Energia de tório na Rússia e o futuro da supertecnologia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Valery Konstantinovich Larin, um dos maiores especialistas mundiais em energia de tório, membro do conselho de especialistas da revista Rare Lands, Doutor em Ciências Técnicas, ex-CEO de várias das maiores empresas da Sredmash, no código de confiança, novo oportunidades no desenvolvimento do Ártico, evolução e futuro brilhante da energia nuclear, que não pode ser imaginado sem o uso de um elemento único - o tório.

O que é tório? Quais são seus prós e contras? Por que o tório já é escolhido em outros países? chamadas finais antes do grande espetáculo, para o qual talvez não recebamos um convite se hoje perdermos a chance de criar uma supertecnologia de tório para a nova era tecnológica.

Tório como alternativa ao urânio

O tório é várias vezes mais abundante na crosta terrestre do que o urânio natural. O tório e um dos isótopos nele presentes, o urânio-232, podem ser uma fonte bastante eficaz de energia nuclear, em vez do combustível amplamente usado baseado no 235º isótopo do urânio. A energia do tório tem uma série de vantagens colossais. Quais? Em primeiro lugar, segurança: não há excesso de reatividade em um reator que usa tório como bateria. Esta é uma garantia de não repetição de desastres terríveis como Three Mile Island na América, como Chernobyl, como Fokushima. Até o acadêmico Lev Feoktistov escreveu que qualquer reator nuclear operando na configuração e tecnologia atuais tem um excesso de atividade louca. Na verdade, existem várias dezenas ou mesmo centenas de bombas em um reator, o que nos obriga a tomar medidas muito sérias de proteção: armadilhas, projetos especiais e assim por diante, o que, é claro, aumenta muito o custo de produção e manutenção. A segunda vantagem da energia de tório é que não há problemas com o descarte de resíduos. Somos forçados a recarregar o combustível nos atuais reatores VVER a cada um ano e meio. São 66 toneladas de substância ativa, que devem ser carregadas uma vez. Além disso, o grau de esgotamento não é tão alto, há muitos resíduos deixados, o que está repleto de uma série de dificuldades. Quero dizer, a eliminação secundária de elementos ativos, o plutônio é produzido em grandes volumes. A energia do tório não tem tudo isso. Por quê? O tório tem uma meia-vida muito mais longa - na prática, dez anos ou mais. Isso fornece um uso mais eficiente, custos mais baixos para descarregar e descarregar, fator de capacidade aumentado e assim por diante. Sim, deve-se admitir que devido à meia-vida diferente do tório, outros actinídeos, mais ativos, se formam, mas no estágio atual este problema é bastante solucionável. Mas também há grandes vantagens. Concordo, há uma diferença: um ano e meio e dez anos?

O principal mineral que contém o tório é a monazita, que contém terras raras. Portanto, quando falamos de tório como combustível para energia futura, como a próxima etapa no desenvolvimento da energia nuclear, vamos naturalmente falar sobre o processamento complexo de matérias-primas de monazita e a separação de terras raras - isso essencialmente faz uso de tório comercialmente mais econômico e atraente. Existe um potencial muito sério para o desenvolvimento da energia, da economia e da indústria de mineração. O tório é encontrado na Rússia na forma de areias monazíticas. Esta tecnologia deve ser desenvolvida industrialmente, testada e, o mais importante, econômica. Tudo pode ser feito em laboratório.

O problema de encontrar depósitos de tório é semelhante ao problema de encontrar depósitos de metais de terras raras - sua capacidade de concentração é fraca e o tório é muito relutante em se acumular em quaisquer depósitos significativos, sendo um elemento muito espalhado da crosta terrestre. O tório está presente em pequenas quantidades no granito, solo e solo. O tório geralmente não é extraído separadamente; ele é recuperado como um subproduto durante a mineração de elementos de terras raras ou urânio. Em muitos minerais, incluindo a monazita, o tório substitui facilmente o elemento terra rara, o que explica a afinidade do tório com as terras raras.

Tório(Tório), Th é um elemento químico do III grupo do sistema Periódico, o primeiro membro do grupo dos actinídeos. Em 1828, analisando um mineral raro encontrado na Suécia, Jens Jakob Berzelius descobriu um óxido de um novo elemento nele. Este elemento foi denominado tório em homenagem ao todo-poderoso deus escandinavo Thor (Thor é um colega de Marte e Júpiter, o deus da guerra, do trovão e do relâmpago). Berzelius não conseguiu obter tório metálico puro. Uma preparação pura de tório foi obtida apenas em 1882 por outro químico sueco, o descobridor do escândio, Lars Nilsson. A radioatividade do tório foi descoberta em 1898 independentemente um do outro simultaneamente por Maria Sklodowska-Curie e Herbert Schmidt.

Precisamos desenvolver nossa própria produção

Ao mesmo tempo, relatórios foram escritos para Efim Pavlovich Slavsky e Igor Vasilyevich Kurchatov de que era necessário mudar para o ciclo de tório. E a engenharia de energia de tório foi realizada experimentalmente: reatores estavam operando em Mayak e na Alemanha. Mas, ao mesmo tempo, era necessário desenvolver uma direção militar relacionada à energia e, consequentemente, trabalhar com o plutônio, e o programa de tório foi congelado. Portanto, a decisão, que foi tomada pelo nosso Presidente, de que é preciso começar a trabalhar nessa direção, fortalecer e, talvez, até mesmo acelerar, é muito acertada e oportuna. Hoje, ninguém vai nos dar uma segunda chance. A China, a Índia e os países escandinavos têm um programa de tório muito sério. Logo todos irão tão longe que não alcançaremos ninguém. A China foi tão longe no desenvolvimento da indústria de terras raras com sua própria base de minério que não vamos assustar a China com isso hoje. Podíamos alcançar a China e tínhamos que fazer de tudo para que a China de nós, pelo menos um passo, dois ficasse em segundo plano na engenharia nuclear, nas tecnologias nucleares. Mas, infelizmente, aqui também estamos cedendo. A China está ansiosa por entrar no mercado com seus reatores nucleares, com tecnologia própria. E posso garantir que, pela posição que ocupamos agora, vamos perder essa luta.

Já estão oferecendo reatores de baixa potência e, infelizmente, vão industrializar as usinas flutuantes mais rápido do que nós - nossos camaradas ministeriais estão muito interessados nesses reatores, em vez de desenvolver sua própria produção. Precisamos nos desenvolver. Por exemplo, reatores a gás, reatores resfriados a gás de alta temperatura são, de fato, uma direção muito promissora. Mas, por alguma razão, também fazemos isso muito devagar, timidamente, inerte.

Infelizmente, ao longo da década de 1990, fomos dominados pela ideologia de que é mais fácil e mais barato comprar terras-raras, por exemplo, na China, do que fazer nosso próprio produto.

Quanto custa o novo combustível?

Os produtores são conservadores. E seu conservadorismo é justificado. A filosofia do trabalhador da produção é clara: eu tenho uma produção funcionando bem, eu trabalho, sou responsável pelo plano, pela produção, pelas pessoas que trabalham. Qualquer inovação me traz riscos. Riscos de algo novo, que deve ser experimentado e, ao mesmo tempo, alguns defeitos, sobreposições, etc. são sempre possíveis. Eu preciso disso? Prefiro viver em paz. Portanto, o conflito de tais interesses: o desenvolvimento, a promoção do novo e a visão de um trabalhador da produção conservador, sempre foi, é e será. Outra coisa é que é preciso superá-lo racionalmente.

Hoje, existem variedades de combustível de urânio: nitreto, cerâmica, combustível com adição de terras raras. Um grande número de opções. E isso é feito sem nenhum custo, sem nenhum dinheiro? Absolutamente não. Para obter um novo combustível a base de tório, é necessário desenvolver uma tecnologia de fabricação desses materiais. E antes de dizer que a energia do tório é muito mais cara do que o urânio, precisamos fazer uma coisa simples - uma análise econômica comparativa. Por exemplo, se um fundido de fluoreto de tório é usado como combustível para um reator, parece-me que não é tão caro obter fluoretos de tório. Se recebermos combustível na forma de elementos esféricos - esta é a segunda opção, cerâmica - a terceira opção. Aliás, estamos falando aqui, em primeiro lugar, de matéria-prima, de monazita, e a questão do preço será determinada levando em conta a complexidade do uso. Ou seja, a extração de toda a quantidade de terras raras, urânio e zircônio da monazita - tudo isso reduzirá seriamente o custo de produção de combustível à base de tório.

Um pouco sobre reatores rápidos. Não importa por qual tecnologia, em qual reator, em qual versão de design para usar nêutrons rápidos, acenda um material natural - em uma ou outra quantidade, resíduos ainda serão gerados. E o lixo deve ser reciclado. Se falamos da pureza da metodologia e dos conceitos, como tal não existe um ciclo fechado e nem pode haver. Mas na opção de energia de tório haverá menos resíduos ativos que precisam ser reciclados.

Estou convencido de que, em qualquer caso, iremos gradualmente mudar para a energia do tório, especialmente porque as últimas pesquisas e cálculos feitos por físicos da Universidade Politécnica de Tomsk, cálculo teórico do núcleo, mostram que uma transição evolutiva para a energia do tório é possível em relação à luz - reatores de água. Isto é, não imediatamente uma revolução, mas uma transferência gradual do núcleo dos reatores de água leve existentes com uma substituição parcial do núcleo do combustível de urânio para o tório.

Antes de pendurar selos de que isso é ruim e isso é bom, você precisa lidar seriamente com o negócio real. Digamos que façamos algumas barras de combustível e executemos tudo em bancadas de teste. Remova todas as características da física nuclear. Muita pesquisa precisa ser feita e de longo prazo. E quanto mais atrasamos, argumentando que é difícil e difícil, mais ficaremos para trás no desenvolvimento. Você precisa fazer tudo na hora certa. Ao mesmo tempo, a Sredmash estava envolvida nisso, recebia tório metálico em nossas empresas e essas tecnologias estavam disponíveis. É preciso levantar experiências antigas, relatos antigos, provavelmente estão todos preservados no arquivo, e os especialistas irão encontrá-los. Levando em consideração o que já foi feito e as novas oportunidades, é preciso dar continuidade a tudo isso.

Alguns depósitos de tório na Rússia:

• Tugan e Georgievskoe (região de Tomsk)

• Ordynskoe (região de Novosibirsk)

• Lovozerskoe e Khibinskoe (região de Murmansk)

• Ulug-Tanzekskoe (República de Tyva)

• Kiyskoe (Território Krasnoyarsk)

• Tarskoe (região de Omsk)

• Tomtorskoe (Yakutia)

Tório para o Ártico e além

Há uma grande necessidade de usinas móveis e estacionárias em série de ultrabaixa e baixa potência (de 1 a 20 MW), que possam ser utilizadas como fontes de energia e calor no desenvolvimento dos territórios do norte, no desenvolvimento de novos depósitos ali, bem como no fornecimento de eletricidade a guarnições militares remotas e grandes bases navais nas frotas do Norte e do Pacífico. Essas instalações devem ter o maior período de operação possível sem recarga de combustível nuclear, durante seu funcionamento não devem acumular plutônio, devem ser de fácil manutenção. Eles não podem operar no ciclo urânio-plutônio, porque o plutônio se acumula durante seu uso. Nesse caso, uma alternativa promissora ao urânio é o uso de tório.

