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O texto seguinte servirá de base para responder às questões de 1 a 8.

Centro de pesquisa brasileiro desenvolve protótipo de bateria nuclear

Imagine um telefone celular cuja bateria dure anos e não precise ser plugado na tomada para recarregar. Ou um drone capaz de voar indefinidamente sobre a Amazônia, registrando focos de desmatamento e de mineração ilegal. Situações como essas poderão se tornar realidade, em algum tempo, com o início da produção comercial de novos sistemas de armazenamento de energia que usam material radioativo para gerar eletricidade ininterruptamente, por dezenas ou centenas de anos.

Uma das inovações foi revelada no começo do ano pela startup chinesa Betavolt. A empresa desenvolveu uma bateria nuclear que poderá gerar energia por 50 anos sem necessidade de recarga. O dispositivo mede 15 milímetros (mm) de comprimento, por 15 mm de largura e 5 mm de espessura e opera a partir da conversão da energia liberada pelo decaimento de isótopos radioativos de níquel (Ni-63). Com 100 microwatts (µW) de potência e 3 volts (V) de tensão elétrica, o módulo é um projeto-piloto. A Betavolt planeja colocar no mercado em 2025 uma versão mais potente da bateria, com 1 watt (W). Ela tem função modular e, de acordo com a startup, poderá ser empregada em série para energizar drones ou celulares.

O Brasil tem estudos na área. Uma equipe do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), uma unidade técnico-científica da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), com sede em São Paulo, apresentou no fim de 2023 o primeiro protótipo de uma bateria nuclear termelétrica feito no país. O princípio de funcionamento do dispositivo, também conhecido como gerador termelétrico radioisotópico (RTG), é diferente do sistema da Betavolt: uma corrente elétrica é produzida a partir da conversão do calor gerado pela desintegração de um isótopo de amerício (Am-241). No módulo chinês, partículas beta (elétrons) transformam-se em corrente elétrica por meio de um sistema conversor específico.

O processo de decaimento ou desintegração radioativa ocorre quando o núcleo instável de um elemento químico se transforma no núcleo de outro elemento, que tem menos energia. O processo libera radiação eletromagnética e pode emitir partículas. Esse fenômeno é caracterizado pela meia-vida, que é o tempo necessário para que metade dos átomos do isótopo radioativo presente em uma amostra se desintegre.

"Durante nosso desenvolvimento, tivemos que dimensionar um módulo gerador termelétrico, responsável por converter a energia térmica em elétrica", explica o engenheiro químico e doutor em tecnologia nuclear Carlos Alberto Zeituni. Ele é o gerente do Centro de Tecnologia das Radiações (Ceter) do Ipen, uma das unidades envolvidas no projeto − a outra é o Centro de Engenharia Nuclear (Ceeng).

A principal vantagem das baterias nucleares é a possibilidade de fornecer carga durante um longo período de tempo. "Uma bateria química convencional dura cinco anos, enquanto uma de lítio chega a 10 anos. As nucleares podem ter duração de 50, 100 anos ou mais, dependendo do material radioativo utilizado. A nossa, estimamos que vá durar mais de 200 anos", diz Zeituni.

O Ipen não mediu a potência do módulo, cuja tensão elétrica é de apenas 20 milivolts (mV). O próximo passo, segundo o centro, é construir uma versão com 100 miliwatts (mW) de potência, capaz de controlar uma estação meteorológica remota − a tensão dependerá do termelétrico empregado. A pesquisa, iniciada há dois anos, vem sendo financiada por uma empresa nacional interessada em comercializar a tecnologia. Por contrato, seu nome não pode ser revelado.

Para criar o módulo, os pesquisadores do Ipen utilizaram 11 fontes de amerício que eram originalmente empregadas em equipamentos de medição de espessura de chapas. Para eliminar o risco de vazamento do material radioativo, as fontes foram empilhadas e encapsuladas em um tubo de alumínio.

"O parâmetro inicial de todo o projeto nuclear tem que ser a segurança. A bateria só será comercializada quando houver garantia de que o risco de vazamento é nulo. Por isso, vamos usar um duplo ou triplo encapsulamento do material radioativo e realizaremos testes de impacto e de quebra", esclarece o engenheiro mecânico Eduardo Lustosa Cabral, pesquisador do Ceeng que participa do projeto.

Retirado e adaptado de: VASCONCELOS, Yuri. Centro de pesquisa brasileiro desenvolve protótipo de bateria nuclear. Revista Pesquisa FAPESP.

Disponível em: https://revistapesquisa.fapesp.br/centro-de-pesquisa-brasileiro-desenvo lve-prototipo-de-bateria-nuclear/ Acesso em: 01 abr., 2024.