各國政府與公用事業正在考慮下一波核能電廠的建造，以滿足與日俱增的電力需求。
核能如果擴充至現在的三倍，每年就能減少排放10~20億噸的碳到大氣中，對於減緩全球暖化，將非常有幫助。
撰文／道奇（John M. Deutch）、莫尼茲（Ernest Moniz）
翻譯／高涌泉
目前全世界的電力有1/6來自於核能，水力則提供得比1/6略多一些；這兩者是今天主要的「無碳」能源。核能技術在發展過程中碰上不少麻煩，尤其是車諾比爾與三哩島事件，在民眾心目中已烙下不可磨滅的印象，不過近年來的核能電廠其實相當可靠，而且效率很高。當今全世界仍有相當充裕的鈾，不僅可以滿足當前反應爐在其40~50年壽命中的需求，還可以供應遠比現在更多的反應爐。
人們越來越擔心全球暖化的問題，也擔心溫室氣體的排放會受到管制，因此美國以及許多國家的政府與能源提供者，便逐漸開始考慮增建更多的核能電廠。各種化石燃料都各自有缺點，天然氣雖然在限碳的世界有它的長處──它們的碳含量比其他化石燃料來得低，而且先進的天然氣電廠資金成本較低，但是其電價卻和近年來不斷上揚而且起伏不定的天然氣價格息息相關。反之，煤的價格較低並且相當穩定，然而煤可是碳含量最高的電力來源。如果燃煤電廠要大量擴充，而且不會釋放過量的碳到大氣中，那麼我們就必須證明可以大規模捕集並儲藏二氧化碳，而且確實這樣做（雖然會大幅提高成本）；由於這些顧慮，人們對於是否增加投資燃煤電廠，有些猶豫。
以上種種考量意味著核能有可能東山再起。的確，自2000年以來，全球共有超過200億瓦的核電納入供電網絡，不過其中大半是在遠東地區。儘管多數主要核能經營者有濃厚的興趣，在美國境內仍沒有人肯真的下訂單。建造新核能電廠的障礙，主要是高資金成本以及難以確保核廢料的處理能夠安全無虞。此外，全球性的核能擴充可能不知不覺升高某些國家的核武野心，這也很令人擔心。
2003年，我們共同主持了麻省理工學院（MIT）的一項研究，名為「核能的未來」。這項研究分析了在什麼樣的條件之下，我們才能保留核能這項選擇。其中描述了一種情況：如果到了2050年，全世界核能的產量增加兩倍，成為一兆瓦，全球每年可以節省的碳排放量為8~18億噸（實際的數字取決於被取代的是天然氣電廠或燃煤電廠）。如果節省的碳排放量能達到這種數量級，核能對於穩定溫室氣體排放量將有很大的貢獻。（如果想要讓溫室氣體排放量穩定下來，就必須在2050年前，每年移除約70億噸的碳。﹞
核電廠面面觀
如果核能電廠要以這麼大的數量增加，那麼該建造什麼樣的核電廠呢？我們必須考量的一個主要問題是，燃料循環究竟應該選擇「封閉式」或是「開放式」？在開放式的燃料循環（也稱為單次循環）中，鈾只在反應器中「燃燒」一次，用過的燃料便儲存在地質處置場中。然而，這些使用過的燃料含有可以用化學方法提煉出來的鈽，這些鈽能夠做為另一個核能電廠的燃料。如果將鈽提煉出來，那就是封閉式的燃料循環，這種方式也有人在倡導。
有些國家，尤其是法國，使用一種封閉式燃料循環，能將鈽從核廢料分離出來後，與氧化鈾混合再次當成燃料。一種比較長遠的做法是，在再次循環中使用所有的超鈾元素（鈽就是一種超鈾元素），可能會用在快中子反應器裡。這種做法幾乎消除了所有壽命很長的核廢料成份，也消除了關於核廢料的顧慮。不過，要實現這種辦法，還得從事大量的研發，因為這在技術上與經濟上都還有非常麻煩的困難尚待克服。
在封閉式循環中，將核廢料再次循環利用看起來就像是件理應去做的事：用比較少的燃料就可以得到同樣的能量，而且因為得儲放數千年的放射性材料減少了，所以核廢料長期存放的問題也減輕了。不過我們相信在未來數十年間，開放式循環還是比較好的選擇。
首先，再循環使用的燃料比原來的鈾更貴。
其次，地球上似乎還有充份的鈾，能以合理的價格去維持未來全球核能電廠的營運──這裡所設想的情況是，這些電廠數目在未來將增加兩倍，而且在其整個壽命（每個電廠約40~50年）中都是使用單次燃料循環。
第三，儘管封閉式循環不須長期儲存核廢料，會對環境有利，但由於再製作過程以及燃料製造操作相當複雜且非常危險，所以這種好處會被短期內它為環境帶來的危險所抵消。最後，封閉式燃料循環中的再製作過程會產生鈽，而鈽可能會被用於核子武器。
