um nutron. A energia que mantinha juntos esses ncleos menores, antes constituindo um s ncleo maior, seria liberada, na maior parte, em forma de calor (energia trmica).A diviso do ncleo de um tomo pesado, por exemplo, do urnio-235, em dois menores, quando atingido por um nutron, denominada fisso nuclear. Seria como jogar uma bolinha de vidro (um nutron) contra vrias outras agrupadas (o ncleo).O urnio ocorre comumente em forma de istopos (tomos de um mesmo elemento qumico com massas diferentes), sendo estes istopos de urnio 235 e 238.

4.2. Funcionamento de uma usina nuclear

A fisso dos tomos de urnio dentro das varetas do elemento combustvel aquece a gua que passa pelo reator a uma temperatura de 320 graus Celsius (figura 02). Para que no entre em ebulio o que ocorreria normalmente aos 100 graus Celsius -, esta gua mantida sob uma presso 157 vezes maior que a presso atmosfricaO gerador de vapor realiza uma troca de calor entre as guas deste primeiro circuito e a do circuito secundrio, que so independentes entre si. Com essa troca de calor, a gua do circuito secundrio se transforma em vapor e movimenta a turbina - a uma velocidade de 1.800 rpm - que, por sua vez, aciona o gerador eltrico.Esse vapor, depois de mover a turbina, passa por um condensador, onde refrigerado pela gua do mar, trazida por um terceiro circuito independente. A existncia desses trs circuitos impede o contato da gua que passa pelo reator com as demais. O vapor de gua produzido no sistema secundrio ento transformado em gua atravs de um sistema de condensao, ou seja, atravs de um condensador que, por sua vez, resfriado por um sistema de refrigerao de gua. Esse sistema bombeia gua do mar, gua fria, atravs de circuitos de resfriamento que ficam dentro do condensador.Uma usina nuclear oferece elevado grau de proteo, pois funciona com sistemas de segurana redundantes e independentes (quando somente um necessrio). O reator esvolvido por espessas camadas de concreto e chumbo, que funcionam como isolantes no caso de vazamento ou rompimento do reator.

Figura 2 Modelo esquemtico do processo de gerao de energia eltrica a partir da energia nuclear.

4.2.1. Reator nuclear

De uma forma simplificada, um Reator Nuclear um equipamento onde se processa uma reao de fisso nuclear, assim como um reator qumico um equipamento onde se processa uma reao qumica.Um Reator Nuclear para gerar energia eltrica , na verdade, uma Central Trmica, onde a fonte de calor o urnio-235, em vez de leo combustvel ou de carvo. , portanto, uma Central Trmica Nuclear.A grande vantagem de uma Central Trmica Nuclear a enorme quantidade de energia que pode ser gerada, ou seja, a potncia gerada, para pouco material usado (o urnio), conforme a figura 03 abaixo.

Figura 3 proporo mdia de gerao de energia trmica nuclear por urnio 235 e energia trmica por combustveis fsseis- leo e carvo.

5. OBJETIVOS

5.1. Reservas de urnio no Brasil

Embora no possua todo o seu territrio prospectado, o Brasil figura atualmente como detentor da stima maior reserva de urnio do mundo, com 309 mil toneladas de U3O8 nos Estados da Bahia e Cear. Existem ainda, ocorrncias uranferas associadas a outros minerais, como aqueles encontrados nos depsitos de Pitinga no Estado do Amazonas e rea de Carajs, no Estado do Par, conforme a Tab. 01, com um potencial adicional estimado de 150.000t para cada rea.

Tabela 1 - Reservas de Urnio do Brasil- 2007(em toneladas de U3O8)Depsito-Jazidas