热门问题
时间线
聊天
视角
核能作為可再生能源的提案
来自维基百科，自由的百科全书
Remove ads
核能發電是否應視為可再生能源一直多有爭論。除美國猶他州以外[1]，多數法定可再生能源的定義通常會排除現有核能技術。多數辭典在定義再生能源技術時，也會省略或明確排除核能。但地球內部自然產生的核衰變熱除外。[2][3]
美國能源信息署表示傳統核分裂電廠最常用的燃料鈾-235為「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]國家可再生能源實驗室在「能源基礎」的定義中，也沒有提及核能是「再生能源」。[4]布倫特蘭委員會則在1987年把增殖反應爐類型的核分裂反應爐，以及有開發潛力的可控核融合，與太陽能和水力發電並列為可再生能源。理由是這兩類核燃料的生產多於消耗。[5]另外，即使是使用地熱等其他可再生能源，其產出的放射性廢棄物也需善加監控和保存。[6]
可再生能源的定義
可再生能源流（Renewable energy flow）與自然現象息息相關。除潮汐能外，幾乎所有可再生能源都是源自（天然核分裂的）太陽或地熱。地熱能主要源自地球內部放射成因核素所產生的熱能量。可再生能源的資源，在部份地區分佈地頗為平均；但在部份地區，則只集中在某些國家。[7]
核分裂
1987年，由聯合國創建、但與之獨立的世界環境與發展委員會（WCED）發布了《我們共同的未來》，其中把增殖反應爐的核分裂及核融合都歸類為可再生能源，與太陽能和水力並列。[5]
Degueldre (2019)等人認為，若核能在概念上要滿足可再生能源的條件，那就要深究自從核燃料循環的前端、到使用特定流體燃料、反應器的燃料生產和能量轉換……等一系列的流程組合。[8]世界各國已經研究從諸如海水的稀釋流體礦石中提取鈾礦。Degueldre (2017) 建議應多加節制自海水開採鈾礦。[9]若以每年若干千噸（kiloton）的鈾提取速率持續幾個世紀，其對海洋中鈾的平衡濃度（3.3 ppb）影響不大：這一平衡是由河水每年輸入約10千噸，以及從1.37艾克噸（exaton）海水中沉積至海底，所共同維持的。[10]論文建議使用特定的生物質材料來吸附，並提取可再生的鈾礦，還有其他過渡金屬。生物質上的鈾負載量約為100 mg/kg。接觸時間過後，裝載的物質將被乾燥並燃燒（CO2中和），並將熱量轉化為電能。[11]
熔鹽快堆中的鈾「燃燒」有助能量轉換，它以極高的產量燃燒所有錒系同位素，從而從裂變中產生最大量的熱能並將其轉化為電能。這種優化可以通過降低液體燃料/冷卻劑中的慢化程度和裂變產物濃度來實現。這些效果可以通過使用最大量的錒系元素和最少量的鹼土金屬元素來實現，從而產生更硬的中子譜。在這些最佳條件下，每年每生產一千兆瓦（GW）電力，天然鈾的消耗量將達到7噸。[8]
Remove ads
核分裂反應爐為自然能量現象，過去曾有多人發現過自然形成的反應爐。比如在1970年代，在加彭的奧克洛，曾有人發現一座天然核分裂反應爐。其運作了幾十萬年，平均熱功率為100千瓦。 [12][13]
常規人工核分裂發電廠的主要燃料是鈾，該金屬常見於岩石之中。[14]在常規反應爐中「燃燒」的鈾為鈾-235。若不使用燃料回收、並按照目前使用速度估算，那麼鈾將是最終會耗盡的不可再生能源。
核分裂枯竭的處境與常見的可再生能源地熱能很相似：地熱能量源自天然核分裂，其燃料為在地殼廣泛分佈、但數量有限的鈾、釷和鉀-40。也因為核分裂的核衰變過程，地熱能量最終也會如同太陽的枯竭般枯竭。[15][16]
增殖反應爐的核分裂的燃料生產多於消耗，其分裂燃料的增殖比高於1，因此比常規分裂反應爐更易視為可再生資源：增殖反應爐會藉著轉化可增殖材料，持續補充核燃料供應，具體而言是把鈾-238和釷等分別轉化為鈽或鈾-233等可分裂同位素。儘管可增殖材料也屬不可再生的，但在地球上的供應量極為豐富，可供應的時間也遠遠長於地熱能。因此，若增殖反應爐使用封閉式核燃料循環，其燃料會被視為可再生的。
1983年，物理學家伯納德·科恩宣稱即使快中子增殖反應爐只使用從海水提取的天然鈾為燃料，其可供應的能量至少等同於太陽預估餘命（50億年）。[17]該估算的前提為：在考慮包括侵蝕、隱沒、抬升等地質循環、以及人類以每年使用6500公噸鈾（這使用量佔了全地殼一半的鈾）的前提：6500公噸的鈾，足以產出相當於1983年全球用電量的10倍的電力。在這個前提下，海洋中的鈾濃度在下降25%同時，鈾價只會上漲不到25%。[17][18]
橡樹嶺國家實驗室和阿拉巴馬大學在美國化學學會2012的年刊上，發表了一篇海水提取鈾的實做的論文，指出只要提高材料的生物降解，就能在工業開採方面，降低從海水中提取鈾的成本。論文提及的改進方法是使用蝦殼的甲殼質靜電紡絲墊：和之前日本使用塑料偕胺肟網的方法相比，這種墊子能更有效地吸收鈾。[19][20][21][22][23]截至2013年，前導實驗只從海洋中提取了幾公斤的鈾。此時有人認為，從海水中以工業規模提取的鈾會持續補充、從而將海水濃度保持在穩定水平。[24]隨著從海水提取鈾的效率提昇，2014年《海洋科學與工程》的論文指出，若以輕水反應爐為目標，那要大規模開採，才具經濟競爭力。在2016年《工業與工程化學研究》雜誌的特刊中，還專門討論了該領域在全球的研究成果。[25]
截至2022年，只有兩座增殖反應爐有工業級的電力生產：即BN-600與BN-800。法國的鳳凰號反應爐運轉了30年後退役，其增殖比大於1，並於1987年《我們共同的未來》出版時在役中。
Remove ads
核融合
可控核融合若開發成功，在相同重量的燃料下，其產出能量將遠遠超過目前使用的任何能源燃料。[26]主成份為氘的燃料在地球海洋中含量豐富：海水中每6500個氫原子，約有1個以半重水形式存在的氘。[27]這個比例約為0.015%，表面上看來很低，但由於核融合反應大過化學燃燒的能量、豐沛的海水也比化石燃料更易獲取，核融合技術預估可滿足世界數百萬年的能源需求。[28][29]
在氘+鋰的核融合循環中，若能自海水中提取出所有的鋰，按照2004年的世界能源消耗量，這種能源的估計能供應約6000萬年。[30]而在第二簡單的氘+氘燃燒中，若以2004年的前提、假設能提取並使用海水中所有的氘，那麼估計的燃料將長達1500億年。[30]
美國立法
2009年，猶他州通過了《可再生能源發展法案》，其中部分內容將核能定義為可再生能源的一種形式。[1]北卡羅來納州通過了參議院第678號法案，將核融合列為清潔能源的可再生能源。 [31]
參見
- 能源生命週期溫室氣體排放
- 不可再生能源
- 鈾礦開採
- 核電存廢問題
- 核融合
- 擁核運動
- 100%可再生能源
參考資料
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads