Projeto do microrreator nuclear brasileiro dá a partida, com participação do IEN/CNEN

Aprovado em março de 2025 para apoio financeiro pela Finep por meio do programa “Finep Mais Inovação – Energias Renováveis/Sustentáveis”, o projeto do microrreator nuclear brasileiro dá os seus primeiros passos. O empreendimento é liderado pelas empresas privadas Diamante Energia e Terminus P&D em Energia e pela estatal Indústrias Nucleares do Brasil (INB), contando com a participação destacada do Instituto de Engenharia Nuclear (IEN/CNEN) e do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN). Também integram a parceria a Amazônia Azul Tecnologias de Defesa S.A. (AMAZUL), a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), a Universidade Federal do ABC (UFABC), a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), o Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL), a Diretoria de Desenvolvimento Nuclear da Marinha (DDNM) e o Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo (CTMSP).

“O IEN tem papel central na execução do projeto,” afirma a pesquisadora do Instituto, Maria de Lourdes Moreira. “Nessa etapa, cabe ao IEN a implantação, comissionamento e operação da Unidade Crítica, que está sendo implantada a prédio do Reator Argonauta, localizado no Instituto. Essa unidade servirá para experimentos neutrônicos e de segurança, com acompanhamento da Autoridade Nacional de Segurança Nuclear (ANSN). O IEN também realizará testes de reatividade e calibração, apoiará o projeto neutrônico e mecânico, participará do desenvolvimento dos sistemas de proteção e controle e manterá interface técnica e regulatória com a ANSN durante o processo de licenciamento”, reforça a pesquisadora.

O coração do projeto

O conceito em desenvolvimento é o de um microrreator sólido de cerca de cinco megawatts térmicos (MWt), com refrigeração do núcleo por tubos de calor (“heat pipes”) e uso de combustível nuclear fabricado pela INB, similar ao utilizado nas usinas nucleares atualmente em operação no Brasil. Essa potência é adequada para fornecer energia elétrica e térmica a pequenas comunidades, hospitais, instalações industriais e regiões remotas, com alta confiabilidade, baixo impacto ambiental e emissão zero de carbono.

Os tubos de calor têm em seu interior um fluido, mas comumente sódio (Na) ou liga eutética (sódio-potássio, NaK), devido à sua alta condutividade térmica, baixo ponto de fusão e ampla faixa de operação líquida. Ainda não foi definido qual fluido será adotado no projeto nacional.

O processo de transferência de calor ocorre em três etapas cíclicas:

• (1) Evaporação - o calor proveniente do núcleo do reator é absorvido pelo fluido de trabalho dentro do tubo, que evapora (mudança de fase líquido → vapor).
• (2) Transporte de vapor - o vapor, rico em energia térmica, se desloca rapidamente até a região mais fria do tubo, carregando a energia calorífica quase isotermicamente (quase que à mesma temperatura).
• (3) Condensação e retorno capilar - na extremidade fria, o vapor condensa, liberando o calor para o sistema de conversão de energia (gerador termoelétrico, radiador, ou trocador de calor). O líquido resultante é então retransportado pela estrutura capilar de volta à zona quente – completando o ciclo. Esse retorno ocorre puramente por capilaridade, sem partes móveis. A força capilar gerada pelos microporos da malha ou estrutura sinterizada (pó compactado) vence a gravidade e a pressão, garantindo o ciclo fechado contínuo.

Para a conversão final de energia térmica em elétrica, estão sendo analisadas duas alternativas:

• (1) Ciclo Brayton fechado - O calor liberado pelo tubo de calor aquece um fluido gasoso pressurizado [geralmente hélio (He) ou dióxido de carbono (CO₂) à beira da ebulição] em um trocador de calor. O gás quente se expande em uma microturbina, acionando um gerador elétrico. Em seguida, o gás é resfriado e comprimido novamente, fechando o ciclo.
• (2) Ciclo Stirling - O calor dos tubos de calor aquece um cilindro selado contendo gás (hélio ou hidrogênio). O gás é ciclicamente aquecido e resfriado, movendo um pistão que aciona um gerador elétrico linear. O sistema opera de forma fechada, silenciosa e sem combustão.

Gargalos tecnológicos

O desenvolvimento de microrreatores enfrenta ainda alguns gargalos tecnológicos, entre eles:

• Licenciamento - as normas atuais foram criadas para grandes usinas e ainda precisam ser adaptadas a reatores pequenos, transportáveis ou móveis;
• Custos e escala - para competir com outras fontes de energia, os microrreatores precisam ser produzidos em série, algo que ainda inexiste;
• Segurança física e digital - projetos com operação remota ou autônoma exigem forte proteção contra riscos externos e ataques cibernéticos;
• Refrigeração por tubos de calor - Apesar de simples e passivos, esses sistemas enfrentam limites operacionais – como acúmulo de gases, saturação do fluido interno e perda de eficiência em certas orientações –, o que ainda requer testes e validações adicionais para assegurar confiabilidade no longo prazo.

Mais segurança

Por outro lado, a ciência tem avançado significativamente para tornar os microrreatores mais seguros e eficientes por meio de:

• Sistemas passivos – capazes de resfriar o reator naturalmente, sem depender de energia externa.
• Novos combustíveis - destaque para o TRISO (TRIstructural-ISOtropic fuel), um combustível nuclear formado por partículas de urânio revestidas por múltiplas camadas protetoras que contêm os produtos da fissão e aumentam a segurança mesmo em condições extremas.
• Testes experimentais avaliam a eficiência da refrigeração por tubos de calor e o desempenho de combustíveis avançados como TRISO e HALEU (acrônimo para High-Assay Low Enriched Uranium, urânio pouco enriquecido de alto teor) sob altas temperaturas e situações extremas.
• Simulações avançadas reproduzem cenários de falha, transporte e riscos cibernéticos, permitindo corrigir vulnerabilidades e aperfeiçoar os projetos de microrreatores, tornando-os mais seguros.
• Trabalho conjunto - reguladores, indústria e centros de pesquisa trabalham conjuntamente para adaptar as normas de segurança à realidade dos microrreatores, mantendo o rigor necessário

Horizonte do projeto

O cronograma total do projeto nacional é de 36 meses (três anos). Ao final desse período, está prevista a demonstração experimental das principais tecnologias do microrreator e a obtenção das primeiras autorizações regulatórias junto à ANSN.  

É a pesquisadora do IEN/CNEN, Maria de Lourdes Moreira, quem resume o significado do empreendimento: “o projeto do microrreator brasileiro representa um marco de ousadia e confiança na capacidade da engenharia nacional. Reunindo competências consolidadas na área nuclear, o país demonstra maturidade tecnológica para enfrentar desafios de fronteira. Alinhado à política de reindustrialização e soberania tecnológica do atual governo, o microrreator simboliza uma nova etapa da inovação energética brasileira – sustentável, estratégica e plenamente nacional.”

Escrito por: Henrique Davidovich (Setcos/ IEN)