比爾蓋茲投資的「鈉反應爐」是奇蹟還是賭局?真能解決核廢料的千古難題嗎?

比爾蓋茲投資的「鈉反應爐」是奇蹟還是賭局?真能解決核廢料的千古難題嗎?
Photo Credit: Reuters / 達志影像

我們想讓你知道的是

在開發「新一代核能」的比爾蓋茲眼裡,風能、太陽能等綠能技術仍然成本高昂,其電力輸出變動性也無法處理,因此要達成淨零排放仍需突破性的關鍵新技術。然而,沒有甚麼比這些論述更過時、背離現實的了。

文:顏東白(挪威科技大學智慧配電網中心計畫博士生)

據聞,比爾蓋茲投資的核能企業TerraPower打算在懷俄明州尋找場地,展開鈉冷式快中子(Sodium-Cooled Fast Reactor)Natrium反應爐的展示計畫。

在過去10年來,比爾蓋茲受訪時不斷表示「我們仍需要一場能源奇蹟(We need an energy miracle)。」這也不是比爾蓋茲近期唯一一起投資在爭議性較高的潛在減碳技術上(最近他投資的一項地球工程專案才剛因為侵害原民權益必須另尋計畫廠址),也不是他近期唯一一起核能投資計畫(兩年前,他的行波反應爐計畫才因為美中貿易戰而無法持續)。

對比爾蓋茲來說,很不幸地,過去這些爭議性高的減碳技術投資都沒有產出具體成果;而現在,Natrium反應爐是比爾蓋茲對於奇蹟技術的執著下,下一場押注在核能的賭局。

筆者判斷,Terrapower在此時選擇Natrium反應爐重振旗鼓的原因,是因為其和之前終止的行波反應爐計畫一樣,皆是使用鈉冷式快中子反應爐的技術,因此前一計畫的研究進度可能可以加速Natrium反應爐的部分設計流程,但這論點尚無直接證據證實。

Natrium反應爐,是解決問題還是製造問題?

TerraPower這次新主打的Natrium反應爐為一鈉冷式快中子反應爐;這種反應爐內的連鎖核反應主要由快中子(fast neutron,相較於傳統輕水式反應爐使用的熱中子thermal neutron)維持,其發電過程使用液態鈉做為熱交換液。展示計畫的反應爐預定額定裝置容量為345MW、搭配熔鹽熱儲能最大電力輸出為500MW,目前預計在七年後完成、預估計畫成本為10億美元。

不過,歐美晚近新核能計劃都有初始預估成本太過樂觀的問題,也有工程不斷延宕的情況,所以這些數字應保守看待。

事實上,鈉冷卻式快中子反應爐自原子時代開始以來,就被核子工程時不斷提出過,也一直有各種設計構想和展示計畫。然而最後,就像其他非輕水式反應爐一樣,它們或因成本高昂、或因有重大安全性疑慮,大多數都只停留在實驗或展示階段,便難以再持續下去。比如與Natrium規模類似的「法國先進鈉冷式反應爐工業展示計畫」ASTRID(Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration),在前年就因為經濟性考量而中止

快中子反應爐和傳統反應爐相比,最大的潛在優勢為其搭配再處理過程(reprocessing)後,有機會大幅減少高階核廢料。然而目前,全世界僅有兩座商轉用鈉冷卻式快中子反應爐(BN-600BN-800)——他們都在俄國、其中僅有BN-800使用再處理過的高階核廢料做發電燃料。

因此,鈉冷卻式快中子反應爐做為高階核廢料處置的解決方案,主要仍存於理論,能否實際做為有效減少高階核廢料的商用解方,實證經驗十分缺乏。畢竟,若欲利用再處理將輻射鈾衍生放射性物質總質量有效降低(所謂「有效」,至少需是一個量級的差異),這些再處理設施和快中子反應爐,需要維持運轉數世紀之久。

而目前Natrium反應爐的設計,發電燃料僅使用一次,不包含再處理過程,因此它除了無法解決既有的核廢處置難題,甚至本身產生的高階核廢料問題可能更嚴重。

根據憂思科學家(Union of concerned scientist)近日的報告《先進並不總是較好》("Advanced isn’t always better"),一次性快中子反應爐的燃料燃燒量(fuel burnup,單位質量核燃料可釋放之熱能)雖然比傳統輕水式反應爐要高,但也會產生更多貧鈾(depleted uranium),因此鈾使用效率反而比傳統反應爐差(同樣裝置容量和容量因數下,一次性鈉冷式快中子反應爐每年的天然鈾需求,大約是傳統輕水式反應爐的2.5倍)、產生的高階核廢料也比傳統反應爐高(同樣裝置容量和容量因數下,一次性鈉冷式快中子反應爐每年產生的輻射鈾衍生放射性物質,為傳統輕水式反應爐的兩倍)。

en5u57i1mqfurfy8zp8jnk2dkzc8tg
Photo Credit: AP / 達志影像

同時,Natrium反應爐繼承了所有快中子反應爐皆須面對的核武擴散問題:其使用的發電燃料為「高含量低濃縮鈾」(high-assay low enriched uranium),鈾濃度比例介於10%到20%,高於傳統輕水式反應爐的鈾濃度(小於5%),雖然尚未達到核武等級(大於20%),但仍可再做提煉,因此快中子反應爐比傳統核電廠有更高的核武擴散(nuclear prolifieration)風險。

