即將在今年12月份舉辦巴黎氣候大會的法國,日前因下議院提交的減排溫室氣體的法案再次引發關注,法案中提出將砍掉法國一半的核能產量并增加可再生資源比重至40%。
核能在當今世界總能源結構中占11%。核電站運行期間,并不產生二氧化碳,這意味著溫室氣體排放導致氣候變化的“罪名”不會栽在核能的頭上。核電站能向工業和家庭夜以繼日地提供大量電能,而太陽能和風能則是間歇性地“勞作”。那么,核能的發展為何總是受到來自國際社會、政府甚至本國民眾摻雜了感情色彩又少有科學依據的“蔑視”?最常見的疑惑來自對處理過后仍無法完全消除的3%核廢料的管控能力。目前的科學研究也不斷試圖解決這一難題。
電站核反應堆中能量的反應發生在原子核中,鈾235的一個原子(包含92個質子和143個中子)吸收了一個中子后分裂成兩個原子,產生大量的能量,這一過程被稱為核裂變。裂變過程持續消耗燃料,直到可燃(裂變)原子量使用起來不再經濟有效。然后,反應堆關閉,三分之一的核心燃料將被移除并替換成新燃料,剩下的三分之二燃料因為新燃料的加入得以優化。被移除的使用過的燃料被稱為乏燃料,具有高放射性,且非常炙熱,出于安全的原因,需要被冷卻后隔離到“安全”為止——一般而言需要幾百萬年。
將這些乏燃料作為廢物丟棄很常見,就如同在三明治咬上掉一小口,然后將剩余的大部分扔進垃圾桶。一個典型的反應堆(1千瓦)能產生70萬戶家庭所需要的電力,但只產生27噸的乏燃料;相比而言,一個煤發電站要想滿足同樣的電力需求,則會產生40萬噸的煤灰。
目前全世界的核電容量為370萬千瓦,每年產生的乏燃料10000噸,截至2014年9月,總的乏燃料達到27萬噸,其中美國存儲約7萬噸。
毫無疑問,核電大國正在試圖回收核乏燃料以便重新利用,另一些國家也已經開展了相關基礎研究。主要的乏燃料后處理廠集中在英國、法國和俄羅斯,印度已經有了一定的能力,日本也有一個較大的工廠已經完工但尚未啟用。
乏燃料后處理的化學處理過程,主要是將使用過的燃料溶于酸,然后有選擇性地提取鈾和钚元素用于新燃料生產,留下不想要的元素。商業核電站差不多都使用這種上世紀40年代后期開始應用的PUREX方法進行處理。這種方法可回收97%的乏燃料,大幅度減少廢物的體積。
全球處理商業燃料的能力為每年4000噸,到目前為止,已經有9萬噸的使用過的燃料進行過后處理,占總的商用核反應堆使用燃料總量的30%。
雖然如此,經過處理的材料仍不能徹底解決環境難題。美國加州大學歐文分校的研究人員,專注于處理最后剩下的3%核廢料。他們希望通過自己的方法將核廢料隔離的時間縮短到1000年以內。雖然聽起來還是時間漫長,但相比幾百萬年還是縮短了很多。
沒有處理能力的國家比如法國,會將使用過的核燃料船運到有處理能力的國家。因為處理過程復雜、花費昂貴。有分析人士稱,或許這也是此次法國下議院削減核能法案提出的重要原因。
雖然法案還需提交參議院繼續討論,但308票支持、217票反對的態勢,說明在核能比重問題上仍然存在巨大討論空間。作為核能占本國能源總量70%的老牌核電國家,法國的相關舉動無論如何都帶有風向標的性質。
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