在未來起碼20年間（可能還要更久），輕水反應器將仍舊是主要的反應器類型，這種反應器以普通的水（而非含有氘的重水）來當做冷卻劑與緩和劑。全世界正在營運的核電廠絕大多數都使用這種反應器，它已是一種成熟並為人徹底了解的技術。
反應器的設計可以分為幾個世代。建造於1950年代與1960年代初期的最早原型反應器常是同一類型；相較之下，第二代反應器大量建造於1960年代晚期到1990年代初期，它們是依商業需求所設計的。第三代反應器已經改良了一些設計，例如更好的燃料技術與被動的安全設計，亦即一旦有意外出現，反應器不需要有人操作就會自動關閉。第一座的第三代反應器在1996年建造於日本。第四代反應器是目前還在研究的新設計，例如球床堆反應器與鉛冷卻快中子反應器。此外，「改良式第三代」的反應器的設計和第三代類似，但是某些較先進的特色又更加改進了。第四代反應器還需要幾十年的發展，才可能在商業應用上扮演重要角色，只有高溫氣冷式反應器（例如球床堆反應器）可能有辦法快一點。當我們在評估2050年前的各種可能狀況時，我們是以建造改良式第三代的輕水式反應器來設想核能的發展。
球床堆模組反應器引入了一種有趣的可能性，亦即模組核電廠。我們與其建造一座巨大的10億瓦核電廠，還不如建造每座可以產生約一億瓦的模組。這樣子的做法可能非常吸引人，尤其是對於開發中國家以及撤銷核能管制的工業國家來說，因為所涉及的資金成本會低很多。傳統的大核電廠在經濟規模上有其優勢，其每1000瓦電力的成本想必比較低，但是如果能夠有效率的制式生產大量模組，則大電廠的這個優勢就可能會被超越。南非預計在2007年開始建造一座1億1000萬瓦的示範球床堆反應器核電廠，完成時間是2011年，此外也將在2013年建造約1億6500萬瓦的商用模組。南非的願望是在國際間賣售模組，尤其是在非洲各地。
【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2006年10月號〈迎向低碳能源時代〉】
出處：科學人雜誌
核能如果擴充至現在的三倍，每年就能減少排放10~20億噸的碳到大氣中，對於減緩全球暖化，將非常有幫助。
撰文／道奇（John M. Deutch）、莫尼茲（Ernest Moniz）
翻譯／高涌泉
目前全世界的電力有1/6來自於核能，水力則提供得比1/6略多一些；這兩者是今天主要的「無碳」能源。核能技術在發展過程中碰上不少麻煩，尤其是車諾比爾與三哩島事件，在民眾心目中已烙下不可磨滅的印象，不過近年來的核能電廠其實相當可靠，而且效率很高。當今全世界仍有相當充裕的鈾，不僅可以滿足當前反應爐在其40~50年壽命中的需求，還可以供應遠比現在更多的反應爐。
人們越來越擔心全球暖化的問題，也擔心溫室氣體的排放會受到管制，因此美國以及許多國家的政府與能源提供者，便逐漸開始考慮增建更多的核能電廠。各種化石燃料都各自有缺點，天然氣雖然在限碳的世界有它的長處──它們的碳含量比其他化石燃料來得低，而且先進的天然氣電廠資金成本較低，但是其電價卻和近年來不斷上揚而且起伏不定的天然氣價格息息相關。反之，煤的價格較低並且相當穩定，然而煤可是碳含量最高的電力來源。如果燃煤電廠要大量擴充，而且不會釋放過量的碳到大氣中，那麼我們就必須證明可以大規模捕集並儲藏二氧化碳，而且確實這樣做（雖然會大幅提高成本）；由於這些顧慮，人們對於是否增加投資燃煤電廠，有些猶豫。
以上種種考量意味著核能有可能東山再起。的確，自2000年以來，全球共有超過200億瓦的核電納入供電網絡，不過其中大半是在遠東地區。儘管多數主要核能經營者有濃厚的興趣，在美國境內仍沒有人肯真的下訂單。建造新核能電廠的障礙，主要是高資金成本以及難以確保核廢料的處理能夠安全無虞。此外，全球性的核能擴充可能不知不覺升高某些國家的核武野心，這也很令人擔心。
2003年，我們共同主持了麻省理工學院（MIT）的一項研究，名為「核能的未來」。這項研究分析了在什麼樣的條件之下，我們才能保留核能這項選擇。其中描述了一種情況：如果到了2050年，全世界核能的產量增加兩倍，成為一兆瓦，全球每年可以節省的碳排放量為8~18億噸（實際的數字取決於被取代的是天然氣電廠或燃煤電廠）。如果節省的碳排放量能達到這種數量級，核能對於穩定溫室氣體排放量將有很大的貢獻。（如果想要讓溫室氣體排放量穩定下來，就必須在2050年前，每年移除約70億噸的碳。﹞
