傳說中「96%可回收」的核燃料,在法國的實際轉換率是10%

傳說中「96%可回收」的核燃料,在法國的實際轉換率是10%

我們想讓你知道的是

雖然核能產業總是表示96%的反應爐用後燃料仍存有價值,但在法國的處理中心,目前僅有1%能夠回收再利用,更因此增加了核燃料在法國各地運輸的次數,產生了額外的廢棄物,而且回收後的燃料束,還不是每個核電廠都能使用。

文:彭保羅(Paul Jobin,中央研究院社會科學研究所) 自法國世界報(Le Monde)編譯,原文由Pierre Le Hir與Nabil Wakim所撰,吳俊輝翻譯

「我們將給後世子孫留下什麼?」

這是4月24日星期三,在Caen市(法國西北部諾曼地區)內某間「哲學咖啡廳(Café philo)」舉辦的討論會上,所提出令人值得深思的主題。在公共辯論會(Débat public)架構之下,以「國家放射性物料與廢棄物管理計畫(Plan national de gestion des matières et déchets radioactifs,簡稱PNGMDR)」 為討論主軸,在法國各地舉行的20多場集會之中,這是第一場,此系列公共辯論會議將於9月25日結束。以「我們將給後世子孫留下什麼?」為主題,用簡潔有力的形式,總結了包括技術、經濟、政治、社會以及道德等等多方面的諮詢。

負責主導辯論會的公共辯論委員會主席Isabelle Harel-Dutirou女士強調:「放射性物料與廢棄物的管理與我們每個人切身相關」,並期待能有更多社會大眾參與討論,然而,為難之處在於應該如何掌握辯論的幅度與複雜性。

就從「國家放射性物料與廢棄物管理計畫」的標題名稱看起:在核能工業上,什麼叫作「物料」以及「廢棄物」呢?

就書面定義而言,名稱上的區別十分簡單:「放射性廢棄物」是無法再利用的最終殘留物,而「放射性物料」則非常有可能回收利用。法國核能產業鏈因此強調「封閉式循環」的概念,宣告96%已用過燃料仍存有價值。藉由循環經濟模式,一次工業過程所產生的廢料可經轉變,作為另一次工業生產的原料。

然而,現今的真實情況並非如此:實際上僅1%是確有價值的。

各發電廠內已用過的鈾燃料會變成什麼?

法國的核電園區(Parc électronucléaire)是產生中、高放射性、半衰期長廢棄物的來源。這些廢棄物即使經過幾十萬年的時間,不論是對人體健康或是環境生態而言,依舊十分危險。至2017年底,法國已累積一百六十萬立方公尺的各種放射性廢棄物。其中,這些中、高放射性、半衰期長的廢棄物就數量而言,雖然僅佔總量的3%左右,然而卻凝聚了高達99.8%的總放射量,因此這些才是最有問題的。

法國電力公司(Électricité de France,簡稱EDF)每年自19個核電廠的58座核反應爐卸載1200公噸已用過燃料。這些燃料已在反應爐內經由鈾核分裂方式生產了能源。它們的形態為燃料束,是由濃縮鈾芯塊以層層堆疊的方式,裝入四公尺高的金屬管內,接著封裝成燃料棒後,再集結成燃料束。

這些已用過燃料束,首先會移至各電廠的貯存池內進行冷卻處置,此階段為期一~四年。然後它們將會裝入安全容器內,由各電廠以火車轉運至位於Manche省Valognes市鎮的鐵路運輸站。這項運輸作業每一年會安排200車次,即每二天就有一班以上的車次執行。

接著,運輸作業會由火車站改採特別車隊的方式,將這些容器運抵Orano公司(前身為Areva阿海琺公司)位於La Hague市鎮的再處理廠。在那裡,這些燃料束將再度放入貯存池內,繼續冷卻四至六年後,才能進行再處理作業。

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Photo Credit: Reuters / 達志影像

核能燃料的「再處理作業」是什麼?

已用過燃料束的金屬組件會經過裁切、壓縮後裝入容器內,暫時擱置於廠區儲存設施裡。至2017年底,La Hague廠已存放了15600個這樣的容器,其中2/3源自法國自身的燃料束,其餘的則必須送回那些委託Orano進行再處理作業的國家(例如荷蘭、德國、義大利、比利時等等)。

這些金屬組件的廢棄物屬於中放射性、半衰期長的高階核廢料。它們最終將會移至位於Bure市鎮(Meuse省)附近,預計在2026或2027年啟用的深層地質儲存中心(Centre Industriel de stockage géologique,簡稱Cigéo),進行永久掩埋。

就已用過的燃料本身而言,其中4%的物質源自於核分裂後的產物,以及核反應時所產生的化學元素。這些物質將摻入玻璃,完成固化作業後再裝入容器內,同樣擱置在La Hague廠裡,至2017年底,這些容器的數量已超過16000桶,其中99%來自於法國自身的核電園區。這些是屬於最終的高階廢棄物,具高放射性,未來也將移往Bure的儲存中心。

已用過燃料內還含有1%的鈽元素,這些鈽元素將轉送至Orano位於Marcoule市鎮(Gard省)的Melox工廠,用以製造名為「混合氧化物核燃料(MOX)」的新燃料。新燃料內混合了約8%的鈽與92%的貧化鈾,這是將天然鈾濃縮用以製成初始燃料時,所產生的一種副產物。目前,有22座發電量為900百萬瓦(MW)的反應爐每一年共使用120公噸的MOX作為燃料,分別位於:Blayais電廠(Gironde省)、Chinon電廠(Indre-et-Loire省)、Dampierre電廠(Loiret省)、Gravelines電廠(Nord省)、Saint-Laurent電廠(Loir-et-Cher省),以及Tricastin電廠(Drôme省)。

最後,已用過燃料內剩餘95%的鈾,經回收之後成為「再處理鈾」,再轉運至Orano的Tricastin電廠儲存設施內,法國電力公司在該廠已存放21000公噸的再處理鈾,而1994至2013年間,他們曾取回一部分,經過再次濃縮後製成新燃料,並且使用於Cruas電廠(Ardèche省)的四座反應爐內,但自2014年起,他們停止了這項作法。

核能燃料的「回收率」為何?

若加上再處理鈾與鈽,核能工業將「仍存有價值」的用後燃料回收率提升至96%。但實際上,有價值再利用的核廢料很少,因此,這個回收率,不意味確實有回收價值。

目前,僅有占比為1%的鈽元素已再利用。

的確,MOX燃料的製造能將貧化鈾再次導入循環內,否則這些鈾如同休耕農地般毫無生產力,每年也可因此減少使用120公噸的新鈾燃料。然而,即便如此計算,實際的回收率也只達10%。換句話說,再處理作業目前僅能保證提供10%的核能發電量。

另外,MOX燃料一旦於反應爐內使用後,就無法再次利用,因為法國並不採行多次回收的作法,即便這在技術上是可行的。於是這些燃料也只能送回貯存池內冷卻,靜待其他假設性用途,目前貯存在La Hague廠冷卻池中已用過的MOX燃料有1400公噸,貯存在法國電力公司其他電廠中則約有500公噸。

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Photo Credit: Reuters / 達志影像

上述單次回收的作法,也為這核工產業鏈的遠景點出問題,在法國核電園區裏,就屬那些使用MOX反應爐的最為老舊,因此未來也會優先除役關閉。法國電力公司於是計畫將下一代發電量為1300 MW的反應爐轉為使用MOX燃料。這項計劃策略已在政府的「多年度能源規劃計畫書」中獲得批准,但仍須進行十年的研究與反應爐機組零組件的修改,大概需等到2028年才能看到這新一代「示範電廠」,並到2032年才可部署啟用。

然而這個情況卻可能改變。

法國電力公司公告了自2023年起,首先會在Cruas電廠重新使用再處理鈾作為燃料,並在2030年內也會陸續施行至其他電廠機組。在如此條件下,扣除了4%的最終廢棄物,已用過燃料將可視為完全回收。該公司甚至計畫降低目前這些再處理鈾的庫存量,每年會在燃料循環內再投入1300公噸,這個數量將會超過每年所產生的1000公噸。

儘管如此,一旦這些燃料進到反應爐內「燃燒」過一次,同樣也無法再利用,最後也會轉運至La Hague廠的貯存池內。換句話說,回收作業僅能進行一次而已。

「再處理作業」真能帶來好處嗎?

綜上所述,再處理作業可否真能帶來利益呢?「是的。」法國電力公司核能燃料部門主管Denis Lépée如此回答。他表示:「透過賦予鈽元素新價值,可節省10%的天然鈾資源;若是再處理鈾的話,則可節省25%,這對於燃料供應的安全性有所貢獻,同時也會大幅度地減少送入深層地質儲存的廢物量。所以這是一個良性循環。」

在Orano,人們當然也為能夠「給予放射性物料二次生命,以求得所有能源潛力」,並且「全力降低放射性毒性以及廢棄物數量,確保其妥善與安全地保存」的科技進行辯護。

至於反核人士,他們則抱持著完全不同的看法。法國綠色和平組織的成員Yannick Rousselet表示:「關於核廢料仍存有價值或可回收這樣的神話,實在已經流傳太久了。」他說:「事實上,再處理作業深化了核能危機,不僅倍增了已用燃料在法國各地運輸的次數,更產生了額外的廢棄物,像是進行再處理作業時被污染的工具、過濾設備和溶劑,或是在La Hague廠內產生,並且外溢至空氣與海洋中的放射性物質。」

這同時也是美國非政府組織憂慮科學家聯盟(Union of Concerned Scientists)的分析。雖然他們非常支持核能,卻也表示:

「再處理作業最終將會提高廢棄物的總量。」

Rousselet 先生還指出,經年累月下來,那些保存在La Hague廠高度安全的建築物內,經再處理作業後所積累的54公噸「滾動式庫存量」的鈽元素,造成了危險的情況。該元素除了具有高放射性毒素之外,若是遭遇恐怖組織的奪取,更可以成為製造核武的原料。

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Photo Credit: Reuters / 達志影像

另外還需關注的問題,是La Hague廠貯存池的容量已經接近飽和狀態,目前已達到93%,預計將於2030年達到上限。針對這一點,法國電力公司預計會在Belleville-sur-Loire電廠(Cher省)裡啟用一座「集中式貯存池」,用來整合與存放所有已用過的MOX或再處理鈾燃料。

至於經濟上的收益性,這一點很難去量化。但不論核能產業鏈再怎麼為「再處理作業」策略辯護,他們其實都知道,不管有沒有經過這項回收作業,最終的整體成本花費其實都差不多。

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責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航