本文最初发布于 Knowable Magazine。
在Ultra Safe Nuclear Corporation（超安全核公司）的一个在线视频中，卡通模拟展示了一场海啸摧毁了他们未来的一座核电站并切断了电源。接下来会发生什么？没什么大不了的：反应堆会自行安静地关闭。“它只是在那里冷却，没有活动的部件或流体，也没有操作员的操作，”令人安心的视频说道。“我们设计了一种反应堆，无论发生什么事件，它都是内在安全的。”
这家总部位于西雅图的公司以及数十家类似的公司正处于全球核能复兴的前沿。随着世界迫切需要摆脱化石燃料，减少温室气体排放并控制全球气温，政策制定者、公司和研究人员正在重新审视核能作为一种绿色替代品，以帮助增强风能和太阳能等可再生能源的发电能力。如今，该行业正从停滞期中复苏，并承诺到2050年将其产能翻一番或翻两番。
两次热门技术趋势支撑着这次复兴。Ultra Safe等公司正致力于建造小型模块化反应堆（SMR），其设计规模仅为传统核电站的一小部分，旨在降低建设成本和潜在灾难的范围。许多公司致力于利用新技术，旨在消除熔毁事故的可能性，并产生寿命更短的废物。
然而，这种兴趣的激增并非没有争议。正如核能领域的所有事物一样，关于社会是否真的需要核能来应对气候变化，以及新系统是否像看起来那样光鲜，仍然存在争论——关于每一项承诺和风险都有合理的正反两方面论点。有人认为新技术可以为我们的能源困境提供绝佳的解决方案；也有人认为核能存在太多的环境、社会和经济问题，最好放弃它，转而采取其他方式来满足全球能源需求。
未来几年将决定核能在全球能源未来的发展方向。“这是一个关键时刻，”哈佛肯尼迪学院核政策专家弗朗西斯卡·焦瓦尼尼（Francesca Giovannini）说道。在接下来的几十年里，核能“要么成功，要么这个行业将彻底完蛋……这一切都有50%的可能性。”
核能发电量的起伏
核能存在一些明显的风险——熔毁事故、核燃料被挪用于武器计划、铀矿开采带来的环境问题、核废料储存问题。在这些担忧的背景下，以及能源生产经济性的变化，核能发电量在21世纪初趋于平稳，甚至在2011年福岛核电站事故后短暂下降。一些国家，尤其是德国，决定彻底关闭其核能项目。但全球核能发电量现在正开始再次缓慢回升。
如今，核电站约占全球电力的10%，仅次于水力发电，是第二大非化石燃料能源。全球约有440座核电站正在运行；另有约60座正在建设中，约有100座已订购或计划中。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）的大多数情景预测，要将全球升温控制在1.5摄氏度以下，都包括某种程度的核能发电能力增长。在国际能源署（IEA）的净零排放路径中，到2050年，全球核能发电量将比2022年的水平翻一番。一个关键原因是，核能被视为提供稳定基荷电力的良好方式，可以支撑风能和太阳能等更具变动性的可再生能源。支持者表示，没有核能，我们将需要建造更多的风能和太阳能发电厂，以确保可靠的供应，与包含核能的电网相比，成本将翻一番甚至翻两番。
核能有许多优势：它不产生碳排放（而且，违反直觉的是，它向环境中释放的放射性铀和其他元素比燃烧煤炭要少）。它占用的土地比可再生能源少得多，这是一个不容忽视的考虑因素。加州大学伯克利分校的核物理学家凯·维特（Kai Vetter）说，如果目标是快速实现脱碳，并尽量减少社会痛苦，“核能是必不可少的”。
在2023年12月举行的联合国气候变化大会（COP28）上，20多个国家签署了一项到2050年将核能产能提高两倍的宣言。资金也正在流入这项努力。2020年，美国能源部（DOE）Notably向两个示范项目提供了1.6亿美元，旨在在2027年前投入使用。2022年，欧盟宣布部分核能项目可以像可再生能源一样被称为“绿色”，从而为环境融资机制打开了大门。
但是，正如与核能几乎所有问题一样，支持核能的论点也有反对者。不列颠哥伦比亚大学的公共政策专家M.V.拉马纳（M.V. Ramana）是许多人中的一员，他认为基荷电力是一个过时的概念。他们认为，一个智能、多样化和灵活的电网，可以通过在能源来源和储存设施之间进行调度，来确保可靠的电力供应。
