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全球缺電,這種高科技發電方式能解決電荒嗎?

全球缺電,這種高科技發電方式能解決電荒嗎?

封面圖 | 《吹哨人》劇照

文|風馬牛 (微信公眾號:馮侖風馬牛)

電力,又成了一個大問題。

9 月,國內部分地區出現拉閘限電。其實不僅是中國,今年以來,美國和歐洲部分地區也先後發生能源緊缺,全球化石能源漲價迅猛,煤炭、天然氣、石油供不應求。在此關頭,許多人表示看好新能源賽道,尤其是光伏和核電。然而,今年也是日本福島核事故十週年,日本政府決定以海洋排放的方式處理核汙水。對此,環保組織「綠色和平」表示,這將會損害全人類的 DNA 。

事實上,核電背後的難題,遠不止福島核汙水。自 1956 年英國建成世界上第一座商業核電站起,源源不斷的核廢料就伴隨著核電而產生。面對這種輻射危害最長可達上百萬年的核廢料,有的國家避之不及,也有的國家將其做成了一門大生意。

核電,這種科技含量極高的發電方式,阻擋其更進一步的不是自然資源也不是成本高低,恰恰是人類當下的科技水平,以及人性的弱點。

01

2004 年 11 月 7 日,一個年僅 21 歲的法國年輕人被火車壓斷了腿,送醫途中不治身亡。

年輕人名叫塞巴斯蒂安·布里亞特,這天他和 4500 多人一起,坐在鐵軌上,準備攔截一列滿載 12 個集裝箱核廢料的火車,以此抗議法國發展核電。列車長一看到人群就急剎車,但沒來得及撤離的布里亞特還是發生了不幸。他的離去並沒有延緩法國發展核電的腳步,核電仍然是法國最大的電力來源,佔全法發電量的 70% 以上,佔比為全球最高,法國甚至還有餘力向鄰國出口電力。

核電安全嗎?這個問題,法國人幾十年前就曾反覆問過自己,但最終得到的答案是:沒有自主能源才最不安全。

法國和核研究的淵源由來已久,中國人都熟悉的居里夫人就是法國核物理學家。1948 年,法國就已擁有核反應堆。1960 年,法國在撒哈拉沙漠成功引爆原子彈,成為全球第四個擁有核武器的國家。1962 年,在戴高樂的推動下,法國第一座核電廠開業。

即便如此,法國也沒想過要把核電作為全國主要的電力來源。直到 1973 年石油危機爆發,法國缺油少煤的現實被擺上桌面,能源自主從一個花錢就能解決的問題,上升到了政治戰略層面。於是, 1974 年,法國總理皮埃爾·梅斯梅爾提出一個龐大的核電計劃,打算讓法國全部電力都來源於核能,從而彌補本土能源資源的貧乏。

針對這個計劃,法國人精闢地喊出一個口號:「在法國,我們沒有石油,但我們有創意。」

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執行中的法國卡特農核電站

核電算一種創意嗎?

從原理上來看,現有的核電站都在使用核能「燒水」——核裂變產生大量熱能,水帶走熱能,變成高壓水蒸汽,驅動渦輪發電機運作,從而轉化為電能。

核裂變需要的原料鈾,是地殼中一種相當常見的元素,含量大約是銀的 40 倍,金的 500 倍,在大多數岩石、泥土和海水中都有存在。就整個過程而言,核電是當之無愧的低碳發電代表,比太陽能發電和水力發電產生的碳排放量都更低。這也是為什麼科學家將核電視為可再生能源。

當然,法國猛然開始發展電力時並沒有考慮到碳排放,他們只是按照梅斯梅爾的計劃大力發展核電,就取得了意想不到的成果。

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法國核電站分佈

1970 年代,法國尚且要依靠美國企業的技術生產核心部件。1980 年代起,法國核電技術突飛猛進,核電成為法國電力的最大來源,核電技術還出口到國外,例如位於深圳大鵬新區的大亞灣核電站,始建於 1987 年,是我國第二座核電站,所採用的核反應堆就是法國 M310 壓水堆,其單臺裝機容量達到 984 兆瓦。到了 1990 年代,蘇聯解體,美國民用核電發展停滯,法國成為全球當之無愧的核電大國。

能滿足本土電力需求,解決能源自主的問題,還能憑技術出口創收,從這方面說,核電算是法國在能源上打得最漂亮的一場翻身仗。據法國財政部資料,如今法國核能領域的企業多達 2500 多家,僱傭員工將近 22 萬名,每年能創造 500 多億歐元的營業額。

法國在核電領域的飛速發展,代表著這一類本身資源稟賦不佳的國家透過科技實現能源自主的可能性,類似地,日本也走上了核電大國的道路。但這些國家們蒸蒸日上的核電事業並不能解決人們對核電的終極問題:發電之後,垃圾怎麼辦?

