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核能作为可再生能源的提案
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核能发电是否应视为可再生能源一直多有争论。除美国犹他州以外[1]，多数法定可再生能源的定义通常会排除现有核能技术。多数辞典在定义再生能源技术时，也会省略或明确排除核能。但地球内部自然产生的核衰变热除外。[2][3]
美国能源信息署表示传统核分裂电厂最常用的燃料铀-235为“不可再生”，但未提及可回收的混合混合氧化物核燃料是否可再生。[3]国家可再生能源实验室在“能源基础”的定义中，也没有提及核能是“再生能源”。[4]布伦特兰委员会则在1987年把增殖反应堆类型的核分裂反应堆，以及有开发潜力的可控核聚变，与太阳能和水力发电并列为可再生能源。理由是这两类核燃料的生产多于消耗。[5]另外，即使是使用地热等其他可再生能源，其产出的放射性废弃物也需善加监控和保存。[6]
可再生能源的定义
可再生能源流（Renewable energy flow）与自然现象息息相关。除潮汐能外，几乎所有可再生能源都是源自（天然核分裂的）太阳或地热。地热能主要源自地球内部放射成因核素所产生的热能量。可再生能源的资源，在部分地区分布地颇为平均；但在部分地区，则只集中在某些国家。[7]
核分裂
1987年，由联合国创建、但与之独立的世界环境与发展委员会（WCED）发布了《我们共同的未来》，其中把增殖反应堆的核分裂及核聚变都归类为可再生能源，与太阳能和水力并列。[5]
Degueldre (2019)等人认为，若核能在概念上要满足可再生能源的条件，那就要深究自从核燃料循环的前端、到使用特定流体燃料、反应器的燃料生产和能量转换……等一系列的流程组合。[8]世界各国已经研究从诸如海水的稀释流体矿石中提取铀矿。Degueldre (2017) 建议应多加节制自海水开采铀矿。[9]若以每年若干千吨（kiloton）的铀提取速率持续几个世纪，其对海洋中铀的平衡浓度（3.3 ppb）影响不大：这一平衡是由河水每年输入约10千吨，以及从1.37艾克吨（exaton）海水中沉积至海底，所共同维持的。[10]论文建议使用特定的生物质材料来吸附，并提取可再生的铀矿，还有其他过渡金属。生物质上的铀负载量约为100 mg/kg。接触时间过后，装载的物质将被干燥并燃烧（CO2中和），并将热量转化为电能。[11]
熔盐快堆中的铀“燃烧”有助能量转换，它以极高的产量燃烧所有锕系同位素，从而从裂变中产生最大量的热能并将其转化为电能。这种优化可以通过降低液体燃料/冷却剂中的慢化程度和裂变产物浓度来实现。这些效果可以通过使用最大量的锕系元素和最少量的碱土金属元素来实现，从而产生更硬的中子谱。在这些最佳条件下，每年每生产一千兆瓦（GW）电力，天然铀的消耗量将达到7吨。[8]
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核分裂反应堆为自然能量现象，过去曾有多人发现过自然形成的反应堆。比如在1970年代，在加蓬的奥克洛，曾有人发现一座天然核分裂反应堆。其运作了几十万年，平均热功率为100千瓦。 [12][13]
常规人工核分裂发电厂的主要燃料是铀，该金属常见于岩石之中。[14]在常规反应堆中“燃烧”的铀为铀-235。若不使用燃料回收、并按照目前使用速度估算，那么铀将是最终会耗尽的不可再生能源。
核分裂枯竭的处境与常见的可再生能源地热能很相似：地热能量源自天然核分裂，其燃料为在地壳广泛分布、但数量有限的铀、钍和钾-40。也因为核分裂的核衰变过程，地热能量最终也会如同太阳的枯竭般枯竭。[15][16]
增殖反应堆的核分裂的燃料生产多于消耗，其分裂燃料的增殖比高于1，因此比常规分裂反应堆更易视为可再生资源：增殖反应堆会借着转化可增殖材料，持续补充核燃料供应，具体而言是把铀-238和钍等分别转化为钚或铀-233等可分裂同位素。尽管可增殖材料也属不可再生的，但在地球上的供应量极为丰富，可供应的时间也远远长于地热能。因此，若增殖反应堆使用封闭式核燃料循环，其燃料会被视为可再生的。
1983年，物理学家伯纳德·科恩宣称即使快中子增殖反应堆只使用从海水提取的天然铀为燃料，其可供应的能量至少等同于太阳预估余命（50亿年）。[17]该估算的前提为：在考虑包括侵蚀、隐没、抬升等地质循环、以及人类以每年使用6500公吨铀（这使用量占了全地壳一半的铀）的前提：6500公吨的铀，足以产出相当于1983年全球用电量的10倍的电力。在这个前提下，海洋中的铀浓度在下降25%同时，铀价只会上涨不到25%。[17][18]
橡树岭国家实验室和阿拉巴马大学在美国化学学会2012的年刊上，发表了一篇海水提取铀的实做的论文，指出只要提高材料的生物降解，就能在工业开采方面，降低从海水中提取铀的成本。论文提及的改进方法是使用虾壳的甲壳质静电纺丝垫：和之前日本使用塑料偕胺肟网的方法相比，这种垫子能更有效地吸收铀。[19][20][21][22][23]截至2013年，前导实验只从海洋中提取了几公斤的铀。此时有人认为，从海水中以工业规模提取的铀会持续补充、从而将海水浓度保持在稳定水平。[24]随着从海水提取铀的效率提升，2014年《海洋科学与工程》的论文指出，若以轻水反应堆为目标，那要大规模开采，才具经济竞争力。在2016年《工业与工程化学研究》杂志的特刊中，还专门讨论了该领域在全球的研究成果。[25]
截至2022年，只有两座增殖反应堆有工业级的电力生产：即BN-600与BN-800。法国的凤凰号反应堆运转了30年后退役，其增殖比大于1，并于1987年《我们共同的未来》出版时在役中。
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核聚变
可控核聚变若开发成功，在相同重量的燃料下，其产出能量将远远超过目前使用的任何能源燃料。[26]主成分为氘的燃料在地球海洋中含量丰富：海水中每6500个氢原子，约有1个以半重水形式存在的氘。[27]这个比例约为0.015%，表面上看来很低，但由于核聚变反应大过化学燃烧的能量、丰沛的海水也比化石燃料更易获取，核聚变技术预估可满足世界数百万年的能源需求。[28][29]
在氘+锂的核聚变循环中，若能自海水中提取出所有的锂，按照2004年的世界能源消耗量，这种能源的估计能供应约6000万年。[30]而在第二简单的氘+氘燃烧中，若以2004年的前提、假设能提取并使用海水中所有的氘，那么估计的燃料将长达1500亿年。[30]
美国立法
2009年，犹他州通过了《可再生能源发展法案》，其中部分内容将核能定义为可再生能源的一种形式。[1]北卡罗来纳州通过了参议院第678号法案，将核聚变列为清洁能源的可再生能源。 [31]
参见
- 能源生命周期温室气体排放
- 不可再生能源
- 铀矿开采
- 核电存废问题
- 核聚变
- 拥核运动
- 100%可再生能源
参考资料
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