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核能如何阻止全球变暖?

专家普遍认为核能是如今为数不多的可以阻止气候变暖的科技之一。

这月初,一艘船停靠在巴尔的摩港,它装载着一些前苏联在冷战时引以为傲的核武器。在过去的20年里,有超过19000个核弹头被拆除然后送往美国,进而被加工成核反应堆的燃料。实际上,美国那段时间用来给超过100个反应堆供能的铀燃料中,有超过一半的量都是通过核武器的回收再加工而来的。

这些由回收的核武器建造成的核电站除了可以降低发生核战争的风险,还可以延缓另一全球化挑战:气候变化。

哥伦比亚大学的气候科学家曾经推测,这样的反应堆产生的低碳电能可以为这个国家解决20%的用电负担,同时每年还能减少640亿吨的温室气体的排放。另外,这些反应堆并不会像热电厂那样不断排放烟尘,这种环保效应相当于拯救了180万人的生命。

因此,Hansen和美国前任能源部部长StevenChu认为核能是避免灾难性气候变化的重要能源技术。Hansen在去年12月3日曾经说过,虽然人类不能把所有的矿物燃料都烧光。但是由于矿物燃料价格低廉,人们一定会继续使用它。各国媒体每天都在警告说燃煤释放出的温室气体几乎占全球温室气体的一半,但是现实作用几乎为零。如果我们用现代化的核电站来代替火电厂,就可以快速减少大量温室气体的排放。”

Hansen说的这些话并非凭空捏造。20世纪70年代到80年代,法国的温室气体排放量曾显著下降。正是因为当时法国正用核裂变发电技术取代了传统的火力发电,这样每年大致会减少2%的温室气体的排放量。Hansen和同事在某杂志发表的一篇论文中写道,为了避免气候变化带来的危害,全世界每年需要减少6%的温室气体的排放量。

核能的未来

根据世界核能协会的统计,中国在新型核反应堆这一领域处于世界领先水平。目前,中国已完成的核反应堆有29个,并有59个已经提交方案。并且,中国并非仅仅局限于一般的使用水和铀燃料的反应堆,另外还在建造最初由加拿大设计的重水反应堆以及一些在测试中的小型快速反应堆。然而,即使中国计划建造的每个反应堆都建造完成,中国仍有超过50%的电能需要通过燃烧煤矿来获得。而且,中国的核反应堆提供的最大电量跟美国现在的核电站提供的电量大致相同。另外,建造核电站时,需要钢铁水泥,制造核燃料也需要大量的铀(或者如美国的“兆吨换兆瓦”计划中将核武器中的高浓缩铀稀释成低浓缩铀)。而这些材料在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,核电站从建造完成到其报废,每生产一千瓦时的电能,大约会释放相当于12克CO2的温室气体。这与风力发电是一样的(它在建造过程中也需要钢铁,塑料,稀土等),但是比太阳能板释放的少。

然而在有些地方,核电站正逐渐变少。2011年的地震和海啸使日本福岛第一核电站发生严重泄漏事故,这一事故使世界上很多地方的民众倍感震惊。自此日本就再没有建造新的核电站。另外一边,德国仍然计划淘汰掉核能,法国也宣称计划减少核反应堆的数量。在美国,5个正在建造中的核反应堆将代替2013年关掉的那4个老化的反应堆。然而由于老式反应堆正相继地关闭,如新泽西的OysterCreek核电站和佛蒙特州的Yankee核电站,美国反应堆的数量也注定会越来越少。

核能还没有大规模应用的最关键原因是财政压力。建造大规模的核电站需要大量金钱来保证其安全性和可靠性。例如,如果美国想通过核能来提供目前电能总需求量的1/4,则需要建造大约1000个新反应堆(包括替换旧的)。按照如今的物价,在Georgia建造两个AP-1000核电站,需要投资7万亿美元。

一个可以压缩成本的方法是尝试着手建造一些由“模块化设计”的小型核反应堆。美国的田纳西州就打算建造一个这样的小型反应堆,以此来推进小型反应堆的发展。美国曾在这里建造自己的商用快速增殖反应堆,不过以失败告终。

那个没完成的增殖反应堆是美国研究新型反应堆项目遗留的一部分。类似的还有实验性增殖反应堆,它在爱达荷州成功地运转了将近30年。Hansen认为数十年之前,美国停止了对核能的研究和开发是非常可惜的。现在美国应该像中国一样,努力寻找除了煤炭之外的新型绿色能源。

新开端

可以这么说,核反应堆技术至少是从冷战结束后才真正开始受到科学界的关注。例如用冷却液替代水的这个项目中,就有很多研究正在进行,就像美国核能转换公司的熔盐冷却反应堆,和HyperionPower的液态铅铋反应堆等。这些创新设计吸引来了包含比尔·盖茨在内的诸多亿万富翁的支持。美国核能转换公司甚至还在2013年的高等能源研究计划局(即ARPA-E)年度峰会上赢得了由能源投资者颁发的最高奖项。盖茨在2012年的ARPA-E峰会上说,在核能领域,那些天才想法只要符合严格的标准,我们就应该允许大胆创新。核裂变产生的能量比燃烧碳氢化合物产生的能量多达数百万倍,这正是我们需要好好加以利用的。

如果能吸引更多资金来支持这些新设想,例如获得公共财政的支持,核能也许是一个能三管齐下来减少温室气体排放量的方法:使用较少能源做更多的事(即:提高能源效率),使用低碳能源,使用电动汽车(这些电动车的电能是来自于清洁能源而不是火力电站)。

只要有国家需要使用大型输电网来供电,就会需要核能,煤炭或者燃气。如今德国正在一项创新尝试,即能源转移,这个项目增加了太阳能,风能和其他可再生能源的使用,但是也关掉了17个核反应堆。德国希望将可再生能源产生的多余电能以燃气形式储存起来,这便是所谓的“电产气”项目。不过不可避免的是核电站的关闭会导致建造更多燃煤电厂。

Hansen认为在人口急剧膨胀的现在,充足的清洁能源能使人摆脱贫困,并减少温室气体的排放。核能是如今可利用的技术之一,而且有很大的发展空间。天然气虽然可以吸收并储存CO2,但仍然会有很大弊端。我们一定要尽快将能源结构转变到可再生能源和核能中去。虽然障碍依然存在,但我们还是要努力。

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