說到核能，至少在一件事情上所有人都能達(dá)成一致：處理核工業(yè)的危險(xiǎn)放射性廢物是一個(gè)緊迫的全球問題。

核反應(yīng)堆的放射性殘余物(即高放廢物)大量積壓，需要進(jìn)行安全、永久地處置。核能行業(yè)號(hào)稱自己對(duì)于解決氣候危機(jī)以及在不斷變化的地緣政治格局中保障能源安全至關(guān)重要，而核廢料的處置不僅是其面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，也阻礙了社會(huì)對(duì)核能的接受。

盡管復(fù)雜而昂貴的深層地質(zhì)儲(chǔ)存庫才剛剛起步，但目前許多人卻將其看做是未來處置乏燃料和其他核廢料的黃金標(biāo)準(zhǔn)。那些號(hào)稱在這一領(lǐng)域取得了進(jìn)展的國家的核工業(yè)將被看好。

例如，芬蘭正以建設(shè)安克羅(ONKALO)核廢料儲(chǔ)存庫為基礎(chǔ)，大幅提高核能在其能源結(jié)構(gòu)中的份額，并聲稱，這些計(jì)劃是負(fù)責(zé)任的，因?yàn)樗阋詰?yīng)對(duì)核工業(yè)最大的挑戰(zhàn)之一。" 安克羅 " 是世界第一座深層地質(zhì)處置場，將于 2025 年投入使用。

相比之下，據(jù)美國核廢料問題專家組稱，建設(shè)此類處置場在美國(目前世界上最大的核能生產(chǎn)國)陷入僵局阻礙了其核能的進(jìn)一步發(fā)展。

" 在開發(fā)和運(yùn)行地質(zhì)儲(chǔ)存庫方面缺乏進(jìn)展……削弱了核能作為零碳未來的一部分所發(fā)揮的緩解氣候變化的潛在效益，" 美國核廢料技術(shù)審查委員會(huì) 2021 年 4 月在給國會(huì)的報(bào)告中寫道。

雖然有望出現(xiàn)解決核廢料問題的新技術(shù)方案，但新出現(xiàn)的問題，如乏燃料的放射性增加，正在使核廢料的儲(chǔ)存和處置前景進(jìn)一步變得復(fù)雜。

擴(kuò)大核能應(yīng)用的推動(dòng)力

由于幾個(gè)關(guān)鍵因素，一些人認(rèn)為核電對(duì)于經(jīng)濟(jì)脫碳至關(guān)重要。

首先，在運(yùn)行階段，核電站的溫室氣體和其他空氣污染物排放接近于零。其次，它們提供的是太陽能和風(fēng)能等間歇性可再生能源無法提供的基荷發(fā)電。最后，它們支持可再生能源，而不是與之競爭，因?yàn)楹穗娬居羞m應(yīng)需求負(fù)荷不斷變化的能力。

支持和倡導(dǎo)核能的國際原子能機(jī)構(gòu)(International Atomic Energy Association，簡稱 "IAEA")，最近用 2020 年的核電站數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了最后一點(diǎn)。由于疫情，2020 年度的電力需求比平時(shí)波動(dòng)更大。

IAEA 在 2021 年 6 月發(fā)表的一份報(bào)告中說：" 核電站運(yùn)行靈活，在某些情況下甚至可以短期徹底關(guān)閉，從而支持電網(wǎng)運(yùn)營商的需求，并證明了核電能夠融入未來可持續(xù)能源系統(tǒng)。"

IAEA 預(yù)測，到 2050 年，核能發(fā)電能力將翻一番，達(dá)到 792 吉瓦，而 2020 年為 393 吉瓦。盡管這一樂觀情境需要采取重大行動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，但核廢料的處置卻是一個(gè)迫在眉睫的問題，而且無論核電裝機(jī)容量達(dá)到模型預(yù)測的低點(diǎn)還是高點(diǎn)，這個(gè)問題都會(huì)變得更加緊迫。

地質(zhì)處置仍是黃金標(biāo)準(zhǔn)

國際社會(huì)的共識(shí)是，高放廢物最終應(yīng)在地下深處進(jìn)行處置，而進(jìn)行深層地質(zhì)處置的場所能夠讓高放廢物在遙遠(yuǎn)的未來仍能與地表和大氣隔絕，因?yàn)榉巳剂显跀?shù)十萬年內(nèi)仍具有危險(xiǎn)的放射性。

受芬蘭政府委托進(jìn)行核廢料最終處置的 Posiva 公司表示，芬蘭是第一個(gè)在建此類設(shè)施的國家。該設(shè)施將于 2023 年開始試運(yùn)行，并將在 2025 年開始乏核燃料的最終處置。

安克羅核廢料儲(chǔ)存庫位于芬蘭西海岸的奧爾基洛托核電站(Olkiluoto nuclear power plant)附近。該儲(chǔ)存庫建在深度為 400 至 430 米的基巖上，采用的是瑞典開發(fā)的一種稱為 KBS-3V 的處理方法。這一方法采用了目前被視為國際標(biāo)準(zhǔn)的多重屏障系統(tǒng)。

處置過程的第一步是將單獨(dú)的核廢料管積攢成一個(gè)更大的 " 捆 "。然后將這些捆成批放入鑄鐵罐中，外部為 5 厘米厚的銅，以保護(hù)內(nèi)部不受腐蝕，并將其放入設(shè)施的地下部分。在那里，鑄鐵罐被移動(dòng)到一個(gè)隧道區(qū)域，被垂直放置在基巖的單獨(dú)鉆孔中，周圍蓋滿膨潤土。這種粘土遇水膨脹，從而進(jìn)一步密封容器。一旦每個(gè)隧道下方的區(qū)域達(dá)到容量，就用膨潤土回填，并用混凝土密封。

這一過程的大部分操作將使用專門為此設(shè)計(jì)和制造的遠(yuǎn)程控制設(shè)備進(jìn)行。

隨著其他一些國家在地質(zhì)處置方面的努力取得進(jìn)展，芬蘭的開創(chuàng)性設(shè)施將作為一個(gè)可行之策而受到密切關(guān)注。

1 月 27 日，瑞典政府批準(zhǔn)了瑞典核燃料和廢料管理公司(Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company)的一項(xiàng)計(jì)劃，即在斯德哥爾摩以北 140 公里的福斯馬克(Forsmark)建造一個(gè)最終地質(zhì)處置場，那里也有一座核電站。動(dòng)工之前需要獲得建筑許可證，但據(jù)報(bào)道，該場地已獲有關(guān)市政當(dāng)局的正式批準(zhǔn)。

法國寧靜的東北部村莊布雷(Bure)附近計(jì)劃建造一處深層地質(zhì)處置設(shè)施——工業(yè)地質(zhì)處置中心(Industrial Centre for Geological Disposa，簡稱 "Cigeo")。該項(xiàng)目目前正在進(jìn)行第二階段的公共協(xié)商，但遭到反核抗議者的強(qiáng)烈反對(duì)。據(jù)法國國家放射性廢物管理局(Andra)稱，該項(xiàng)目已經(jīng)考慮了 30 年，目前計(jì)劃于 2025 年開工。

此外， 英國、加拿大和瑞士的選址工作都進(jìn)入了最后階段，這一過程在一定程度上取決于公眾咨詢和社會(huì)認(rèn)可。

基于同意的流程

政府和私營部門努力讓地方市政當(dāng)局參與基于同意的選址過程，重點(diǎn)是獲得擬建放射性廢料處理設(shè)施周圍居民的同意。理想情況下，這個(gè)過程包括政府努力做到透明，允許社區(qū)權(quán)衡容有這樣一個(gè)設(shè)施的潛在機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)，并公平對(duì)待所有人。

引導(dǎo)公眾參與 " 需要大量的時(shí)間和正確的技巧 "，來自加拿大、芬蘭和瑞典的官員和專家在 2021 年 9 月為美國國會(huì)準(zhǔn)備的核廢料報(bào)告中是這么對(duì)美國政府問責(zé)署(US Government Accounting Office，簡稱 "GAO")說的。報(bào)告詳細(xì)介紹道，在選擇永久性地質(zhì)封存地點(diǎn)之前，加拿大、芬蘭和瑞典分別花了近 20 年、17 年和 30 多年時(shí)間教育公眾和引導(dǎo)他們參與。

在不需要基于同意程序的國家，地質(zhì)處置正取得進(jìn)展，盡管如此，目前兩種程序下，處置場能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際運(yùn)營的時(shí)間表并沒有太大的不同。

2021，中國在甘肅省的一個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室破土動(dòng)工。科學(xué)家們將在那里研究該地點(diǎn)是否適合進(jìn)行乏燃料的地質(zhì)處置。該實(shí)驗(yàn)室將位于戈壁沙漠地下 560 米的花崗巖基巖中。如果經(jīng)測試認(rèn)為該地點(diǎn)適合作為地質(zhì)處置點(diǎn)，這一綜合體可能會(huì)在本世紀(jì) 40 年代建成，并于 2050 年開始運(yùn)行。

與此同時(shí)，俄羅斯目前也在建造一個(gè)類似目的的地下研究實(shí)驗(yàn)室，地點(diǎn)在該國中部西伯利亞城市克拉斯諾亞爾斯克(Krasnoyarsk)附近。俄羅斯初步認(rèn)為那里適合進(jìn)行地質(zhì)封存。

處置的替代方案

考慮到地質(zhì)處置施工所需的時(shí)間和成本，以及極端復(fù)雜性，一些國家正在尋求中期解決方案，即所謂的綜合臨時(shí)儲(chǔ)存。

這些大型核廢料臨時(shí)處理設(shè)施設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命長達(dá)數(shù)十年，直到地質(zhì)處置得到更廣泛的應(yīng)用，同時(shí)還通過集中儲(chǔ)存，減輕高放核廢料多地存儲(chǔ)的核污染擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。臨時(shí)場地將擁有先進(jìn)的功能和技術(shù)，能夠安全地儲(chǔ)存廢料桶，即目前用來存儲(chǔ)大多數(shù)核廢料的密封圓筒。地點(diǎn)也是選在比通常存放廢料的反應(yīng)堆所在地風(fēng)險(xiǎn)更低的區(qū)域，位于遠(yuǎn)離海岸線、地質(zhì)不活躍的偏遠(yuǎn)位置。

美國有大量乏核燃料(截至 2019 年為 8.6 萬噸)目前儲(chǔ)存在核電站。該國正在建設(shè)兩個(gè)私營乏核燃料臨時(shí)儲(chǔ)存項(xiàng)目：霍爾泰克國際公司(Holtec)在新墨西哥州的 HI-STORE 設(shè)施，以及在德克薩斯州的臨時(shí)儲(chǔ)存合作伙伴項(xiàng)目(Interim Storage Partners ’ project)。然而，該國的最終處置方案一直缺乏進(jìn)展，進(jìn)而可能會(huì)妨礙公眾接受臨時(shí)地點(diǎn)。

哥倫比亞大學(xué)全球能源政策中心(Columbia University Center on Global Energy Policy)的馬特 · 鮑恩(Matt Bowen)今年 1 月寫道：" 各州可能會(huì)更猶豫是否在其土地上接受一個(gè)統(tǒng)一的臨時(shí)設(shè)施，擔(dān)心如果沒有最終處置場，‘臨時(shí)’將變成長期的。"

儲(chǔ)存和處置的安全隱患

一個(gè)新出現(xiàn)的關(guān)鍵問題是當(dāng)代核燃料的放射性水平較高，以及這是否會(huì)帶來比傳統(tǒng)核燃料更大的風(fēng)險(xiǎn)。

目前單位核燃料產(chǎn)生的平均熱能比早期的核反應(yīng)堆有所增加，導(dǎo)致乏核燃料的 " 燃耗 " 更高。美國核廢料技術(shù)審查委員會(huì)(US Nuclear Waste Technical Review Board)2021 年 7 月向美國國會(huì)提交的一份報(bào)告解釋說，更高的燃耗降低了該行業(yè)的燃料成本，但它導(dǎo)致核廢料更具放射性，并且隨著衰減其釋放的熱量比低燃耗核廢料更多。

該委員會(huì)的報(bào)告稱，" 對(duì)低燃耗燃料進(jìn)行的廣泛研究使人們相信，低燃耗燃料可以長期儲(chǔ)存和運(yùn)輸，" 但強(qiáng)調(diào)，高燃耗燃料并非如此。

該報(bào)告稱，人們對(duì)燃料及其燃料棒組件在更高燃耗水平下的化學(xué)和物理特性變化并不十分了解。這些不同的特性可能會(huì)增加儲(chǔ)存容器覆層的腐蝕和脆化，增加容器或罐內(nèi)的壓力積聚，并在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和處置過程中產(chǎn)生其他可能特別令人擔(dān)憂的變化。

另一個(gè)懸而未決的關(guān)鍵問題是，幾十年來一直存放在容器中等待運(yùn)輸或放入地質(zhì)處置場的核廢料可能需要重新包裝，從而帶來潛在的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

政府和業(yè)界聲稱，新的核廢料技術(shù)解決方案即將問世，這在一定程度上決定了核能進(jìn)入新時(shí)代的勢頭。但是，這些技術(shù)能否以必要的規(guī)模實(shí)現(xiàn)仍然存在挑戰(zhàn)。人們無法低估現(xiàn)有和未來的放射性廢物管理難題，這將最終影響該行業(yè)的未來前景。