核能发电，阻止全球变暖

      在本月早些时候，大西洋导航者号（Atlantic Navigator）货轮驶抵美国巴尔的摩港。导航者号上载有苏联在冷战时期制造的一批核武器。在过去20年间，有19000个俄罗斯核弹头经过拆卸处理，运往美国，在核反应堆中发电。事实上，在这20年里，为美国100座核反应堆供能的铀燃料中，有超过一半来自这个核武器再利用计划。

    美国核能发电不但能消除核战的威胁，还能应对另一大世界问题：气候变化。核能发电产生的二氧化碳更少。根据美国哥伦比亚大学气象学家詹姆斯·汉森（James Hansen）的分析，核能发电虽然在美国发电总量中只占20%，但是却减少了640亿公吨的温室气体排放。核能发电也不会像燃烧煤炭的火电厂一样烟雾滚滚，造成其他空气污染，可能也因此拯救了180万条生命。

    因此，汉森和前能源局局长 （Steven Chu）认为，核能发电技术，是我们抵御灾难性气候变化的关键。汉森在12月3日告诉记者：“我们不能把所有化石燃料都烧了。”但是我们也要知道，只要化石燃料还是最廉价的能源，人类就仍会拿它来燃烧发电。“煤炭燃烧产生的温室气体，在全球排放量中几乎占了一半。如果我们能把这些火电站换成现代安全的核反应堆，我们很快就能减少污染。”

    他还握有证据：历史上温室气体排放量出现的最大下滑，发生于上世纪七八十年代的法国。当时法国正逐步由燃烧化石燃料发电过渡到核反应发电，每年都能减少大约2%的温室气体排放。汉森及同事在国际期刊《PLoS One》撰文预测，全球变暖污染物的排放量每年至少应减少6%，我们才能阻止“危险的”气候变化。汉森的同事（也是论文合作者），哥伦比亚大学地球研究所所长杰弗里·萨克斯（Jeffrey Sachs）补充道：“从全球范围来看，除了使用核能之外，我们不知道还有什么方法能达成这一目标。”

    现在我们面临的唯一问题是：我们的核反应堆还不够多。

   核能引领未来

    中国在建设新型核反应堆上已占据世界领先地位。根据世界核能协会（World Nuclear Association）的统计，目前在中国全境有29座核反应堆正在建设之中，还有59座已经提交方案。中国建设的核反应堆，还不仅仅局限在一般的那种使用水和铀燃料棒的反应堆，还包括最初由加拿大设计的重水反应堆，以及尚处于测试阶段的小型快速反应堆。

    但我们也要知道，就算中国准备建设的所有核电站都能顺利完工，该国仍有50%的电能要通过烧煤获得。而且在核电站建成之后，中国全部核反应堆最多能提供的电能总量，和美国现役的核电站提供的电能总量其实相差不大。另外，核电站在建设过程中也少不了要用钢铁和水泥，还有制造核燃料必须的浓缩铀（或者如“兆吨换兆瓦”计划那样，将核武器的高浓铀转化成低浓铀，用于核能发电）——这些材料在其本身的制造过程中，都会产生温室气体。根据美国能源部国家可再生能源实验室的说法，这相当于在核电站服役期间，它每生产一千瓦时电能，就会排放大约相当于12克二氧化碳的温室气体——和风能漩涡发电机一样（它在建设过程中也要用到钢铁、塑料、稀土等材料），比太阳能光伏板略少。

    核能发电造成的污染和风能相当。

    但在世界其他地方，核能发电产业已逐渐萎缩。在2011年地震和海啸导致日本福岛第一核电站发生核泄漏之后，日本就再没启用核电站。那一悲剧事件也在世界其他地区掀起舆论巨浪。德国计划终止核能发电；就连法国政府也宣布，该国计划减少核反应堆的数量。美国即将建成5个新的核反应堆，来代替4个年事已高、在今年退役的反应堆。但其他旧反应堆也被纷纷关闭，比如新泽西州的奥伊斯特河核电站（Oyster Creek）和佛蒙特州的扬基核电站（Yankee）。所以美国现役核反应堆的数量其实也在减少。

    其中一个很大的原因是财政压力。建设大型核反应堆，需要花费大把金钱，来保证其安全性和可靠性。比如说，美国如果想把核能发电提供的电量提升到其发电总量的四分之一，就需要再建设1000座新型核反应堆（增设，或者替换旧反应堆）。从现在的物价来看，要在乔治亚州建设两座AP-1000型反应，需要投资7万亿美元——虽然因为工程浩大，总价可能有所下调，但仍无疑是个相当可观的数目。

    解决方法之一，是建设所谓“模块化设计”的小型核反应堆。田纳西流域管理局（The Tennessee Valley Authority）希望能在田纳西克林奇河核电站（Clinch River）建设一个这样的反应堆，以此来推动小型核反应堆的发展。美国政府曾试图在克林奇河核电站建设自己的商用快速反应堆，可惜以失败告终。

    那个未能完工的增殖反应堆，是美国已告结束的新型反应堆研发计划留下的遗产。同类反应堆还包括“实验性增殖反应堆”（Experimental Breeder Reactor XBR），它在爱达荷州成功运转了将近30年。汉森说：“美国政府在十几二十年前居然叫停了尖端核能发电研发计划，这真是令人扼腕。但现在我们又到了追求进步的时候，中国和其他国家都在寻求烧煤之外的发电方式。”

    新开端？

    也就是说，核能发电正越发受到科学界的关注——至少在冷战结束之后，这还是头一次。科学家正在研发使用新型反应堆，用替代冷却液来取代水——比如美国核能转换公司（Transatomic Power）的熔盐冷却反应堆，以及美国洁净能源应用技术开发公司（Hyperion Power）的液态铅铋反应堆。这类创新设计，吸引了包括比尔·盖茨在内的许多亿万富翁投资支持。核能转换公司甚至还在今年的美国能源部高级研究规划署（Advanced Research Projects Agency–Energy ARPA-E）年度峰会上，赢得了能源投资人颁发的最高奖项。比尔·盖茨在去年的ARPA-E峰会上说：“在核能的智能应用方面，只要新设计能符合严格的标准，我们就应该允许大胆创新……核分裂产生的能量，比燃烧碳氢化合物多上数百万倍。我们真应该好好加以利用。”

    但是ARPA–E自己却没有开发替代反应堆的打算，因为检验新型设计的花费太大，开发成品的时间周期也太长。现已加盟Google的ARPA–E前任署长阿伦·马宗达博士（Arun Majumdar）在今年稍早曾接受《科学美国人》采访，他提到：“我们在核能开发上曾经做过很多尝试。但我们后来意识到，就算我们在核工程上投资了3千万到4千万美元，我们也不能保证肯定有所成效……如果预算足够的话，我倒还愿意试一试。”

    核能发电如果能获得更多资金用以开发新型设计，获得公共财政支持用以建设（比如推行某种清洁能源比例标准，以促使人们使用各种低碳能源，而不只限于可再生能源和碳税制度）。核能也许能让我们从三方面减少温室气体排放：用更少的能源做更多的事（提高能源效率），使用低碳能源，以及使用电能汽车（当然，它们使用的电能需要来自清洁能源，而不是煤炭燃烧）。正如萨克斯博士所说，“我们获得大量清洁电能的方法屈指可数”，比如地热、水能、核能、太阳能和风能。“世界各地的条件不同，除煤炭外能够选择的能源也不一样。”

    只要中、美等国仍需大电网供电，我们就离不开原子核反应、煤炭或燃气，因为它们与可再生能源不同，随时都能供电。但现在的国际趋势是减少核能应用，而增加天然气的比例——正如德国“Energiewende”（能源转移）计划打算做的那样。该计划试图加大对太阳能、风能和其他可再生能源的应用，但同时也要关闭该国现役的17座核反应堆。经济学家莱纳·巴克（Rainer Baake）曾是一名德国政客。他现在是能源转移智囊团“Agora Energiewende”的领军人物。他介绍说，德国其实希望研发出某种技术，将可再生能源产生的多余电能以燃气的形式储存起来，留待日后燃烧发电——这就是所谓的“能量到燃气”项目。而核能应用倒退还会带来更糟糕的影响，那就是它将导致更多火电厂的出现，就像上世纪八十年代美国核电站建设期结束之后发生的那样。

    汉森等人为此振臂疾呼，核能这种蕴藏丰富的清洁能源，能够在这个人口膨胀的时代消除贫穷，并减少温室气体排放。核能发电，是我们目前已经掌握的少数清洁能源技术之一，而且它还有很大的发展与创新空间。天然气虽然可以吸收并储存二氧化碳，但其实也不过是绕了点路，仍无法阻止我们走向灾难。我们唯有立即转向可再生能源和核能，才能阻止灾难发生。

    但要利用核能，我们还面临着许多障碍：就算我们只依赖于现在已经掌握的核能技术，我们也至少需要几十年来设计、注册和建设核电站——更别提开发新技术了。也就是说，新的核能技术也许不能在短期内有力地阻止气候变化，我们暂时只能依赖于已有的核反应技术——但现在就连这些已知技术，也没有在世界范围内得到很好的应用。

    正因为核能发电产业的衰退，美国核电站虽然坚持“兆吨换兆瓦”计划20年，但也没能消除核武器的威胁。虽然俄、美两国都已做出最大努力，将核武器用于发电，但俄罗斯依然保有约计8500个核弹头，美国则有大约7700个。而现在，核能发电又和气候变化问题撞到了一起。正如汉森在他那篇分析文章后面补充的那样，“环保人士必须了解，他们一味主张在世界范围内强制推行完全使用再生能源的政策，但这只能继续巩固化石燃料作为发电基本能源的地位，使其他虽不可再生，但蕴藏丰富的清洁能源失去立足之地。比如核能，就将被毫无道理地排除在可利用能源之外。”
 

信息来源：果壳网