O problema de energia no Ártico é o problema número um. E isso deve ser tratado com absoluta clareza. Agora mesmo, em Zhodino, nossos queridos amigos bielorrussos fizeram o maior BelAZ do mundo, com uma capacidade de carga de 450 toneladas. Para que este "BelAZ" funcione normalmente, todos os seus rodados são acionados separadamente, existe um motor separado para cada roda. Mas para obter eletricidade, existem dois enormes motores diesel que movem geradores elétricos, eles distribuem tudo para esses motores elétricos. Vamos fazer um pequeno reator de tório, e ele não precisa ser instalado diretamente neste BelAZ. Você pode fazer opções diferentes. Por exemplo, seria muito eficiente usar reatores de tório de baixa potência para a produção de hidrogênio. E transfira todos os motores para hidrogênio. Nesse sentido, teoricamente, obtemos uma imagem brilhante, porque, quando queimamos hidrogênio, obtemos água. Energia absolutamente "verde" com a qual todos sonham. Ou faremos usinas nucleares baseadas em reatores de baixa potência. Com o maior desenvolvimento e exploração do Ártico, reatores locais móveis, instalações de reatores de baixa potência darão, do meu ponto de vista, um efeito econômico nacional louco. Apenas louco. Eles devem ser exatamente móveis, locais, móveis. E eu acho que não é tão difícil fazer reatores de baixa potência em tório com um período de reabastecimento de dez anos ou mais no Ártico. Sim, é possível fazer reatores de baixa potência usando as tecnologias existentes: vamos pegar os reatores que temos na Marinha, nos submarinos e nos navios de propulsão nuclear. Vamos colocá-los. Vamos começar a explorar. Tudo isso pode ser feito. Mas as dificuldades de operação e descomissionamento, carregamento, descarregamento e remoção nas condições adversas das latitudes norte complicarão muito o uso deste tipo de instalação.

Outro exemplo ilustrativo. Nas enormes pedreiras Yakut de Alrosa, nas subdivisões de mineração de Lebedinsky GOK, na extração de minério de ferro, usamos BelAZ ou Caterpillars para serviços pesados, e há um grande problema de arejar as pedreiras devido às emissões de escapamento e após grandes explosões para quebrar o minério. O que é aplicado? Até motores de helicópteros de aeronaves, mas eles também funcionam com combustível fóssil, querosene, etc., por sua vez, ocorre a poluição secundária da pedreira. Ao mudar para veículos com reatores baseados em tório, não há necessidade de ventilar fossas abertas, depósitos de combustível e lubrificantes não são necessários, etc.

É um choque para mim quando a Rússia, o sucessor legal da União Soviética, é incapaz de fornecer à sua indústria nuclear um componente natural, matérias-primas de urânio. Eu não entendo isso, mas fui criado em uma escola antiga e não trabalhava em lugar nenhum, exceto em Sredmash. Não é brincadeira, há algum tempo, a julgar pelas fontes oficiais da Rosatom, fomos obrigados a comprar matéria-prima na Austrália.

As empresas russas, dizem eles, não são lucrativas, mas, neste caso, por que empresas semelhantes na Ucrânia, onde também a mineração subterrânea e o conteúdo de metal no minério semelhante ao nosso, são lucrativas? Provavelmente, a necessidade veio, o estado precisa ter reservas estaduais de materiais estratégicos para o desenvolvimento da energia nuclear, assim como para a indústria em geral. Levando em consideração esses truques que estão acontecendo (sanções, etc.), a qualquer momento podemos ser colocados em uma posição de dependência muito, muito desconfortável.

Onde se trata de questões de princípio, de segurança do Estado, não só do ponto de vista da capacidade de defesa, a segurança do Estado é um conceito amplo e amplo, e não se trata apenas de armas. São alimentos e outras coisas estratégicas.

Onde fica a sede de analistas e especialistas?

Parece-me que em qualquer ministério deveria haver uma espécie de quartel-general de analistas, assessores, cardeais cinzentos, se quiser, chame-os do que quiser, que deveriam analisar uma grande quantidade de informações e separar o joio do trigo, definindo a estratégia de desenvolvimento. Infelizmente, especialmente hoje, muitas vezes as decisões são tomadas sem uma análise adequada. A liderança da indústria deve estar envolvida em análises e planejamento estratégico, entender claramente em que direção a indústria se desenvolverá mais. E isso deve ser baseado nas análises certas.

