Rumo à criticalidade na indústria naval

'atingindo a criticidade': transporte marítimo dá um passo mais próximo da realidade nuclear

"Atingindo a criticidade": o transporte marítimo dá um passo mais próximo da realidade nuclear esta semana, à medida que o trabalho de viabilidade do NuProShip II da Noruega e uma série de demonstrações de reatores pequenos em outros lugares transformaram uma ideia de longa data em um programa de engenharia de curto prazo. A frase "atingir a criticidade" tem um duplo sentido aqui — na física de reatores, denota o momento em que um núcleo alcança uma reação em cadeia de fissão autossustentável e, no jargão da indústria, agora captura a mudança de projetos de laboratório e artigos conceituais para projetos que planejam protótipos, financiamento e treinamento de tripulação. Os relatórios de projetos mais recentes, subsídios governamentais e cartas privadas de intenção sugerem que o setor marítimo não está mais apenas falando sobre o nuclear como uma fantasia de descarbonização; as equipes estão testando escolhas concretas de reatores, ciclos de conversão e sistemas de buffer de energia para que os projetos possam ser licenciados, construídos e navegados nas próximas décadas.

'atingindo a criticidade': transporte marítimo mira em embarcações DP e trabalho offshore

O estudo NuProShip II afastou-se dos reatores de água pressurizada de estilo militar em direção aos reatores modulares pequenos (SMRs) de Geração IV, e testou combinações como núcleos refrigerados a gás hélio usando combustível de partículas TRISO emparelhados com ciclos de energia de CO2 supercrítico (sCO2). O resultado, dizem os engenheiros, é uma fonte de calor compacta e de alta temperatura que pode alimentar um pequeno trem de conversão de energia fabricado em fábrica. Como um reator opera de forma estável em vez de variar rapidamente, o conceito adiciona uma bateria térmica — um buffer de calor — para absorver o calor de base e fornecer picos de energia aos propulsores sob demanda, um design que permite ao navio atender aos requisitos de redundância DP2/DP3 e resposta instantânea, mantendo os sistemas de controle do reator estáveis e simples.

Escolhas de engenharia: núcleos de hélio, combustível TRISO, sCO2 e baterias térmicas

As escolhas técnicas no NuProShip II e estudos semelhantes são deliberadas e respondem às lições tanto dos reatores navais quanto do novo setor civil de SMRs. Reatores a gás de alta temperatura, refrigerados a hélio, permitem operação em menor pressão e maior eficiência térmica em comparação com a água pressurizada. O combustível TRISO — partículas revestidas de cerâmica que retêm produtos de fissão — é favorecido por seu comportamento robusto em cenários de acidentes e suas propriedades de contenção passiva. Os ciclos de CO2 supercrítico convertem calor em trabalho em um pacote muito menor do que as turbinas a vapor, reduzindo o volume abaixo do convés para equipamentos e espaços de tripulação em um casco mercante.

Quão próxima está a indústria? Pilotos, protótipos e programas nacionais de SMR

Hoje, a indústria está solidamente em uma fase de demonstração e validação precoce de design, em vez de implantação em massa. O NuProShip II produziu projetos conceituais e roteiros tecnológicos e transferirá as tarefas de industrialização para o SFI SAINT (Sustainable Applied and Industrialised Nuclear Technology), um centro de oito anos apoiado por NOK 96 milhões em financiamento público e NOK 200 milhões em compromissos da indústria para operar de 2026 a 2034. Esse financiamento destina-se a levar os conceitos técnicos em direção a protótipos de hardware, modelagem da cadeia de suprimentos e treinamento de tripulação. Se os cronogramas se mantiverem, os proponentes preveem o batimento de quilha de um primeiro navio de construção offshore movido a propulsão nuclear na década de 2030.

Fora do transporte marítimo, existem pilotos ativos terrestres e adjacentes ao setor militar que importam para os cronogramas marítimos. Projetos avançados de SMR nos EUA — Natrium da TerraPower, Hermes da Kairos Power e outros esforços de microrreatores como o Project Pele — estão avançando em estágios de demonstração ou licenciamento. Esses projetos sublinham duas realidades: reguladores e laboratórios nacionais estão sendo solicitados a se adaptar a novos combustíveis (incluindo urânio de baixo enriquecimento e alto teor, HALEU), e a cadeia de suprimentos e a capacidade de enriquecimento devem ser escaladas para que os SMRs civis e variantes marítimas se espalhem internacionalmente.

Desafios regulatórios, portuários e de seguros que permanecem significativos

A tecnologia é apenas um eixo do problema. O quadro internacional existente para navios mercantes nucleares remonta a um código de 1981 que antecede os SMRs de segurança passiva, os combustíveis TRISO e o pensamento moderno de contenção. Esse código não é adequado para os conceitos de Geração IV refrigerados a gás e fabricados em fábrica que estão sendo propostos agora. Para operar comercialmente, os navios mercantes nucleares devem superar um conjunto de obstáculos interligados: aceitação em nível de tratado internacional para escalas portuárias, regras harmonizadas das sociedades de classificação (DNV e outras já estão participando da garantia de projeto), planejamento de contingência portuária, regimes de responsabilidade e seguros que vão além da cobertura P&I comum, e aceitação pelas comunidades e autoridades locais onde os navios seriam inspecionados ou reparados.

As questões práticas incluem: qual autoridade licencia um reator de bordo — um regulador nuclear nacional, o estado de bandeira ou um regime híbrido vinculado aos padrões da IMO; como as zonas de planejamento de emergência são definidas para embarcações que podem transitar por muitas jurisdições; e como o combustível usado e os resíduos radioativos são manuseados após a retirada de serviço da embarcação. Tudo isso requer novas negociações internacionais. Sem padrões acordados e aceitação porto a porto, um navio mercante nuclear poderia ver-se limitado em onde pode atracar — um risco comercial insustentável para os armadores.

Enquadramento de segurança: o que significa 'atingir a criticidade' e como os reatores são tornados seguros no mar

Na física de reatores, "atingir a criticidade" significa que o núcleo atingiu um fator de multiplicação de nêutrons de um — cada fissão produz, em média, um nêutron que causa outra fissão — e a reação em cadeia é autossustentável. Para projetistas de navios e reguladores, o objetivo da engenharia não é evitar a criticidade — é assim que um reator produz calor — mas projetar sistemas passivos e de engenharia que tornem o comportamento do núcleo previsível, controlável e seguro em todos os cenários credíveis.

Os conceitos modernos de SMR enfatizam a segurança passiva: física e materiais que naturalmente desligam ou dissipam o calor se o refrigerante for perdido, combinados com formas de combustível como o TRISO, projetado para reter a radioatividade mesmo sob condições severas. Os projetos de bordo adicionam a herança naval (blindagem compacta, compartimentação, contenção robusta) e práticas de redundância marítima. No entanto, os compromissos de segurança devem ser examinados juntamente com os riscos de segurança física e proliferação, especialmente onde tipos de combustível ou reprocessamento poderiam alterar os fluxos de resíduos.

Por que isso importa: emissões, autonomia e oportunidade comercial

O transporte marítimo é responsável por uma parcela significativa do CO2 global e de outros poluentes. Para operações offshore, onde a logística de abastecimento e a autonomia importam, a propulsão nuclear promete zero emissões operacionais e alcance efetivamente ilimitado entre reabastecimentos — uma proposta de valor atraente para operadores que hoje utilizam frotas de geradores a diesel e transportam grandes estoques de combustível. Para a frota mercante mais ampla, o cenário é matizado: o nuclear poderia compensar os combustíveis fósseis em classes de nicho (navios de serviço offshore, quebra-gelos, balsas, possivelmente alguns navios de contêineres ou ro-ro), enquanto outros combustíveis — amônia, hidrogênio, metanol — podem dominar segmentos de curto alcance ou menor potência.

Comercialmente, o mercado para usinas de energia fabricadas em fábrica e sistemas nucleares marítimos poderia criar novas cadeias industriais e tripulações nucleares marítimas qualificadas, mas apenas se projetistas, seguradoras e estados portuários puderem concordar com padrões seguros e replicáveis, e se os investidores puderem ver um caminho para projetos financiáveis em vez de protótipos isolados.

O que vem a seguir e um cronograma realista

Espera-se que a atividade acelere no final da década de 2020 e na década de 2030. O NuProShip II fará a transição para a industrialização no SFI SAINT em 2026, as demonstrações nacionais de SMR prosseguirão com o trabalho de licenciamento e fornecimento de combustível e, se os primeiros protótipos forem construídos, serão classificados e inspecionados sob regras atualizadas que a indústria e os reguladores precisarão negociar em paralelo. Conservadoramente, o primeiro navio mercante nuclear de alto-mar ou embarcação de construção offshore seria um navio da década de 2030 — não porque a física seja nova, mas porque o acesso aos portos, os marcos legais, a logística de combustível e o consentimento público devem ser resolvidos primeiro.

Fontes

• The Information Technology and Innovation Foundation (relatório ITIF sobre Reatores Modulares Pequenos)
• Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) / materiais do projeto NuProShip II e anúncios de financiamento do SFI SAINT
• Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) orientações regulatórias e de SMR
• Laboratório Nacional de Idaho (INL) e programas técnicos e de demonstração do Departamento de Energia dos EUA