Nearly everyone in the world is part of some community, whether large or small. And all of these communities have similar needs. They need light, they need heat they need air-conditioning. People can't function very well when it's too hot or too cold. They need food to be grown or provided, distributed and stored safely. They need waste products to be collected, removed and processed. People in the community need to be able to get from one place to another as quickly as possible. And a supply of energy is the basis for all of these activities. Energy in the form of electricity provides light and air-conditioning. Energy in the form of heat keeps us warm. And energy in chemical form provides fertilizer; it drives farm machinery and transportation energy.
Quase todo mundo é parte de uma comunidade, seja grande ou pequena. E todas essas comunidades têm necessidades similares. Elas precisam de luz, calor, condicionadores de ar. As pessoas não funcionam tão bem quando está muito quente ou muito frio. Precisam de alimento para ser cultivado ou provido, distribuído e armazenado. Precisam que os resíduos sejam coletados, removidos e processados. As pessoas precisam se locomover de um ponto a outro de forma ágil. E um suprimento de energia é a base para todas essas atividades. Energia na forma de eletricidade fornece luz e condiciona o ar. Energia na forma de calor nos mantém aquecidos. E energia em forma química fornece fertilizantes; direciona o maquinário agrícola e a energia de transporte.
Now, I spent 10 years working at NASA. In the beginning of my time there in 2000, I was very interested in communities. But this is the kind of community I was thinking of -- a lunar community It had all of the same needs as a community on Earth would have, but it had some very unique constraints. And we had to think about how we would provide energy for this very unique community. There’s no coal on the Moon. There's no petroleum. There’s no natural gas. There's no atmosphere. There’s no wind, either. And solar power had a real problem: the Moon orbits the Earth once a month. For two weeks, the sun goes down, and your solar panels don't make any energy. If you want to try to store enough energy in batteries for two weeks, it just simply isn't practical. So nuclear energy was really the only choice.
Eu passei dez anos trabalhando na NASA. No começo da minha carreira nos anos 2000, eu era muito interessado por comunidades. Mas esse era o tipo de comunidade que tinha em mente: uma comunidade lunar. Possuía todas as necessidades que as comunidades na Terra possuem, mas com algumas particularidades. Esforçamo-nos a pensar em como forneceríamos energia para essa comunidade única. Não há carvão na Lua. Não há petróleo. Não há gás natural. Não há atmosfera. Não tem vento também. E energia solar enfrentava um problema: a Lua orbita a Terra uma vez por mês. Por duas semanas, o sol se põe, e os seus painéis solares não produzem energia. Para armazenar energia em baterias o suficiente para duas semanas, isso se torna inviável. Então a energia nuclear era a única opção.
Now, back in 2000, I didn't really know too much about nuclear power, so I started trying to learn. Almost all of the nuclear power we use on Earth today uses water as a basic coolant. This has some advantages, but it has a lot of disadvantages. If you want to generate electricity, you have to get the water a lot hotter than you normally can. At normal pressures, water will boil at 100 degrees Celsius. This isn't nearly hot enough to generate electricity effectively. So water-cooled reactors have to run at much higher pressures than atmospheric pressure. Some water-cooled reactors run at over 70 atmospheres of pressure, and others have to run at as much as 150 atmospheres of pressure. There's no getting around this; it's simply what you have to do if you want to generate electricity using a water-cooled reactor. This means you have to build a water-cooled reactor as a pressure vessel, with steel walls over 20 centimeters thick. If that sounds heavy, that's because it is.
Bem... lá nos anos 2000, eu não sabia muita coisa sobre energia nuclear, então esforcei-me pra aprender. Quase toda energia nuclear utilizada hoje em nosso planeta usa água como refrigerador básico. Isso tem algumas vantagens, mas outras muitas desvantagens. Se você quer gerar eletricidade, tem que aquecer a água além do que normalmente é possível. Em pressões normais, a água ferverá a 100 °C. Isso não é quente o suficiente para gerar eletricidade com eficiência. Logo, reatores refrigerados a água têm de funcionar a pressões muito mais elevadas do que a atmosférica. Alguns desses reatores funcionam acima de 70 atmosferas de pressão, com alguns tendo de funcionar a pressões de até 150 atmosferas. Não há outro jeito. É o que temos de fazer se quisermos gerar eletricidade através de um reator de água. Significa que devemos construir um reator de água como uma câmara de pressão, com paredes de aço com mais de 20 cm de largura. Se isso soa pesado, é por que realmente é.