如果未來Natrium反應爐導入再處理過程,其造成的核武擴散風險將大增;印度的核武研發,便是透過快中子反應爐燃料提煉出的鈽而能完成的

核能安全方面,使用液態鈉作為冷卻液一直具有危險性,最知名的案例莫過於1995年發生嚴重液態鈉外泄燃燒事件的文殊反應爐。憂思科學家《先進並不總是較好》報告也提到鈉冷式快中子反應爐的其他潛在核安隱憂:商轉規模的鈉冷式快中子反應爐通常具有正空隙係數(void coefficient),如果液態鈉被加熱並開始沸騰,正空隙係數會讓反應爐內的核反應性提高,因而有形成正回饋循環的風險。

另外,快中子反應爐不需水做為調節劑(moderator)便可以達到臨界性,這代表它們具有核爆的風險。這些事故發生的機率雖然都很低,但也代表相較於傳統輕水式反應爐,鈉冷式快中子反應爐並沒有比較安全。

對全球性氣候政治來說,全球首富不斷投資這些爭議性技術的新聞,往往讓世人在討論減碳路徑時有所失焦,忽略真正應著重的課題並非新興技術的研發,而是如綠能、需求端彈性、儲能等既有成熟技術的加速設置,則是更不幸的事情。

新興核能的開發成功與否無關宏旨,加速建置綠能才是減碳正途

就算Natrium等第四代核能反應爐的展示計畫成功了,它們大概也無法對全球能源轉型趨勢帶來決定性的改變——綠能不斷下降的成本,已經確立了它們在接下來30年邁向淨零排放的能源轉型中,不可動搖的主導地位。即使是以核火產業研究起家的國際能源總署,近日都提出2050年全球電力系統需70%為風光發電的願景;部分科學家和研究人員已經在提更積極的再生能源發展目標

關於未來應該採100%再生能源還是綠能加上核能、碳捕捉等技術的轉型路徑,支持核綠共存的一種論點是這會讓系統最終儲能需求大幅減少,降低系統總成本。

shutterstock_203643517
Photo Credit: Shutterstock / 達志影像

先不論儲能技術的成本持續下降核能成本卻持續上揚讓人對這樣的論點有所懷疑,在TerraPower的Natrium反應爐計畫中,這座小型核能反應爐也計畫將搭配其裝置容量約40%的熔鹽熱儲能,這讓人不免要疑問:如果不論何種轉型路徑最終都需要建置大量的儲能,又如何能論證前景不明的核能是必要選擇?畢竟熔鹽熱儲能或其他儲能技術,也能直接和再生能源、工業製程、或電網做搭配,而這些搭配選項的成本下降趨勢和技術成熟度,都比新式核能反應爐更明確。

這裡,便顯示出比爾蓋茲受訪時談論其新核能投資計畫、和批評綠能的論調,對於能源轉型進程真正的危害;在比爾蓋茲眼裡,風能、太陽能等綠能技術仍然成本高昂,其電力輸出變動性也無法處理,因此要達成淨零排放仍需突破性的關鍵新技術;沒有甚麼比這些論述更過時而背離現實的了

對於比爾蓋茲這些落伍認知,最近剛出版《氣候戰爭》(The Climate War)的賓州州立大學大氣系教授Michael E. Mann,如此說到

「我們不需要奇蹟。我們的手上早已握有解方——太陽能、風能、地熱能。一切只關乎誘因,能創造合適的投資環境並加速再生能源的佈建,同時擺脫化石燃料的種種政策。就我來看,這是一條(相較於技術官僚導向的路徑)遠為安全的路徑。這也是我在《氣候戰爭》中所提倡的。」

再生能源經濟(Renew Economy)的專欄作者Ketan Joshi則更直白

「我們何時才能承認,比爾蓋茲長期以來把風光變動性視為『尚未解決』且尚待『奇蹟』處理的說法,不僅錯誤,且實際上極端有害?」

而這也是每當比爾蓋茲又宣布新的爭議性減碳研發計畫時,筆者不免產生的疑問。

延伸閱讀

責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航


Tags: