Com apoio da CNEN, Brasil avança no desenvolvimento de microrreatores nucleares

Microrreatores nucleares poderão fornecer energia confiável para pequenas cidades, hospitais, fábricas e regiões isoladas, reduzindo a dependência de geradores a diesel. O Brasil avançará no desenvolvimento dessa tecnologia com participação ativa da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), por meio de duas de suas unidades técnico-científicas, o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN), em São Paulo, e o Instituto de Engenharia Nuclear (IEN/CNEN), no Rio de Janeiro.

Tratamento térmico de ligas especiais, no Laboratório de Fornos do IPEN/CNEN (Foto: Ana Paula Freire/CNEN)

O projeto que demonstrará a capacidade técnica de fabricar nacionalmente esse tipo de reator foi aprovado com nota máxima em edital da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep). Enquanto o IPEN/CNEN será responsável pela pesquisa e desenvolvimento dos materiais essenciais para o microrreator, o IEN/CNEN ficará encarregado da montagem de uma unidade subcrítica, que demonstrará a viabilidade dos núcleos reduzidos. A unidade subcrítica é um modelo reduzido de reator nuclear, no qual não ocorre reação em cadeia autossustentada. 

Com um orçamento de R$ 50 milhões, sendo R$ 30 milhões da Finep, o projeto “Desenvolvimento e testes de tecnologias críticas aplicáveis a microrreatores nucleares” foi contemplado pelo programa Finep Mais Inovação, na categoria Energias Renováveis/Sustentáveis, linha temática de Tecnologias para geração de energia a partir de fontes de baixa emissão de carbono. A proposta é liderada pelas empresas Diamante Geração de Energia, Indústrias Nucleares do Brasil (INB) e Terminus Pesquisa e Desenvolvimento em Energia .

Além da CNEN, o projeto conta com a participação de diversas instituições científicas e tecnológicas, como a Universidade Federal do ABC (UFABC), Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Universidade Federal do Ceará (UFC) e Instituto Nacional de Telecomunicações (Inatel). O projeto também recebe apoio da Diretoria de Desenvolvimento Nuclear da Marinha do Brasil (DDNM) e da Amazônia Azul Tecnologias de Defesa (AMAZUL).

Estratégia para o futuro

O projeto terá duração de três anos e buscará validar a viabilidade técnica e sustentável de um sistema de microrreatores nucleares de baixa potência  para gerar cerca de 3 MW em um container de 40 pé, projetado para ser operado/monitorado de forma remota por mais de 10 anos sem necessidade de reabastecimento. Esse tipo de reator tem o potencial de fornecer energia confiável para pequenas cidades, hospitais, fábricas e regiões isoladas, reduzindo a dependência de geradores a diesel.

Embora haja diferente projetos no exterior, como, por exemplo, o microrreator que a Westinghouse está desenvolvendo nos Estados Unidos para instalação no Canadá, ainda não há uma tecnologia consolidada nessa área. O projeto canadense, inicialmente previsto para 2027, foi adiado para 2029. No Brasil, a abordagem será diferente: o projeto não se baseia na adaptação de tecnologias estrangeiras, mas sim no desenvolvimento de uma solução totalmente nacional, fundamentada em pesquisas científicas e na experiência acumulada no setor nuclear.

Segundo o professor João Moreira, da UFABC e coordenador técnico do projeto, “não há ainda um microrreator operando no mundo com tecnologia estabelecida. Estamos desenvolvendo algo original, baseado na nossa competência técnica e industrial, aproveitando a experiência do programa nuclear da Marinha, do IPEN e do IEN. O conhecimento será produzido aqui, com insumos nacionais, para que o Brasil tenha autonomia e competitividade nesse setor estratégico”, explica.

Contribuição da CNEN

O IPEN/CNEN  atuará no desenvolvimento de materiais para o microrreator, incluindo o moderador do reator (óxido de berílio e grafita, materiais utilizados para reduzir a velocidade dos nêutrons) e o material das barras de controle (carbeto de boro). O instituto trabalhará para viabilizar a produção nacional desses insumos, garantindo um fornecimento estável e competitivo. O IPEN também poderá atuar no desenvolvimento do combustível nuclear, especialmente para pastilhas de dióxido de urânico (UO₂) de maior diâmetro, ampliando a capacidade do Brasil na fabricação desses materiais estratégicos.

De acordo com o pesquisador Jesualdo Luiz Rossi, do Centro de Ciência e Tecnologia dos Materiais do IPEN/CNEN, o projeto de microrreator se concentra no estudo de diferentes moderadores, entre eles o óxido de berílio, áreas que o instituto já teve infraestrutura para trabalhar no passado. "O envolvimento do IPEN com o berílio remonta às décadas de 1960 e 1970, quando existiam laboratórios específicos para a manipulação desse material em pó, cuja toxicidade é alta. No entanto, esse conhecimento técnico foi perdido ao longo do tempo", explica Rossi.

Diante desse cenário, segundo ele, o Instituto identificou uma oportunidade de revisitar esse conhecimento técnico. Para isso, será necessário conceber e instalar um novo laboratório com infraestrutura adequada para a manipulação segura de pós tóxicos e a obtenção de materiais em sua forma maciça. "O desafio é iniciar um novo projeto, aproveitando a experiência adquirida no passado e avançando para o futuro", acrescenta.

O IEN/CNEN  também retomará pesquisas iniciadas na década de 1970, dando continuidade ao desenvolvimento da unidade subcrítica. "O IEN já vinha trabalhando em um projeto de unidade subcrítica há muitos anos e isso foi retomado em 2018. Já temos diversos estudos nessa área, além da maioria dos equipamentos e componentes necessários para a montagem da unidade", destaca Francisco José de Oliveira Ferreira, chefe da Divisão de Engenharia Nuclear (DINUC) do Instituto.

Dr. Francisco Oliveira, pesquisador e chefe da DINUC/IEN, apresentando a ilustração do Microrreator. (Foto: Gledson Júnior/IEN/CNEN)

O desafio do IEN/CNEN será testar o comportamento dos nêutrons dentro do reator (neutrônica) e outros aspectos da física de reatores. Por meio de experimentos, o instituto buscará comprovar se os cálculos teóricos sobre o funcionamento dos núcleos reduzidos correspondem às expectativas. Além disso, o IEN/CNEN contribuirá na instrumentação, área em que possui vasta experiência. Com a atualização dos cálculos e a fabricação dos combustíveis pela INB, o próximo passo será a realização dos testes de viabilidade.

Para Adolfo Braid, coordenador do projeto e diretor da Terminus, o IPEN/CNEN poderá ampliar sua participação na construção do microrreator conforme novas demandas surgirem. “O IPEN, com sua tradição na área nuclear e colaboração histórica com a Marinha, desempenhará um papel essencial no projeto, especialmente na cadeia de suprimentos”, destaca.

Desafios do projeto

O projeto prevê a fabricação de componentes críticos do microrreator, incluindo o núcleo, refletor e barras de controle, além do sistema de transferência de calor passivo, composto por heat pipes, um dos principais desafios tecnológicos do projeto. Também estão previstos o desenvolvimento do sistema de segurança e controle do microrreator, a instrumentação e o monitoramento/controle remoto, garantindo a segurança e eficiência operacional do reator.

Os heat pipes, que removem o calor e estabilizam termicamente o reator, exigirão soluções inovadoras de engenharia. Algumas das Instituições de Ciência e Tecnologia (ICTs) envolvidas no projeto já trabalham na viabilização desse sistema, que será essencial para a confiabilidade da tecnologia.

Atualmente, o projeto se encontra no nível de maturidade tecnológica TRL 3, que corresponde à fase de modelagem matemática e estudos preliminares. O objetivo é avançar para TRL 6, nível em que a tecnologia é demonstrada em um ambiente relevante, mais próximo da aplicação prática.

Para atingir esse objetivo, serão desenvolvidas quatro Unidades de Desenvolvimento de Tecnologia (UDTs). Essas unidades permitirão testes essenciais, incluindo a operação em potência baixa, medições críticas de reatividade e a validação do sistema de transferência de calor. Além disso, será implementado um sistema de controle e proteção do microrreator, consolidando a tecnologia em um nível mais avançado e próximo da aplicação prática.

Segundo Braid, o desenvolvimento de microrreatores se baseia em conhecimento técnico acumulado ao longo de décadas em projetos nucleares brasileiros. “Quando eu vi o primeiro projeto de um microrreator, falei: ‘Isso aqui eu sei fazer’. Por quê? Porque aprendi na Marinha e no IPEN/CNEN, trabalhando nessa área”, explica.

O coordenador ainda destaca que, embora o conhecimento gerado no projeto seja uma vantagem competitiva para as empresas envolvidas, novas empresas interessadas no setor precisarão investir no desenvolvimento de suas próprias capacidades técnicas.

A gestão do projeto será um desafio, especialmente pela necessidade de coordenar diferentes universidades e institutos de pesquisa espalhados pelo país. Para garantir o acompanhamento eficiente das atividades, será adotado um software de gestão, permitindo a atualização de tarefas em tempo real e a otimização do planejamento.

Alternativa estratégica

Os MRNs garantem segurança energética, reduzem emissões de CO₂ e ampliam o acesso à eletricidade no Brasil. Esses reatores operam de forma descentralizada, sem necessidade de abastecimento frequente de combustível. São modulares, transportáveis e operáveis remotamente, o que facilita sua implementação em diferentes contextos.

Um MRN de 5 MW pode abastecer cidades de até 5 mil habitantes, atendendo 22% dos municípios brasileiros. Com múltiplas unidades, essa cobertura pode alcançar 68% das cidades do País. Em regiões com pobreza energética, os MRNs garantem infraestrutura básica e ajudam a mitigar impactos na saúde, educação e economia local.

A crescente digitalização e o avanço da inteligência artificial elevam o consumo de eletricidade dos data centers, que já utilizam entre 1% e 2% da energia global. Esse percentual pode dobrar até 2030, aumentando a demanda elétrica e as emissões de CO₂. Os MRNs oferecem uma solução confiável e contínua para alimentar essas infraestruturas, reduzindo sobrecargas na rede elétrica e diminuindo a dependência de fontes fósseis.

Contatos: jelrossi@ipen.br, francisco.ferreira@ien.gov.br

Texto: Emanuel Galdino

Bolsista BGE-DA/IPEN-CNEN