A má notícia é que realmente nos esquecemos do conceito de “metais críticos”, daquilo que é necessário para o desenvolvimento da indústria nuclear, para o seu funcionamento ininterrupto. No meu entendimento, ítrio, berílio, lítio são extremamente necessários, um grupo meio pesado é extremamente necessário - estes são neodímio, praseodímio, disprósio. Esses elementos são realmente necessários para os próximos 5-10-15 anos. Sim, determinamos que precisamos desses elementos. Vou fazer uma pergunta simples: senhores patrões, senhores tecnólogos, recebemos esses elementos. O que vamos fazer com eles? Temos uma indústria secundária pronta para fazer produtos a partir desses elementos? Quem o fará se houver essas empresas? Em primeiro lugar, eles podem nos dizer que sim, fizemos protótipos. A questão é diferente. Você fez algo competitivo? Este produto é russo e será um produto com características melhores do que o alemão, e assim por diante? É como uma TV. Para você, consumidor, colocaremos uma TV russa e uma japonesa. Tenho certeza que você vai comprar japonês. Essa é a questão - a indústria está pronta para usar as terras raras corretamente e na direção certa. Estamos prontos para torná-los um produto competitivo ou produzimos terras-raras para vender no mercado? A China com nossas terras raras não nos deixará entrar no mercado. Há uma série de problemas que devemos resolver de forma abrangente, mas estamos apenas declarando.

Mas muito pior é o envelhecimento do pessoal, o potencial do ministério, da estatal. E isso, infelizmente, fica especialmente evidente na divisão de matérias-primas. E a divisão de matérias-primas é a espinha dorsal. Se você não tiver as matérias-primas, não haverá nada com que fazer algo. O ferro pode ser construído, mas como o ferro pode ser alimentado? Não estamos dizendo em vão que precisamos pensar e considerar a variedade de fontes de matérias-primas, incluindo o tório. Junto com isso, não se deve esquecer do urânio, não se deve esquecer as reservas acumuladas (componente natural 238 em várias formas). Tudo isso deve ser usado em um segmento estreitamente focado, competente, normal, aterrado, em diferentes versões. Você não pode enviar um graduado de Harvard para uma mina, ou um advogado para uma oficina metalúrgica. Eles não irão para lá. E quem treina esses especialistas agora? Nos Urais, havia toda uma indústria ligada diretamente ao Ministério da Construção de Médias Máquinas, a engenharia química. As fábricas de engenharia química mais poderosas dos Urais.

Prós de usar tório:

+ Lucratividade. O tório precisa de cerca da metade do urânio para produzir a mesma quantidade de energia.

+ Segurança. Reatores nucleares movidos a tório são mais seguros do que reatores movidos a urânio porque os reatores de tório não têm margem de reatividade. Portanto, nenhum dano ao equipamento do reator é capaz de causar uma reação em cadeia descontrolada.

+ Conveniência. Com base no tório, é possível criar um reator que não requer reabastecimento.

Três desvantagens de usar tório:

- O tório é um elemento espalhado que não forma seus próprios minérios e depósitos, sua extração é mais cara do que o urânio.

- Abrir a monazita (um mineral que contém tório) é um processo muito mais complexo do que abrir a maioria dos minérios de urânio.

- Não existe uma tecnologia bem estabelecida.

É uma coisa paradoxal - hoje nenhuma universidade na Rússia treina especialistas em engenharia química. E como os dispositivos serão projetados em geral sem especialistas? Os velhos vão embora. Traga uma amostra para VNIIKhT agora, não há ninguém para cortá-la. Se eu estiver errado, escreva que Valery Konstantinovich está errado. Isso será correto e correto. Aqui informamos que tal e tal universidade se prepara. Ficarei feliz por ter me enganado, sinceramente feliz. Digo isso por experiência própria. Estive recentemente nos Urais e encontrei-me com pessoas que trabalham nesta indústria, estas são as suas palavras. Eles me disseram: "Em cinco anos, você pode esquecer que existia uma indústria chamada engenharia química na Rússia."São pessoas com experiência na concepção e criação de dispositivos para a engenharia química: secadores especiais, fornos especiais, unidades para decomposição, para decomposição química. Este é um ramo especial da tecnologia que envolve o trabalho com ácidos, em condições térmicas, em vasos de pressão.