Things get a lot worse if you have an accident where you lose pressure inside the reactor. If you have liquid water at 300 degrees Celsius and suddenly you depressurize it, it doesn't stay liquid for very long; it flashes into steam. So water-cooled reactors are built inside of big, thick concrete buildings called containment buildings, which are meant to hold all of the steam that would come out of the reactor if you had an accident where you lost pressure. Steam takes up about 1,000 times more volume than liquid water, so the containment building ends up being very large, relative to the size of the reactor.
As coisas pioram bastante em casos de acidente com perda de pressão dentro do reator. Se temos água líquida a 300 °C e de repente a despressurizamos, ela não fica líquida por muito tempo; ela vira vapor. Reatores de água são construídos dentro de enormes, largos recipientes de concreto chamados edifícios de contenção, que estão lá pra isolar o vapor que escaparia do reator em caso de acidentes com perda de pressão. Vapor ocupa um volume mil vezes maior do que água líquida, o que obriga o edifício de contenção a ser enorme, comparado ao tamanho do reator.
Another bad thing happens if you lose pressure and your water flashes to steam. If you don't get emergency coolant to the fuel in the reactor, it can overheat and melt. The reactors we have today use uranium oxide as a fuel. It's a ceramic material similar in performance to the ceramics we use to make coffee cups or cookware or the bricks we use to line fireplaces. They're chemically stable, but they're not very good at transferring heat. If you lose pressure, you lose your water, and soon your fuel will melt down and release the radioactive fission products within it.
Outros problemas aparecem se perdermos pressão e a água virar vapor. Se um refrigerador não for adicionado no combustível do reator, ele poder superaquecer e derreter. Os reatores de hoje usam óxido de urânio como combustível. É um material cerâmico, similar em desempenho às cerâmicas que usamos em xícaras ou utensílios de cozinha ou nos tijolos para lareiras. Eles são quimicamente estáveis, mas não muito bons em transmitir calor. Se perdemos pressão, perdemos também a água e assim o combustível derreterá e liberará produtos radioativos de fissão. Produzir combustível nuclear sólido é um processo caro e complexo.
Making solid nuclear fuel is a complicated and expensive process. And we extract less than one percent of the energy for the nuclear fuel before it can no longer remain in the reactor. Water-cooled reactors have another additional challenge: they need to be near large bodies of water, where the steam they generate can be cooled and condensed. Otherwise, they can't generate electrical power. Now, there's no lakes or rivers on the Moon, so if all of this makes it sound like water-cooled reactors aren't such a good fit for a lunar community, I would tend to agree with you.
E extraímos menos de 1% da energia para o combustível nuclear antes de ter de ser extraída do reator. Reatores de água têm ainda outro desafio: precisam estar próximos a enormes corpos de água, onde o vapor que eles geram possa ser resfriado e condensado. Do contrário, não podem gerar energia elétrica. Bem, não há lagos ou rios na Lua, então se tudo isso fez parecer que reatores à base de água podem não funcionar bem em uma comunidade lunar, a minha tendência é concordar. (Risos)
(Laughter)
I had the good fortune to learn about a different form of nuclear power that doesn't have all these problems, for a very simple reason: it's not based on water-cooling, and it doesn't use solid fuel. Surprisingly, it's based on salt.
Eu tive a sorte de aprender sobre uma outra forma de energia nuclear que não contém todos esses problemas, por uma razão simples: não é baseada no resfriamento de água e não usa combustível sólido. Surpreendentemente, é à base de sal.