而且，随着可再生能源成本的快速下降，当今关于不同能源成本的经济估计可能在未来意义不大。
还有安全问题。迄今为止，所有核能发电造成的生命损失总数，虽然难以量化，但肯定远低于燃烧化石燃料相关的空气污染造成的死亡人数；一份NASA科学家近期发表的论文得出结论，核能通过避免空气污染，在1971年至2009年间挽救了约180万人的生命。据一些说法，核能的致命性甚至低于风能，风能曾导致海上风电场溺水和直升机撞击涡轮机。
但死亡人数可以说是衡量核能行业影响的一种粗略方式，该行业还包括事故污染大片土地的风险，以及与采矿和废物储存等相关的其他众多影响。拉马纳记录了这些最后的问题如何不成比例地落在原住民和**弱势群体**的肩上，这与社会公正的目标背道而驰。他写道，核能“不符合任何负责任和更清洁的能源系统的设想”。
小型且光鲜：新型核技术
如果我们要按照国际能源署的要求大规模发展核能，这将是一项艰巨的任务。国际能源署的路径要求世界在未来十年内，将每年建造大型核电站的数量从5座提高到20座。大型核电站通常耗资数十亿美元，并带来巨大的财务风险。例如，西屋电气公司（Westinghouse Electric Company）在经历了美国四座核电站建设过程中数十亿美元的超支后，最近申请了破产。
降低这些巨额且 prohibitive 成本的一个计划是建造小型模块化反应堆（SMR），其规模从可以卡车运输、产生几百兆瓦的反应堆，到更像大型柴油发电机、只有几兆瓦的小型反应堆不等。模块可以在工厂预制，然后运往现场安装。所有这些都应该使这些反应堆对投资者来说不那么可怕（尽管每单位电力的最终价格可能高于大型核电站）。
俄罗斯、中国和印度已经有一些SMR投入运行。还有几十个正在开发中。加拿大有一个国家SMR行动计划，截至2021年，有10个SMR提案正在审查中（包括Ultra Safe的一项）。
但卡内基梅隆大学气候与能源决策中心联合主任、物理学家格兰杰·摩根（Granger Morgan）表示，到目前为止，SMR建造成本低廉的承诺尚未实现。摩根对美国的核能进行了数字分析，并感到失望。“我曾认为SMR会带来更大的希望，但我们算不出来划算的账，”他说。
2023年11月，NuScale公司因成本上涨而取消了其备受瞩目的在爱达荷州建造地下SMR的先进计划，这一消息进一步证实了这一点。摩根说：“有没有核能会更好？绝对是的。”“它会负担得起吗？这还远未确定。”
其他人则认为，小不一定就美。虽然小型核电站的潜在事故风险较小，但这种策略也意味着核电站总体数量会增加，这意味着需要保护更多的设施免受盗窃和恐怖主义的侵害。焦瓦尼尼说：“你需要保护的裂变材料要分散得多；你需要保护的基础设施也多得多。”“我的意思是，那会很麻烦。”
下一代核能
虽然一些人专注于使核电站小型化，但也有一个并行运动旨在使其更安全、更高效。下一代反应堆设计——用行业术语来说就是第四代（Generation IV）——包括六个主要的反应堆系列，每个系列都与当今的标准大不相同，并且有许多可能的变体正在开发中。在美国，尤其受到关注的是其中三个：高温气冷堆、熔盐堆和钠冷堆。
这些技术的理念，甚至一些早期阶段的发电厂，已经存在了几十年。但这些旧理念的新变体结合了新型燃料和设计，有望更安全、更高效、更环保。摩根说：“他们正在做各种各样的高科技玩意儿。”他毫不怀疑新型反应堆可以比旧型反应堆更安全。
大多数现有反应堆是水冷铀系统，它们之所以成为主流技术，很大程度上是历史上的偶然。像所有类型的反应堆一样，它们有利有弊。它们需要在高压下运行，以防止其冷却水在约300摄氏度的典型工作温度下沸腾。它们被设计成使用相对慢速的中子——这是与核燃料碰撞以引发核裂变的基本粒子。慢速中子更有可能与燃料颗粒发生相互作用，但使用慢速中子的系统在所能使用的燃料种类上也受到限制。如果裂变反应失控，或者反应堆过热导致堆芯“熔毁”，正如三哩岛、切尔诺贝利和福岛事故那样，辐射就会泄漏到环境中，造成灾难。
最新型号的水冷反应堆（有时称为第三代+，包括许多SMR）采用了新的设计技巧，以减少需要人工干预的安全系统数量，旨在自动阻止事故发生。然而，第四代反应堆使用完全不同的冷却材料，通常设计在更高的、更高效的温度下运行，并且经常使用更快速的中子，这些中子可以将最普遍的天然铀同位素转化为可用的燃料，甚至以核废料为燃料。
