安大略省如何将核“废物”转化为可使用 5,000 年的非碳能源

加拿大目前的计划是建立一个深层地质储存库,以丢弃加拿大稍微使用过的铀燃料“废物”,但这些废物仍可提供 60 万亿美元的非碳能源。

世界正在努力缓解气候变化。COP-28 最近呼吁将核能增加两倍,作为减少二氧化碳排放的一种手段。安大略省已经走上了这条道路,60%的电力来自无排放核能,并于 2014 年淘汰了燃煤发电。

通过利用加拿大现有的核废料,安大略省还可以实现工业、交通和供暖脱碳,并引领世界进入能源丰富的非碳未来。

安大略省于 20 世纪 60 年代末开始对其发电进行大规模脱碳,在 27 年内建造了 20 个 CANDU 反应堆,从皮克林开始,然后是布鲁斯,然后是达灵顿。60年来,他们仅用64,000吨铀发电,就避免了30亿吨二氧化碳的排放。这些反应堆创造了 4500 亿美元的非碳电力;安大略省每人 30,000 加元。

值得注意的是,所有核能都是由 64,000 吨铀燃料中不到 1% 产生的;少于500吨。剩余的铀仍远超过 63,000 吨,无法在我们的 CANDU 反应堆中进一步使用,因此被短视地视为核“废物”。

但所有剩余的 99% 铀,以及其他长寿命、高放射性原子,即反应堆中产生的超铀元素,都可以在非 CANDU 反应堆中重复使用和消除;不是在当今美国和世界许多地方部署的轻水反应堆中,这些反应堆的燃料效率甚至比我们的 CANDU 还要低,而是在快谱反应堆中。这种反应堆最初由物理学家恩里科·费米 (Enrico Fermi) 提出,并于 20 世纪 50 年代由来自基奇纳 (Kitchener) 的加拿大侨民沃尔特·津恩 (Walter Zinn) 在美国建造。

该反应堆 EBR-1 是第一个通过核能发电的反应堆。其后继产品 EBR-2 通过电解精炼实现了废燃料的完美回收,电解精炼是另一位来自萨斯喀彻温省的加拿大侨民查尔斯·蒂尔 (Charles Till) 开发的工艺。现在是我们遣返这些能力的时候了。

为什么我们不都使用这样的反应堆呢?军事史。                             

在类似 EBR 的反应堆中,产生的热能必须通过液态金属(例如熔融钠)从反应堆堆芯中转移出来。这使得它们不适合在潜艇的水环境中用于军事用途,而潜艇是不需要氧气的连续水下核推进力的热门最初应用。因此,军方开发了水冷反应堆,并于 1954 年在美国鹦鹉螺号核潜艇上进行了演示。结果,低燃料效率的水冷反应堆在全世界范围内激增,甚至在陆地上也是如此。其中包括我们加拿大开发的 CANDU 反应堆。

然而,由于对世界上不到 1% 的铀矿石的相当浪费,以及随之而来的 99% 未使用的放射性铀“废物”在全球范围内的大量积累,再加上 COP-28 上核能发电量可能增加两倍,甚至全球数吨的铀储量将在几十年内变得稀少。因此,人们正在重新考虑在陆地上部署节能型金属冷却反应堆。俄罗斯自 1973 年起就将它们投入商业使用。他们最新的 BN-600 于 2016 年投入使用,现在使用回收燃料运行。

一种合适的快谱反应堆 ARC-100 将加入加拿大新不伦瑞克反应堆舰队,尽管安大略省最近选择了传统的燃料效率低下的水冷小型模块化反应堆 BWRX-300。

像小型 ARC-100 或大型 GE-Hitachi PRISM 或 TerraPower NATRIUM 这样的反应堆,再加上通过电解精炼回收废燃料,将把我们目前所有的放射性核“废物”转化为燃料。

该过程将不断消耗燃料中的放射性超铀,从而消除其数千年遗留的放射性毒性。与过去 60 年来使用过的燃料相比,它所提供的非碳能源多出 130 倍以上。

按照目前的核电水平,加拿大 64,000 吨“核燃料废料”可为安大略省提供 5,000 多年的非碳能源。如今,它的再利用避免了 4300 亿吨二氧化碳的排放,同时以 10 美分/千瓦时的价格发电,价值 60 万亿美元。每个安大略人的收入高达 400 万美元,简直就是一个宝库。

彼得·奥滕斯迈尔 (Peter Ottensmeyer) 是多伦多大学名誉教授,也是《核心中子:千年能源——从中子到快谱反应堆的核能》教科书的作者。

谷歌翻译How Ontario can transform nuclear ‘waste’ into 5,000 years of noncarbon energy