One day, I was at a friend's office at work, and I noticed this book on the shelf, "Fluid Fuel Reactors." I was interested and asked him if I could borrow it. Inside that book, I learned about research in the United States back in the 1950s, into a kind of reactor that wasn't based on solid fuel or on water-cooling. It didn't have the problems of the water-cooled reactor, and the reason why was pretty neat. It used a mixture of fluoride salts as a nuclear fuel, specifically, the fluorides of lithium, beryllium, uranium and thorium. Fluoride salts are remarkably chemically stable. They do not react with air and water. You have to heat them up to about 400 degrees Celsius to get them to melt. But that's actually perfect for trying to generate power in a nuclear reactor.
Um dia eu estava no escritório de um amigo e notei um livro na estante, "Reatores de Combustível Líquido". Eu me interessei e pedi o livro emprestado a ele. O livro tinha informações a respeito de pesquisas no EUA, ainda na década de 50, de reatores que não se baseavam em combustível sólido ou resfriamento a água. Não tinha os problemas dos reatores de água, e a razão era muito simples. Esse reator usava uma mistura de fluoreto de sais como combustível, especialmente os fluoretos de lítio, berílio, urânio e tório. Sais fluoretados são muito estáveis quimicamente. Eles não reagem com a água ou o ar. É preciso aquecê-los a 400 °C para poder derretê-los. Mas isso é na verdade perfeito para geração de energia num reator nuclear. Aqui está a mágica real:
Here's the real magic: they don't have to operate at high pressure. And that makes the biggest difference of all. This means they don't have to be in heavy, thick steel pressure vessels, they don't have to use water for coolant and there's nothing in the reactor that's going to make a big change in density, like water. So the containment building around the reactor can be much smaller and close-fitting. Unlike the solid fuels that can melt down if you stop cooling them, these liquid fluoride fuels are already melted, at a much, much lower temperature. In normal operation, you have a little plug here at the bottom of the reactor vessel. This plug is made out of a piece of frozen salt that you've kept frozen by blowing cool gas over the outside of the pipe. If there's an emergency and you lose all the power to your nuclear power plant, the little blower stops blowing, the frozen plug of salt melts, and the liquid fluoride fuel inside the reactor drains out of the vessel, through the line and into another vessel called a drain tank. Inside the drain tank, it's all configured to maximize the transfer of heat, so as to keep the salt passively cooled as its heat load drops over time. In water-cooled reactors, you generally have to provide power to the plant to keep the water circulating and to prevent a meltdown, as we saw in Japan. But in this reactor, if you lose the power to the reactor, it shuts itself down all by itself, without human intervention, and puts itself in a safe and controlled configuration.
eles não precisam operar a pressões elevadas. E isso faz a maior diferença. Significa que eles não precisam estar em largas e pesadas câmaras de aço, não necessitam de água para resfriamento e não há nada no reator para causar grandes mudanças em densidade, como a água. Assim o prédio de contenção em torno do reator pode ser bem menor e compacto. Diferente dos combustíveis sólidos que derretem se pararmos de resfriá-los, esses fluoretos líquidos já são derretidos a uma temperatura muito mais baixa. Quando operado, temos uma "tampa" na parte inferior da câmara de reação. Essa tampa é feita de sal congelado e é mantida nesse estado por um gás resfriado na parte externa da tubulação. Se há uma emergência e perdemos toda energia da planta nuclear, esse gás para de circular, a tampa de sal congelada derrete, e o combustível de fluoretos líquidos do reator escoa dessa para outra câmara chamada tanque de drenagem. No tanque de drenagem, tudo é configurado para maximizar a transferência de calor, e assim resfriar o sal passivamente, reduzindo sua temperatura com o tempo. Em reatores de água, precisamos fornecer energia para a planta para manter a água circulando e evitar um desastre, como o que vimos no Japão. Mas nesse reator, mesmo não havendo energia ele se resfria por conta própria, sem precisar da intervenção humana, e retorna a um estado controlado e seguro.
Now, this was sounding pretty good to me, and I was excited about the potential of using a liquid fluoride reactor to power a lunar community. But then I learned about thorium, and the story got even better. Thorium is a naturally occurring nuclear fuel that is four times more common in the Earth's crust than uranium. It can be used in liquid fluoride thorium reactors to produce electrical energy, heat and other valuable products. It's so energy-dense that you could hold a lifetime supply of thorium energy in the palm of your hand. Thorium is also common on the Moon and easy to find. Here's an actual map of where the lunar thorium is located. Thorium has an electromagnetic signature that makes it easy to find, even from a spacecraft.
Isso tudo estava parecendo bom, e eu estava empolgado com o potencial dos reatores de fluoreto líquido para comunidades lunares. Mas então, ouvi falar do tório, e ficou ainda melhor. Tório é um combustível nuclear natural, quatro vezes mais comum na crosta terrestre do que o urânio. Pode ser usado em reatores a fluoreto e tório líquidos para produzir energia elétrica, calor e outros produtos valiosos. Contém tanta energia que podemos deter a demanda de uma vida inteira de tório na palma de nossa mão. O tório também é comum na Lua e fácil de encontrar. Aqui temos um mapa de onde o tório lunar se encontra. Sua assinatura eletromagnética torna fácil encontrá-lo, mesmo de uma espaçonave. Com a energia de um reator a fluoreto e tório líquidos,
With the energy generated from a liquid fluoride thorium reactor, we could recycle all of the air, water and waste products within the lunar community. In fact, doing so would be an absolute requirement for success. We could grow the crops needed to feed the members of the community even during the two-week lunar night, using light and power from the reactor. It seemed like the liquid fluoride thorium reactor, or LFTR, could be the power source that could make a self-sustainable lunar colony a reality.
poderíamos reciclar o ar, água e resíduos dentro da comunidade lunar. De fato, isso é um requisito primordial para o sucesso. Poderíamos cultivar as safras para alimentar membros da comunidade mesmo nas duas semanas de noite lunar, usando a luz e a energia do reator. Tudo indicava que o reator de fluoreto-tório líquidos, ou LFTR, poderia ser a fonte de energia para tornar realidade a comunidade lunar autossustentável. Mas fiz um questionamento:
But I had a simple question: If it was such a great thing for a community on the Moon, why not a community on the Earth, a community of the future, self-sustaining and energy-independent? The same energy generation and recycling techniques that could have a powerful impact on surviving on the Moon could also have a powerful impact on surviving on the Earth. Right now, we're burning fossil fuels because they're easy to find and because we can. Unfortunately, they're making some parts of our planet look like the Moon. Using fossil fuels entangles us in conflict in unstable regions of the world and costs money and lives.
se era tão bom para uma comunidade na Lua, porque não uma comunidade na Terra? Uma comunidade futurista, autossustentável e energeticamente independente? As mesmas técnicas de reciclagem e de geração de energia que impactariam a sobrevivência na Lua podem também impactar a sobrevivência na Terra. Atualmente queimamos combustíveis fósseis porque podemos e são fáceis de encontrar. Infelizmente, eles estão fazendo partes do nosso planeta parecer com a Lua. O uso de combustíveis fósseis nos põe em conflito em regiões instáveis do mundo, custando dinheiro e vidas.
Things could be very different if we were using thorium. You see, in a LFTR, we could use thorium about 200 times more efficiently than we're using uranium now. And because the LFTR is capable of almost completely releasing the energy in thorium, this reduces the waste generated over uranium by factors of hundreds, and by factors of millions over fossil fuels. We're still going to need liquid fuels for vehicles and machinery, but we could generate these liquid fuels from the carbon dioxide in the atmosphere and from water, much like nature does. We could generate hydrogen by splitting water and combining it with carbon harvested from CO2 in the atmosphere, making fuels like methanol, ammonia, and dimethyl ether, which could be a direct replacement for diesel fuels. Imagine carbon-neutral gasoline and diesel, sustainable and self-produced.