02

就像燒煤有煤渣,燒完核燃料,也有相應的核廢料。

和其它垃圾一樣,核廢料也能分類:按照輻射量大小,可以分為高、中、低三個等級,其中最難處理、危害最大的當屬高級別核廢料,雖然只佔核廢料總量的 3% ,卻有 97% 的核輻射產生自此。高級別核廢料主要來源於從反應堆芯中換下來的燃料,即「乏燃料」。

乏燃料之所以被淘汰,是因為使用之後,裡面的鈾含量降低,已經不能維持核反應,但裡面仍然含有大量放射性元素,同時也會放出大量的熱量。在乏燃料中,含有大量鈾-238 、鈾-235 、鈽-239 、釷-232 等元素,其中半衰期最長的鈾-238 可達 45 億年。如果不善加處理,以「乏燃料」為代表的核廢料就會產生大量核輻射,危害人體健康,比如作用於細胞中的 DNA ,讓 DNA 鏈被切斷,誘發癌變,或者令細胞中的水發生電離,直接殺死人體細胞。

自 1956 年第一座商業核電站執行起,核廢料就成為核電發展中躲不開的問題。據《世界核燃料報告 2019》資料顯示,光是歐洲(不包括俄羅斯和斯洛伐克)貯存的乏燃料就超過 6 萬噸。

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乏燃料要經過長達數年的冷卻貯存

為了享受核電帶來的福利,人們想過很多辦法解決核廢料——

中、低級別核廢料不難,分別掩埋一段時間,輻射自然會消去。但對於高級別核廢料,各個國家都稱得上束手無策。有人想過瘋狂的辦法,把核廢料發射到太空中,遠離地球,但危險性和成本都很高,也有人想把核廢料一股腦丟進活火山燒掉,但科學家出來潑冷水,就算火山熔岩溫度高達 1200 ℃,也解決不了一些熔點高達 5700 多度的乏燃料。唯一被認可的辦法,只有將其固態化,封進特製的儲存桶,埋到幾百米深的地底。

核電是一門大生意,即便是如此令人頭痛的核廢料,有的國家也在想方設法以此牟利。

法國是技術派,歐安諾公司是其中的佼佼者。

用現在流行的說法,歐安諾打通了民用核產業的全產業鏈。在加拿大、哈薩克、奈及利亞這幾個富有鈾礦的國家,歐安諾都有自己的礦場,屬於全球前三的採鈾企業。不僅如此,從提純加工、濃縮鈾、製造核燃料、管理核電站、報廢核電設施、運輸核燃料到回收乏燃料,每個環節,歐安諾公司都有涉獵。

就回收乏燃料而言,歐安諾公司也是世界上少數幾家能將其再製成 MOX 燃料的公司。但可惜的是,和直接使用原料鈾相比,MOX 燃料生產週期長,成本高,願意採用的核電站不多。

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歐安諾公司回收乏燃料,左為製造儲藏罐,右為固態乏燃料模型縱切圖

俄羅斯是進口派。

早在 2001 年,俄羅斯國家杜馬就透過表決,批准了核廢物進口。據俄羅斯核工業部和外國核工業行業達成的協議,透過進口核廢物,俄羅斯可以在 10 年內獲得至少 200 億美元的直接收入,而且能讓蘇聯時期遺留的核廢物處理廠運轉起來,提供數千個就業機會。

俄羅斯不缺能源,不僅向歐洲出口石油、天然氣,還瞄準了那些致力於用核電擺脫俄羅斯影響的國家。烏克蘭也是核電大國,全國 50% 的電力都來自核電, 2020 年前,烏克蘭每年要向俄羅斯支付 2 億美元用於核廢料儲存和處理。至於德國、法國這兩個歐洲大國,早就是俄羅斯的客戶了。然而,這樣做的後果是,俄羅斯中部城市葉卡捷琳堡被媒體批評為「核廢料的廉價垃圾場」。俄羅斯綠色和平組織也猛烈抨擊俄政府,稱廢棄的核燃料正在沒有保護的容器中露天存放,俄羅斯已經堆積了大約 100 萬噸貧鈾。

