核能發(fā)電，阻止全球變暖

David+Biello　伏維閣主

核能發(fā)電雖然在美國發(fā)電總量中只占20%，但是卻減少了640億公噸的溫室氣體排放。核能發(fā)電也不會(huì)像燃燒煤炭的火電廠一樣煙霧滾滾，造成其他空氣污染，可能也因此拯救了180萬條生命。

在一月早些時(shí)候，大西洋導(dǎo)航者號(hào)（Atlantic Navigator）貨輪駛抵美國巴爾的摩港。導(dǎo)航者號(hào)上載有前蘇聯(lián)在“冷戰(zhàn)”時(shí)期制造的一批核武器。在過去20年間，有19000個(gè)俄羅斯核彈頭經(jīng)過拆卸處理，運(yùn)往美國，在核反應(yīng)堆中發(fā)電。事實(shí)上，在這20年里，為美國100座核反應(yīng)堆供能的鈾燃料中，有超過一半來自這個(gè)核武器再利用計(jì)劃。

美國核能發(fā)電不但能消除核戰(zhàn)的威脅，還能應(yīng)對另一大世界問題：氣候變化。核能發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳更少。根據(jù)美國哥倫比亞大學(xué)氣象學(xué)家詹姆斯·漢森（James Hansen）的分析，核能發(fā)電雖然在美國發(fā)電總量中只占20%，但是卻減少了640億公噸的溫室氣體排放。核能發(fā)電也不會(huì)像燃燒煤炭的火電廠一樣煙霧滾滾，造成其他空氣污染，可能也因此拯救了180萬條生命。

因此，漢森和前能源局局長朱棣文（Steven Chu）認(rèn)為，核能發(fā)電技術(shù)，是我們抵御災(zāi)難性氣候變化的關(guān)鍵。漢森在12月3日告訴記者：“我們不能把所有化石燃料都燒了。”但是我們也要知道，只要化石燃料還是最廉價(jià)的能源，人類就仍會(huì)拿它來燃燒發(fā)電。“煤炭燃燒產(chǎn)生的溫室氣體，在全球排放量中幾乎占了一半。如果我們能把這些火電站換成現(xiàn)代安全的核反應(yīng)堆，我們很快就能減少污染。”

他還握有證據(jù)：歷史上溫室氣體排放量出現(xiàn)的最大下滑，發(fā)生于20世紀(jì)七八十年代的法國。當(dāng)時(shí)法國正逐步由燃燒化石燃料發(fā)電過渡到核反應(yīng)堆發(fā)電，每年都能減少大約2%的溫室氣體排放。漢森及同事在國際期刊PLoS One撰文預(yù)測，全球變暖污染物的排放量每年至少應(yīng)減少6%，我們才能阻止“危險(xiǎn)的”氣候變化。漢森的同事（也是論文合作者），哥倫比亞大學(xué)地球研究所所長杰弗里·薩克斯（Jeffrey Sachs）補(bǔ)充道：“從全球范圍來看，除了使用核能之外，我們不知道還有什么方法能達(dá)成這一目標(biāo)。”

現(xiàn)在我們面臨的唯一問題是：我們的核反應(yīng)堆還不夠多。

核能引領(lǐng)未來

中國在建設(shè)新型核反應(yīng)堆上已占據(jù)世界領(lǐng)先地位。根據(jù)世界核能協(xié)會(huì)（World Nuclear Association）的統(tǒng)計(jì)，目前在中國全境有29座核反應(yīng)堆正在建設(shè)之中，還有59座已經(jīng)提交方案。中國建設(shè)的核反應(yīng)堆，還不僅僅局限在一般的那種使用水和鈾燃料棒的反應(yīng)堆，還包括最初由加拿大設(shè)計(jì)的重水反應(yīng)堆以及尚處于測試階段的小型快速反應(yīng)堆。

但我們也要知道，就算中國準(zhǔn)備建設(shè)的所有核電站都能順利完工，中國仍有50%的電能要通過燒煤獲得。而且在核電站建成之后，中國全部核反應(yīng)堆最多能提供的電能總量，和美國現(xiàn)役的核電站提供的電能總量其實(shí)相差不大。另外，核電站在建設(shè)過程中也少不了要用鋼鐵和水泥，還有制造核燃料必需的濃縮鈾（或者如“兆噸換兆瓦”計(jì)劃那樣，將核武器的高濃鈾轉(zhuǎn)化成低濃鈾，用于核能發(fā)電）——這些材料在其本身的制造過程中，都會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。根據(jù)美國能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的說法，這相當(dāng)于在核電站服役期間，它每生產(chǎn)一千瓦時(shí)電能，就會(huì)排放大約相當(dāng)于12克二氧化碳的溫室氣體——和風(fēng)能漩渦發(fā)電機(jī)一樣（它在建設(shè)過程中也要用到鋼鐵、塑料、稀土等材料），比太陽能光伏板略少。

但在世界其他地方，核能發(fā)電產(chǎn)業(yè)已逐漸萎縮。在2011年地震和海嘯導(dǎo)致日本福島第一核電站發(fā)生核泄漏之后，日本就再?zèng)]啟用核電站。那一悲劇事件也在世界其他地區(qū)掀起輿論巨浪。德國計(jì)劃終止核能發(fā)電；就連法國政府也宣布，該國計(jì)劃減少核反應(yīng)堆的數(shù)量。美國即將建成5個(gè)新的核反應(yīng)堆，來代替4個(gè)年事已高、在今年退役的反應(yīng)堆。但其他舊反應(yīng)堆也被紛紛關(guān)閉，比如新澤西州的奧伊斯特河核電站（Oyster Creek）和佛蒙特州的揚(yáng)基核電站（Yankee）。所以美國現(xiàn)役核反應(yīng)堆的數(shù)量其實(shí)也在減少。

其中一個(gè)很大的原因是財(cái)政壓力。建設(shè)大型核反應(yīng)堆，需要花費(fèi)大把金錢來保證其安全性和可靠性。比如說，美國如果想把核能發(fā)電提供的電量提升到其發(fā)電總量的四分之一，就需要再建設(shè)1000座新型核反應(yīng)堆（增設(shè)，或者替換舊反應(yīng)堆）。從現(xiàn)在的物價(jià)來看，要在佐治亞州建設(shè)兩座AP-1000型反應(yīng)，需要投資7萬億美元（此處原文用了$7 trillion，但經(jīng)評(píng)論指出此數(shù)據(jù)有誤，另一信源指出投資約在140億美元）——雖然因?yàn)楣こ毯拼螅們r(jià)可能有所下調(diào)，但仍無疑是個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)目。

解決方法之一，是建設(shè)所謂“模塊化設(shè)計(jì)”的小型核反應(yīng)堆。田納西

流域管理局（The Tennessee Valley Au-

thority）希望能在田納西克林奇河核電站（Clinch River）建設(shè)一個(gè)這樣的反應(yīng)堆，以此來推動(dòng)小型核反應(yīng)堆的發(fā)展。美國政府曾試圖在克林奇河核電站建設(shè)自己的商用快速反應(yīng)堆，可惜以失敗告終。

那個(gè)未能完工的增殖反應(yīng)堆，是美國已告結(jié)束的新型反應(yīng)堆研發(fā)計(jì)劃留下的遺產(chǎn)。同類反應(yīng)堆還包括“實(shí)驗(yàn)性增殖反應(yīng)堆”（Experimental Breeder Reactor，簡稱XBR），它在愛達(dá)荷州成功運(yùn)轉(zhuǎn)了將近30年。漢森說：“美國政府在一二十年前居然叫停了尖端核能發(fā)電研發(fā)計(jì)劃，這真是令人扼腕。但現(xiàn)在我們又到了追求進(jìn)步的時(shí)候，中國和其他國家都在尋求燒煤之外的發(fā)電方式。”

新開端？

也就是說，核能發(fā)電正越發(fā)受到科學(xué)界的關(guān)注——至少在冷戰(zhàn)結(jié)束之后，這還是頭一次。科學(xué)家正在研發(fā)使用新型反應(yīng)堆，用替代冷卻液來取代水——比如美國核能轉(zhuǎn)換公司（Transatomic Power）的熔鹽冷卻反應(yīng)堆以及美國潔凈能源應(yīng)用技術(shù)開發(fā)公司（Hyperion Power）的液態(tài)鉛鉍反應(yīng)堆。這類創(chuàng)新設(shè)計(jì)，吸引了包括比爾·蓋茨在內(nèi)的許多億萬富翁投資支持。核能轉(zhuǎn)換公司甚至還在今年的美國能源部高級(jí)研究規(guī)劃署（Advanced Research Projects Agency-Energy，簡稱endprint

ARPA-E）年度峰會(huì)上，贏得了能源投資人頒發(fā)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。比爾·蓋茨在去年的ARPA-E峰會(huì)上說：“在核能的智能應(yīng)用方面，只要新設(shè)計(jì)能符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，我們就應(yīng)該允許大膽創(chuàng)新……核分裂產(chǎn)生的能量，比燃燒碳?xì)浠衔锒嗌蠑?shù)百萬倍。我們真應(yīng)該好好加以利用。”

但是ARPA-E自己卻沒有開發(fā)替代反應(yīng)堆的打算，因?yàn)闄z驗(yàn)新型設(shè)計(jì)的花費(fèi)太大，開發(fā)成品的時(shí)間周期也太長。現(xiàn)已加盟Google的ARPA-E前任署長阿倫·馬宗達(dá)博士（Arun Majumdar）在今年稍早曾接受《科學(xué)美國人》采訪，他提到：“我們在核能開發(fā)上曾經(jīng)做過很多嘗試。但我們后來意識(shí)到，就算我們在核工程上投資了3000到4000萬美元，我們也不能保證肯定有所成效……如果預(yù)算足夠的話，我倒還愿意試一試。”

核能發(fā)電如果能獲得更多資金用以開發(fā)新型設(shè)計(jì)，獲得公共財(cái)政支持用以建設(shè)（比如推行某種清潔能源比例標(biāo)準(zhǔn)，以促使人們使用各種低碳能源，而不只限于可再生能源和碳稅制度），核能也許能讓我們從三方面減少溫室氣體排放：用更少的能源做更多的事（提高能源效率），使用低碳能源以及使用電能汽車（當(dāng)然，它們使用的電能需要來自清潔能源，而不是煤炭燃燒）。正如薩克斯博士所說，“我們獲得大量清潔電能的方法屈指可數(shù)，”比如地?zé)帷⑺堋⒑四堋⑻柲芎惋L(fēng)能。“世界各地的條件不同，除煤炭外能夠選擇的能源也不一樣。”

只要中、美等國仍需大電網(wǎng)供電，我們就離不開原子核反應(yīng)、煤炭或燃?xì)猓驗(yàn)樗鼈兣c可再生能源不同，隨時(shí)都能供電。但現(xiàn)在的國際趨勢是減少核能應(yīng)用，而增加天然氣的比例——正如德國“Energiewende”（能源轉(zhuǎn)移）計(jì)劃打算做的那樣。該計(jì)劃試圖加大對太陽能、風(fēng)能和其他可再生能源的應(yīng)用，但同時(shí)也要關(guān)閉該國現(xiàn)役的17座核反應(yīng)堆。經(jīng)濟(jì)學(xué)家萊納·巴克（Rainer Baake）曾是一名德國政客。他現(xiàn)在是能源轉(zhuǎn)移智囊團(tuán)“Agora Energiewende”

的領(lǐng)軍人物。他介紹說，德國其實(shí)希望研發(fā)出某種技術(shù)，將可再生能源產(chǎn)生的多余電能以燃?xì)獾男问絻?chǔ)存起來，留待日后燃燒發(fā)電——這就是所謂的“能量到燃?xì)狻表?xiàng)目。而核能應(yīng)用倒退還會(huì)帶來更糟糕的影響，那就是它將導(dǎo)致更多火電廠的出現(xiàn)，就像20世紀(jì)80年代美國核電站建設(shè)期結(jié)束之后發(fā)生的那樣。

漢森等人為此振臂疾呼，核能這種蘊(yùn)藏豐富的清潔能源，能夠在這個(gè)人口膨脹的時(shí)代消除貧窮，并減少溫室氣體排放。核能發(fā)電，是我們目前已經(jīng)掌握的少數(shù)清潔能源技術(shù)之一，而且它還有很大的發(fā)展與創(chuàng)新空間。天然氣雖然可以吸收并儲(chǔ)存二氧化碳，但其實(shí)也不過是繞了點(diǎn)路，仍無法阻止我們走向?yàn)?zāi)難。我們唯有立即轉(zhuǎn)向可再生能源和核能，才能阻止災(zāi)難發(fā)生。

但要利用核能，我們還面臨著許多障礙：就算我們只依賴于現(xiàn)在已經(jīng)掌握的核能技術(shù)，我們也至少需要幾十年來設(shè)計(jì)、注冊和建設(shè)核電站——更別提開發(fā)新技術(shù)了。也就是說，新的核能技術(shù)也許不能在短期內(nèi)有力地阻止氣候變化，我們暫時(shí)只能依賴于已有的核反應(yīng)技術(shù)——但現(xiàn)在就連這些已知技術(shù)，也沒有在世界范圍內(nèi)得到很好的應(yīng)用。

正因?yàn)楹四馨l(fā)電產(chǎn)業(yè)的衰退，美國核電站雖然堅(jiān)持“兆噸換兆瓦”計(jì)劃20年，但也沒能消除核武器的威脅。雖然俄、美兩國都已做出最大努力，將核武器用于發(fā)電，但俄羅斯依然保有約計(jì)8500個(gè)核彈頭，美國則有大約7700個(gè)。而現(xiàn)在，核能發(fā)電又和氣候變化問題撞到了一起。正如漢森在他那篇分析文章后面補(bǔ)充的那樣，“環(huán)保人士必須了解，他們一味主張?jiān)谑澜绶秶鷥?nèi)強(qiáng)制推行完全使用再生能源的政策，但這只能繼續(xù)鞏固化石燃料作為發(fā)電基本能源的地位，使其他雖不可再生，但蘊(yùn)藏豐富的清潔能源失去立足之地。比如核能，就將被毫無道理地排除在可利用能源之外。”（來源：果殼網(wǎng)）endprint