As coisas poderiam ser diferentes se usássemos tório. Em um LFTR, o tório pode ser usado cerca de 200 vezes mais eficientemente do que o urânio é usado hoje. E como o LFTR é capaz de liberar eficientemente a energia do tório, isso reduz os resíduos gerados em relação ao urânio por um fator de centenas, e por um fator de milhões comparado aos combustíveis fósseis. Ainda precisaremos de combustíveis líquidos para veículos e máquinas, mas eles podem ser gerados a partir do dióxido de carbono na atmosfera e da água, assim como a natureza faz. Podemos gerar hidrogênio pela quebra da água e combiná-lo com o carbono extraído do CO2 da atmosfera, produzindo combustíveis como o metanol, a amônia e o éter dimetílico, o qual seria uma alternativa direta para o diesel. Imaginem diesel e gasolina neutros em carbono, sustentável e autoproduzido.
Do we have enough thorium? Yes, we do. In fact, in the United States, we have over 3,200 metric tons of thorium that was stockpiled 50 years ago and is currently buried in a shallow trench in Nevada. This thorium, if used in LFTRs, could produce almost as much energy as the United States uses in three years. And thorium is not a rare substance, either. There are many sites like this one in Idaho, where an area the size of a football field would produce enough thorium each year to power the entire world.
Temos tório suficiente? Sim, nós temos. De fato, nos Estados Unidos, temos mais de 3.2 mil toneladas de tório que foi estocada 50 anos atrás e se encontra hoje enterrada num fosso raso em Nevada. Esse tório, se usado nos reatores LFTR, poderia produzir a mesma quantidade de energia que os EUA usam em três anos. E o tório tampouco é uma substância rara. Há outros lugares como esse em Idaho, onde uma área equivalente a um campo de futebol produz tório a cada ano suficiente para abastecer o mundo todo.
Using liquid fluoride thorium technology, we could move away from expensive and difficult aspects of current water-cooled, solid-fueled uranium nuclear power. We wouldn't need large, high-pressure nuclear reactors and big containment buildings that they go in. We wouldn't need large, low-efficiency steam turbines. We wouldn't need to have as many long-distance power transmission infrastructure, because thorium is a very portable energy source that can be located near to where it is needed. A liquid fluoride thorium reactor would be a compact facility, very energy-efficient and safe, that would produce the energy we need day and night, and without respect to weather conditions. In 2007, we used five billion tons of coal, 31 billion barrels of oil and five trillion cubic meters of natural gas, along with 65,000 tons of uranium to produce the world's energy. With thorium, we could do the same thing with 7,000 tons of thorium that could be mined at a single site.
Usando a tecnologia de fluoreto-tório líquidos, deixaríamos pra trás as despesas e dificuldades dos atuais reatores nucleares à base de água e combustível sólido. Não precisaríamos de grandes reatores de alta pressão e de seus enormes prédios de contenção. Nada de largas, pouco eficientes turbinas à vapor. Não haveria necessidade de tanta infraestrutura para transmissões de longa-distância, porque o tório é uma fonte de energia bastante portátil que pode ser locada próxima de onde há demanda. Um LFTR seria uma instalação compacta, muito eficiente e segura, que produziria a energia que precisamos dia e noite, independentemente das condições meteorológicas. Em 2007, usamos 5 bilhões de toneladas de carvão, 31 bilhões de barris de petróleo e 5 trilhões de metros cúbicos de gás natural, além de 65 mil toneladas de urânio para produzir energia para o mundo. Com o tório, poderíamos fazer o mesmo com apenas 7 mil toneladas de tório mineradas de um único local.
If all this sounds interesting to you, I invite you to visit our website, where a growing and enthusiastic online community of thorium advocates is working to tell the world about how we can realize a clean, safe and sustainable energy future, based on the energies of thorium.
Se isso parece-lhes interessante, eu os convido a visitar nosso website, onde uma crescente comunidade on-line de defensores do tório trabalha para comunicar ao mundo como podemos atingir um futuro limpo seguro e energeticamente sustentável, com base na energia do tório. Obrigado.
Thank you very much. (Applause)
(Aplausos)