核電廠面面觀
如果核能電廠要以這麼大的數量增加，那麼該建造什麼樣的核電廠呢？我們必須考量的一個主要問題是，燃料循環究竟應該選擇「封閉式」或是「開放式」？在開放式的燃料循環（也稱為單次循環）中，鈾只在反應器中「燃燒」一次，用過的燃料便儲存在地質處置場中。然而，這些使用過的燃料含有可以用化學方法提煉出來的鈽，這些鈽能夠做為另一個核能電廠的燃料。如果將鈽提煉出來，那就是封閉式的燃料循環，這種方式也有人在倡導。
有些國家，尤其是法國，使用一種封閉式燃料循環，能將鈽從核廢料分離出來後，與氧化鈾混合再次當成燃料。一種比較長遠的做法是，在再次循環中使用所有的超鈾元素（鈽就是一種超鈾元素），可能會用在快中子反應器裡。這種做法幾乎消除了所有壽命很長的核廢料成份，也消除了關於核廢料的顧慮。不過，要實現這種辦法，還得從事大量的研發，因為這在技術上與經濟上都還有非常麻煩的困難尚待克服。
在封閉式循環中，將核廢料再次循環利用看起來就像是件理應去做的事：用比較少的燃料就可以得到同樣的能量，而且因為得儲放數千年的放射性材料減少了，所以核廢料長期存放的問題也減輕了。不過我們相信在未來數十年間，開放式循環還是比較好的選擇。
首先，再循環使用的燃料比原來的鈾更貴。
其次，地球上似乎還有充份的鈾，能以合理的價格去維持未來全球核能電廠的營運──這裡所設想的情況是，這些電廠數目在未來將增加兩倍，而且在其整個壽命（每個電廠約40~50年）中都是使用單次燃料循環。
第三，儘管封閉式循環不須長期儲存核廢料，會對環境有利，但由於再製作過程以及燃料製造操作相當複雜且非常危險，所以這種好處會被短期內它為環境帶來的危險所抵消。最後，封閉式燃料循環中的再製作過程會產生鈽，而鈽可能會被用於核子武器。
在未來起碼20年間（可能還要更久），輕水反應器將仍舊是主要的反應器類型，這種反應器以普通的水（而非含有氘的重水）來當做冷卻劑與緩和劑。全世界正在營運的核電廠絕大多數都使用這種反應器，它已是一種成熟並為人徹底了解的技術。
反應器的設計可以分為幾個世代。建造於1950年代與1960年代初期的最早原型反應器常是同一類型；相較之下，第二代反應器大量建造於1960年代晚期到1990年代初期，它們是依商業需求所設計的。第三代反應器已經改良了一些設計，例如更好的燃料技術與被動的安全設計，亦即一旦有意外出現，反應器不需要有人操作就會自動關閉。第一座的第三代反應器在1996年建造於日本。第四代反應器是目前還在研究的新設計，例如球床堆反應器與鉛冷卻快中子反應器。此外，「改良式第三代」的反應器的設計和第三代類似，但是某些較先進的特色又更加改進了。第四代反應器還需要幾十年的發展，才可能在商業應用上扮演重要角色，只有高溫氣冷式反應器（例如球床堆反應器）可能有辦法快一點。當我們在評估2050年前的各種可能狀況時，我們是以建造改良式第三代的輕水式反應器來設想核能的發展。
球床堆模組反應器引入了一種有趣的可能性，亦即模組核電廠。我們與其建造一座巨大的10億瓦核電廠，還不如建造每座可以產生約一億瓦的模組。這樣子的做法可能非常吸引人，尤其是對於開發中國家以及撤銷核能管制的工業國家來說，因為所涉及的資金成本會低很多。傳統的大核電廠在經濟規模上有其優勢，其每1000瓦電力的成本想必比較低，但是如果能夠有效率的制式生產大量模組，則大電廠的這個優勢就可能會被超越。南非預計在2007年開始建造一座1億1000萬瓦的示範球床堆反應器核電廠，完成時間是2011年，此外也將在2013年建造約1億6500萬瓦的商用模組。南非的願望是在國際間賣售模組，尤其是在非洲各地。
【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2006年10月號〈迎向低碳能源時代〉】
出處：科學人雜誌
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