例如，高温气冷堆的工作温度高达950°C，其热效率比水冷反应堆高20%到33%。由于这些反应堆使用的堆芯材料通常在高达1600°C（高于熔岩）的温度下都很稳定，因此具有很大的安全裕度。Ultra Safe视频中的反应堆是一款SMR，属于这一类；它的小尺寸也有助于被动冷却。Ultra Safe还生产自己的燃料芯块，这些芯块被封装在一种特殊材料中，据称即使在极端条件下也能保留放射性物质。他们希望在加拿大建造他们的首个商业微型反应堆。
在熔盐反应堆中，燃料和冷却剂都是液体。因此，传统意义上的熔毁是不可能的。而钠冷快堆则具有内置的安全特性：如果温度升高，液态钠会膨胀，使得更多中子从原子间隙中逸出，从而使反应（由中子驱动）自然减缓。美国能源部已资助美国TerraPower公司（其主要投资者是比尔·盖茨）在怀俄明州建造其钠冷Natrium反应堆的示范电厂，预计在2030年完工。
核废料，物尽其用
焦瓦尼尼说，废物是新设计真正看到一些重大改进的一个领域。“没有任何一种反应堆完全解决了核废料问题，但它们在数量方面确实提供了一些重要的解决方案，”她说。由于产生了长寿命的放射性副产品，传统轻水反应堆的乏燃料需要被埋在专门的储存库中数百万年。然而，一些第四代反应堆可以将乏燃料转化为更多的裂变同位素，并将其用于进一步的裂变反应。这可以提高效率，并产生只需储存几百年就能处理的废物。
然而，并非所有人都认为所有这些系统都像它们看起来那样光鲜。2021年，忧思科学家联盟（Union of Concerned Scientists）发布了一份题为“‘先进’不总是更好”的报告，其中强调了安全、可持续性和核扩散方面的问题。他们得出结论，几乎所有第四代反应堆类型“未能提供比[轻水反应堆]足够显著的改进，以证明其巨大的风险是合理的”。
焦瓦尼尼说，一些人批评这份报告具有意识形态上的反核色彩。但她表示，“指出新技术带来新担忧是相当公平的”。报告指出，液态盐具有腐蚀性；液态钠金属在与水或空气接触时会着火。报告得出结论，高温气冷堆虽然能够承受高温，但“远非像某些人声称的那样防熔毁”。
热门想法
许多第四代系统提供了另一个关键好处：其高温不仅能提供电力，还能提供有用的热量。这可以用于许多工业过程，例如钢铁、水泥和化肥的生产，这些过程目前在其熔炉中燃烧大量化石燃料。
维特说：“这些热量几乎是免费的”，他认为核热能在海水淡化方面尤其有用，即从海水中获取清洁饮用水，就像加州迪亚布洛峡谷核电站所做的那样。事实上，X-energy，一家由美国能源部资助的领先的第四代核能公司，已与陶氏化学公司合作，计划在2030年前在陶氏化学生产基地建造其首个高温气冷堆。然而，摩根认为，大多数行业会因初始设置成本而退缩。
尽管第四代反应堆可能在技术上更优越，但它们可能需要几十年才能经过彻底测试、获得监管部门批准并在商业规模上建造。加拿大里贾纳大学退休核工程师埃萨姆·侯赛因（Esam Hussein）表示，在应对气候变化的战斗中时间紧迫，世界最好还是直接扩大已经成熟的老式反应堆设计。“我们有运行经验，我们有监管框架，”他说。“如果目标是应对气候变化，为什么不选择你熟悉的情况呢？”
当被问及我们为何需要“熟悉的麻烦”时，许多人会迅速指出，没有一种能源解决方案是完全没有问题的，包括可再生能源。焦瓦尼尼说，她同意核工业的批评，即我们“以一种非常不批判的方式”拥抱了可再生能源。风能和太阳能需要电子设备和电池组来储存能量；而这些又需要锂和钴等元素，这些元素的开采可能带来环境和社会公正问题。“没有什么是100%安全的，”维特说。
鉴于其历史和巨大的经济利益，许多人很难接受关于核能的数据、保证和统计。焦瓦尼尼说：“我认为核能行业大多数时候都在胡说八道。”她曾批评该行业如何处理公众关切。但她自己对核能的主要担忧是“他们进展太慢了”。她和其他人表示，如果Ultra Safe、X-energy、TerraPower等公司要通过第四代技术和小型反应堆舰队帮助应对气候变化，它们必须迅速加快步伐。
本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。
