3百萬分之50。科學家們認為這是我們大氣中二氧化碳的“安全” 上限。除此之外,我們的星球越來越有可能變得不適合粘附在其表面的人類。作物將失敗,海平面將上升,數百萬甚至數十億,將在災難性天氣事件中死亡。美國國家海洋和大氣管理局的莫納羅亞天文臺報告說,目前的水平已達到百萬分之409.9。
由于我們對更多力量的不斷渴望,這個數字不會很快萎縮。國際能源署2018年的報告發現,我們的能源需求增長了2.3%,是十年來的最高增幅。不幸的是,大部分需求都是通過燃燒更多的化石燃料,向大氣中釋放更多的二氧化碳來滿足的。
人們希望,在災難來臨之前,全球經濟可以轉變為無碳能源。我們已經知道另一種燃料技術可行; 一個提供潛在無限供應的低碳能源。從長遠來看,至少可以從根本上重塑我們對權力的看法。出于各種原因,核電已經被換下場,目前貢獻了很多小于它可以為我們的全球能源需求。是時候我們給核能再次射擊了嗎?
核能目前產生的能量約占世界總量的11%,所有這些都被歸類為“低碳能源”。在30個國家/地區運營著大約450個反應堆,法國是該技術最熱情的用戶。最近有幾個人將核子的情況從替補席上拖走并重新投入使用。投資核創業公司的比爾蓋茨曾游說國會為新核能的實驗提供資金。不久之后,三位著名學者發表了一篇題為“核能拯救世界”的紐約時報社論。
簡而言之,他們的論點是,可再生能源價格昂貴,無法依靠全天候提供能源。三人組說,在德國,盡管對??可再生能源進行了大量投資,但該國的碳排放量仍未下降。雖然其他選擇,如水電和地熱,取而代之,但它們與當地有利的地理位置密切相關。如果我們要拯救世界,那么我們需要將我們使用的所有東西轉換成電力而不是其他燃料來源,并開始建造一支核反應堆。
什么是核電?
“我們的世界是由原子組成的,”威斯康星大學核工程師Katie Mummah解釋說,“這是物質中最小的構建塊。” 元素周期表底部的元素充滿了原子,這使它們既沉重又不穩定。“如果你拿中子擊中[這些不穩定元素之一,你的原子就會分裂,這就更好地稱為裂變,”她補充道。
物理定律規定,無論你消耗多少能量,你只會收回一部分能量,剩下的就是熱量或其他廢物。核能在這個原則上嗤之以鼻,因為分裂宇宙的一個基本組成部分釋放的能量遠遠超過破壞它的能量。這使它非常適合用作能源,因為你得到的東西比你投入的多。
這個過程相對簡單,因為我們有充足的原料供應可以加工裂變。將大量不穩定元素(如鈾235)放置在“慢”中子源旁邊,您將獲得能量的連鎖反應。它不是永久運動機器,但核裂變中的連鎖反應會變得自我延續,直到燃料到期為止。
與其他電源相比,核能提供了其他效率,包括其(相對)尺寸。“這里是美國的一個商業反應堆,”Mummah說,“它有一個大約12英尺高,直徑12英尺的圓柱體,為大約一百萬個家庭提供足夠的能量。” Mummah說,有足夠的鈾可以滿足幾個世紀以來地球的能源需求。
Katie Mummah表示,核電的第一個好處是其純粹的能量密度,特別是考慮到家庭住宅的需求。在美國,能源信息管理局表示,2017年平均家庭消耗了10,399千瓦時的電力。為了產生這么多的能量,你需要燃燒略少于一噸的原油或其等價物。相比之下,核反應堆中的一公斤濃縮鈾將產生足夠的能量,為104個家庭供電一年。擁有大量的東西,一年可以為超過104,000個家庭供電。美國最大的核電站,位于亞利桑那州的Palo Verde,最大輸出功率為3,937MW,足以為超過四百萬人提供能源。
“核電站建設成本高,但運行成本相對較低,” 代表該行業的世界核協會表示。“一旦核電站建成,電力生產成本低且可預測穩定,”它補充道。原子時代的前提是無限能量的承諾,不斷提供,可以用來為幾乎所有東西提供動力。可悲的是,高昂的建筑成本(以及廉價能源)阻礙了投資者投入資金,因為幾乎沒有保證能夠收回資金。
清潔和廉價的能源應成為每個國家的目標,特別是在能源需求預計會增加的未來。值得補充的是,核電的價格包括建設和運行工廠的成本,以及處理廢物。相比之下,比如煤電廠,其排放的環境成本不是初始價格的一部分,而且這些數字是不公平的。鑒于氣候變化的巨大損失,整體而言,核能可能要便宜得多。
德國一家燃煤電廠在一個露天礦上肆虐。
在過去的四十年中,歐洲三個主要經濟體偶然發起了一場關于核電利益的大規模試驗。法國和英國的人口和經濟規模相似,而德國的規模也相應較大。這三個國家都是北歐的鄰國,氣候大致相似,目前普遍被視為歐盟的“三大”國家。
如果存在一個差異,那就是每個國家采用不同的能源作為其發電的基礎。誠然,這是一種概括,但德國選擇了煤炭,英國選擇了天然氣,而法國則選擇了核能。看看世界銀行的數據,你可以看到這些能源政策如何影響到20世紀70年代直到最近的碳排放。
1973年,在法國開始向核轉型之前不久,法國和英國分別排放了9.667和11.746公噸的人均二氧化碳。到2014年,法國的排放量下降了52%,但英國的排放量僅下降了45%。德國剛剛開始報道統一后的情況,而且脫碳的速度要慢得多,自1991年以來僅下降了24%。
美國能源部在橡樹嶺國家實驗室的設施指出了法國較低排放與其親核立場之間的明顯聯系。一個2011年報告中說:“大量使用核電顯然來自法國削減化石燃料相關的二氧化碳排放。” 2017年,法國總統伊曼紐爾·馬克龍(Emmanuel Macron)肯定了他對核能作為脫碳載體的承諾。
針對可再生能源的一個論點是,在沒有晴天或多風的情況下,電力耗盡,使其無法提供基本負荷電力。這就是你能夠并且應該依靠全天候提供的能量,無論風雨無阻。可再生能源的間歇性只是部分正確,因為混合各種能源的電網很可能能夠根據供應在技術之間切換。并且正在繼續開發更便宜,更密集和更環保的電池,以平衡間歇性供應。特斯拉在澳大利亞和夏威夷等地建造了“大電池”,以儲存來自可再生能源的能源。
但電池需要花錢,這可能會增加可再生能源的價格而不是化石能源的價格。核電可以在他們的位置使用,提供這種基本負荷電力,以確保當可再生能源無法滿足需求時供應永遠不會耗盡。“[核]基本上每周7天,每天24小時發電,”Mummah說,“你不僅在為一百萬個家庭供電,而且還在不斷地產生這個水平。”
核電也有許多缺點,而且從來沒有人清楚這些收益是否比損失更有說服力。每一種能源都有自己的問題:燃燒化石燃料,你會得到我們可以利用的熱量,以及釋放到大氣中的有毒物質,這是我們不能的。可再生設備,如太陽能電池板和電池,即使需要數十年的時間才能降低使用時間。
核電也不例外。核裂變產生裂變產物,在反應消退后,原始燃料留下的一切。因為這些元素,如鈾,已經將原子粉碎,所以它不再是鈾,而是元素周期表中的任何元素。一個常數是材料具有高放射性,需要安全儲存,直到其放射性能夠消退。
核儲存池,其中“用過的”燃料棒保持在水下。
儲存核廢料基本上意味著將其浸入水中直至變得不那么致命,然后將其埋入混凝土中。“還有其他方法可以做到這一點,”Sarah Jordaan博士解釋說,“但仍然沒有實施強有力的計劃,特別是在美國。” 在國內,問題是美國有9萬噸核廢料,足以填滿20米深的足球場。但該國從未接近確定單一處置或長期儲存設施。
在此期間,內華達州的尤卡山復合體被用來容納大量的這種材料,但這不是一個永久的解決方案。Katie Mummah認為沒有必要打擾,因為“大部分材料仍然可用,但我們不會在美國進行[核廢料回收]。” 這將要求對裂變產物進行化學處理以將它們分離出來,回收用于反應器的可用鈾。廢物再加工是可能的; 雖然它只在法國,英國,俄羅斯和日本(在不久的將來)進行,但數量非常少。
Pete Wilkinson是環保主義者,也是英國綠色和平組織的聯合創始人,他是英國放射性廢物管理委員會的成員。“我們在2007年報告說,只有兩種處理放射性廢物的方法,這兩種方法都不令人滿意。” 小組發現你可以儲存裂變產品或處理裂變產品,處置是“最差的選擇”。但是,威爾金森補充說,“處置問題很多,”其中許多都是“顯示停止”。
在英國,“我們有500,000立方米的放射性廢物,”威爾金森說,“其中一小部分將在25萬年內致命。” 令人擔憂的是“新建廢物將比我們現有的廢物更熱,放射性更強。” 這將使存儲站點成為自然災害的風險,以及尋求獲取危險材料的邪惡類型。
反對核能的論點往往與那些反對核武器的人齊頭并進。任何能夠濃縮鈾和钚以進行能源生產的國家都不可避免地也會制造武器。“[核]技術可以提供更高水平的武器級钚,”Sarah Jordaan博士說,“盡管各種不擴散條約已經解決了這個問題。” Jordaan博士是華盛頓約翰霍普金斯大學高級國際研究學院能源,資源和環境學助理教授。
“ 聯合國防止核擴散條約”于1968年開放,兩年后生效。它規定,其中191個簽署國的國家不制造新的核武器,而是共同努力促進和平利用核能。但那些仍然擁有武器技術的國家,包括美國和英國,都能夠更新自己的這些武器庫存。皮特威爾金森認為,推動新核電的推動力是保持“勞動力中的經驗,因為[英國]必須更新三叉戟,”該國的核威懾力量。
核反應堆是龐大,昂貴和復雜的基礎設施,這是許多西方國家正在努力建設的東西。例如,在美國,在紐約建造一英里長的地鐵需要花費35億美元,而這些企業的政治意愿和資金將逐漸減少需要數年時間。“美國已經失去了建設大型基礎設施項目的能力,”Mummah說,“我們正在努力通過經濟學來快速廉價地做到這一點。” 還有一種風險是,由于核電經常落入和失寵,倡導者和政策制定者推動它的意愿較小。
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