今天美國近20%的電力來自于核電。美國擁有世界上最大的核電艦隊，有92個反應堆散布在全國各地。這些發電廠中的許多已經運行了半個多世紀，并且正在接近其預期壽命的終點。

政策制定者正在爭論是讓這些老化的反應堆退役，還是加強其結構以繼續生產核能，許多人認為核能是氣候變暖的煤炭、石油和天然氣的低碳替代品。

現在，麻省理工學院的研究人員說，在權衡核電的未來時，還有一個因素需要考慮：空氣質量。除了作為一種低碳排放源，核電在其產生的空氣污染方面也相對干凈。如果沒有核電，空氣污染的模式會如何轉變，誰會感受到它的影響?

麻省理工學院的團隊在《自然-能源》雜志上發表的一項新研究中提出了這些問題。他們提出了一個設想，即全國所有的核電站都關閉了，并考慮其他能源，如煤炭、天然氣和可再生能源將如何滿足一整年的能源需求。

他們的分析顯示，確實，空氣污染會增加，因為煤炭、天然氣和石油資源會增加以彌補核電的缺失。這本身可能并不令人驚訝，但該團隊已將數字用于預測，估計空氣污染的增加將產生嚴重的健康影響，導致一年內與污染相關的死亡人數增加5200人。

然而，如果有更多的可再生能源可用來供應能源網，就像預計到2030年那樣，空氣污染將得到遏制，盡管不是完全遏制。研究小組發現，即使在這種更健全的可再生能源的情況下，該國一些地區的空氣污染仍然略有增加，一年中共有260人因污染而死亡。

當他們觀察受污染增加直接影響的人群時，他們發現黑人或非洲裔美國人社區--他們中的大多數人住在化石燃料工廠附近--經歷了最大的暴露。

"當你考慮核電關閉時，這為環境健康和社會影響的方程式又增加了一層，在那里，談話往往集中在事故和采礦或長期氣候影響造成的局部風險上，"主要作者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系(EAPS)的一名研究生Lyssa Freese說。

研究報告作者、麻省理工學院數據、系統和社會研究所(IDSS)和EAPS的教授Noelle Selin補充說："在關于保持核電站開放的辯論中，空氣質量并不是討論的重點，我們發現的是，來自化石燃料工廠的空氣污染是如此具有破壞性，任何增加空氣污染的行為，如核電站關閉，都將產生實質性的影響，而且對一些人來說，影響比其他人更大。"

該研究與麻省理工學院有關的共同作者還包括首席研究科學家Sebastian Eastham和Guillaume Chossière SM '17, PhD '20，以及加利福尼亞大學戴維斯分校的Alan Jenn。

未來的逐步淘汰

當核電站在過去關閉時，化石燃料的使用也隨之增加。1985年，田納西河谷的反應堆關閉促使煤炭使用量激增，而2012年加州的一座核電站關閉導致了天然氣的增加。在德國，核電幾乎完全被淘汰，燃煤發電最初增加，以填補這一空白。

注意到這些趨勢，麻省理工學院的團隊想知道如果核電被完全淘汰，美國的能源網將如何應對。

"我們想思考能源網未來會發生什么變化，"弗里斯說。"我們知道煤炭的使用正在減少，而且已經有很多工作在研究這對空氣質量的影響。但是沒有人研究過空氣質量和核電，我們也注意到核電在下降。"

在新的研究中，該團隊使用了由Jenn開發的一個能源網調度模型來評估美國能源系統將如何應對核電的關閉。該模型模擬了全國每個電廠的生產情況，并連續運行，逐小時估計全國64個地區的能源需求。

與實際能源市場的運作方式非常相似，該模型根據成本選擇增加或減少工廠的生產： 在任何時候，生產最便宜的能源的工廠會優先于更昂貴的能源供應給電網。

該團隊向該模型提供了關于每個工廠在整個一年中不斷變化的排放和能源成本的現有數據。然后，他們在不同的情景下運行該模型，包括：沒有核電的能源網，類似于今天的包括核電的基線網，以及沒有核電的網，也包括預計到2030年將增加的可再生能源。

他們將每個模擬與大氣化學模型相結合，模擬每個工廠的各種排放物如何在全國范圍內傳播，并將這些軌跡疊加到人口密度地圖上。對于處于污染路徑上的人口，他們根據其暴露程度計算出過早死亡的風險。

系統反應

他們的分析顯示了一個清晰的模式： 在沒有核電的情況下，空氣污染普遍惡化，主要影響到東海岸的地區，那里的核電站大多集中在那里。如果沒有這些工廠，研究小組觀察到煤炭和天然氣工廠的產量上升，與基線方案相比，全國有5200人因污染死亡。

他們還計算出，由于電網補償了核電的缺失，更多的人也可能因二氧化碳排放的增加而過早死亡，造成氣候影響。這種額外涌入的二氧化碳產生的氣候相關影響可能導致在下個世紀增加16萬人死亡。

"如果我們試圖將核電站作為能源系統的一部分來考慮，我們需要對核電站的退役方式進行深思熟慮，"Freese說。"關閉本身沒有直接排放的東西，仍然會導致排放的增加，因為電網系統會做出反應。"

"這可能意味著我們需要部署更多的可再生能源，以填補核電留下的漏洞，核電基本上是一種零排放的能源，"塞林補充說。"否則，我們將有一個我們不一定指望的空氣質量下降。"

這項研究得到了美國環境保護局的部分支持。