Onde mais o tório é usado?

1 O óxido de tório é usado para a produção de cerâmicas refratárias.

2 O tório metálico é usado para ligas de ligas leves, que são especialmente amplamente utilizadas na aviação e na tecnologia de foguetes.

3 Ligas multicomponentes à base de magnésio contendo tório são usadas em peças de motores a jato, projéteis guiados, equipamentos eletrônicos e de radar.

4 Thorium é usado como um catalisador em síntese orgânica, craqueamento de óleo, síntese de combustível líquido de carvão e hidrogenação de hidrocarbonetos.

5 Thorium é usado como um material de eletrodo para alguns tipos de tubos de vácuo.

Por que você precisa de um diretor?

Fui o diretor geral das três maiores empresas da Sredmash. Tenho orgulho disso e sei como foi construída a relação entre mim, como diretor da empresa, chefe do conselho central e o ministro. Tomei decisões dentro do quadro de financiamento e competência que possuía. E eu era o responsável por isso. Tomamos decisões, fizemos testes. Justificado? sim. Mas nós conseguimos. Então, com base em tudo isso, justificamos e provamos a necessidade de tais decisões. Precisamos fazer isso, precisamos implementar, está na lógica do desenvolvimento da indústria, é necessário e assim por diante. Agora todos estão esperando o time de Moscou, o que devemos fazer?

Qualquer sistema de relacionamento, qualquer sistema na indústria, na economia nacional e em qualquer outro lugar - este é um sistema de confiança. Se você colocar o diretor, então a) significa que você confia nele, b) se você confia nele, você dá a ele uma certa estrutura para flutuar livremente. Mas o diretor, o comandante, que é responsável pela produção, pelas pessoas, pelas medidas de segurança, pelo cumprimento do plano, por um milhão de todas as funções, não pode ligar constantemente de Moscou e repreender: “não faça isso, don olha aqui, não vai ali”. Se algo acontecer na produção, o diretor será o responsável, e não aquele que o retirar de Moscou. Agora o diretor do empreendimento, com licença, não pode comprar sabonete. Tudo passa por Moscou, por meio de licitações. Mas se sim, por que você precisa de um diretor? Remova-o e comande de Moscou o que precisa ser feito.

É questão de tempo

Cientistas que estão seriamente envolvidos em reatores rápidos estão bem certos de que a partida real está programada para 2030. Antes, ninguém planeja nada. Existem muitos problemas. O chumbo derretido é um líquido corrosivo. O fluxo de chumbo nos tubos de resfriamento é uma questão de questões: o que acontece na interface, quais são as características das camadas limite, como a transferência de massa e a transferência de calor mudam, questões, questões, questões. O fato é que as camadas limite têm propriedades físico-químicas completamente diferentes, existem coeficientes de transferência de massa, transferência de calor, etc. completamente diferentes. O chumbo deve ser de uma certa qualidade, com o teor de oxigênio necessário. Existem muitas perguntas. Existem respostas para essas perguntas? Não sei. Precisamos de números, cálculos.

Quanto ao tório, tudo depende de como o organizamos, de como o fazemos de forma construtiva, que tipo de logística e de quem vai gerir o projecto. Se conseguirmos fazer isso com competência, selecionaremos especialistas apaixonados pela ideia de energia de tório, alocaremos financiamento, um reator de pesquisa especial só para esses fins, com produção de combustível, acho que atenderemos à prática resultar em um tempo bastante curto, como era nas décadas de quarenta e cinquenta … Os laboratórios já realizaram parte significativa dos trabalhos de física do núcleo, do processamento da monazita com liberação seletiva de tório e da produção de terras raras. Tudo o que foi feito antes deve ser acumulado, analisado e reunido no âmbito do grupo de trabalho sobre o desenvolvimento da energia do tório. E trabalhar.