同樣的核廢料,在不同地方之間輾轉騰挪,就產生了收益。有的國家避之不及,立法規定嚴禁進口核廢料,甚至為了減少核廢料的產生,決心廢止核電。但在有的國家,核廢料只是放錯了地方的資源,技術到位了,可以回收再利用,技術不到位,當個倉庫管理員也有大把收入。

核電產業到了這裡,似乎完成了一個「錢」途遠大的迴圈,但這個巨大產業造成的影響,卻不是金錢多少能衡量的。

03

在核電發展歷程中,有兩次事故讓全世界膽戰心驚——

第一次, 1986 年切爾諾貝利核事故,發生在前蘇聯烏克蘭切爾諾貝利核電站,因為反應堆緊急停機測試後備供電時,操作人員經驗不足,使得功率急劇增加,反應堆破裂。最終,切爾諾貝利釋放出的核輻射劑量是廣島原子彈爆炸的 400 倍以上。該事件被評為國際核事件分級中的第 7 級,特大事故。

第二次, 2011 年福島核事故,發生在日本福島第一核電站,由於地震和海嘯,導致水泵無法執行,運營商東京電力公司監管失效,最終發生堆芯熔燬,氫氣爆炸,同時產生了大量核汙水。該事件同樣被評為國際核事件分級中的第 7 級,特大事故。

這兩次事故讓許多人談「核」色變,他們認為在巨大的事故風險下,核電是一種「骯髒而昂貴」的能源。但對於支援核電的人來說,核事故並不神秘,與其說是核能的問題,不如說是核電站管理的問題。在良好的管理下,核電風險可控,相比起產生大量溫室氣體和可吸入顆粒物的火電,核電清潔高效,安全而且可持續。

核能本身的風險,與人的不確定性疊加,造成了絕大多數人心中對核電的恐懼。

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業內人士把濃縮鈾親切地叫做「黃蛋糕」

不管支援還是反對核電,可以肯定的是,核電已經成為全球能源無法切割的部分。截止今年 9 月,全球共有 444 座民用核裂變反應堆,就算這些反應堆立刻退役,也會帶來難以計數的核廢料。核廢料的處理,已經是核電使用中不容逃避的大問題了。

如今,核電支撐著全球大約 10% 的電力供應,按照商業的邏輯,仍然是一個被低估的、有無限潛力的新能源行業,甚至於核廢料也將是一片巨大的藍海,因為它的遺留問題將影響全世界,這是一門無法被拒絕和忽視的生意。

但就人類文明而言,殘留核輻射長達上百萬年的核廢料,已經是超越人類認知的存在了,要知道,人類迄今發現的最早的原始人骨骼「阿爾迪」生活的年代,距今也只有四百四十萬年。

核事故是人類工業社會痛苦而明顯的撕裂傷,而越來越多無法消解的核廢料,卻是這個社會深入肌理的隱患。想用好核電,核廢料是必須解決的問題,與此同時,怎麼消滅核電站日常管理中由人造成的不確定性,也是「挺核派」要思考的問題。

事實上,不止是核電,從傳統的火電、水電,到被看好的風電、太陽能發電,迄今為止,人們沒有找到一種完美的發電方法,新舊能源的轉型也更像是成本比較和利害權衡後的結果。但我們仍然期待一種更合理的能源結構,對環境友好的同時,也能讓這個電氣化社會再也不至於陷入停電危機。

資料來源:

[1]世界核廢料報告 2019

[2]國家能源局:法國與俄羅斯的核安全狀況

[3]國家能源局:法國為什麼對核電站情有獨鍾?

[4]環境保護部核與輻射安全中心:全球核能安全動態 第 9 期

[5]陳小沁:核能外交的理論與實踐——兼評俄羅斯的國際核能合作,歐亞經濟

[6]黃霜紅:德國的核廢料焦慮,中國新聞週刊

[7]郝卿:核廢料處理方法及管理策略研究,華北電力大學碩士學位論文

[8]World Nuclear Association: Safety of Nuclear Power Reactors

[9]Benjamin Wehrmann: Nuclear waste from Germany exported for disposal in Russia, Clean Energy Wire

圖片來自網路

本篇作者 | 毛洪濤 主編|王滔

編審|陳潤江 顧問|王淑琪