【科技.未來】行波堆將落地中國 可否締造能源奇跡?

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蓋茨近年多次造訪中國,其中一個目的便是推動行波堆的建設,而這個目標亦快將實現。去年,泰拉能源的中國合作夥伴(包括中核集團和神華集團等)成立了中核河北核電有限公司和中核行波堆科技投資(天津)有限公司,前者主要負責為開發、建設和運營TWR-300行波堆示範工程項目,後者的主要業務為對行波堆核電領域的投資。預計首個反應堆將在2020年代中期投入運行。

【科技.未來】押注第四代核電 蓋茨:碳排放必須歸零

蓋茨近年來頻頻造訪中國,其中一個目的便是推動行波堆在中國落地。(資料圖片/視覺中國)

事實上,早於1958年,前蘇聯物理學家薩維利.范伯格(Saveli Feinberg)便提出了反應堆生產「自身」燃料的設想,即現在所謂的「增殖——燃燒堆」(Breed-and-Burn Reactor)。其中,「燃燒」意即易裂變核素(鈾-235和鈈-239)消耗分裂成較輕的原子核並釋放能量,而「增殖」則是指鈾-238受到快中子轟擊,通過自然衰變,最終生成鈈-239,供反應堆燃燒。在增殖和燃燒這一過程中,堆芯會出現「波動」的物理現象,情況就像一支雪茄在堆芯內緩慢燃燒,這就是「行波」最初的由來。

章慶華介入行波堆項目時間較長,他估計,若以60年壽期來計,行波堆卸出的燃料比同等規模壓水堆減少80%至90%。(資料圖片/視覺中國)

中美行波堆合作項目(合資公司)負責人章慶華表示,行波堆的設計有一個獨特之處,「即第一代(母代)堆的設計壽期終止後的堆芯燃料,可以用於新堆(子代)的初裝料……這種設計不僅可以解決反應堆最終退役時堆芯的處置問題,而且可以使子堆的啟動(初裝料)不再需要濃縮鈾-235。」他估計,若以60年壽期來計,行波堆卸出的燃料比同等規模壓水堆減少80%至90%。

從2011年中國核工業集團開始與泰拉能源商討合作至今,章慶華見證了整個過程,是內地介入行波堆項目資歷較深的一員。他這樣總結行波堆:「由於行波堆金屬燃料的燃耗高於壓水堆數倍,耐輻照性能強於壓水堆百倍,可以實現超長周期乃至全壽期不換料,大大簡化核燃料循環的物流。此外,行波堆的堆芯熔化概率比三代核能技術還要低兩個數量級,安全性更高,在設計上可以取消廠外應急的考慮。總結來說,行波堆完全可以滿足第四代核能技術的四個典型特徵,即更安全、更經濟、資源可持續利用和防止核擴散。」

2017年7月,英國欣克利角C核電站的承建商法國電力公司(EDF)承認,完成核電站建設項目將超支15億英鎊,且完工日期將延遲15個月。(資料圖片/視覺中國)

當然,並不是所有人都認同行波堆的設計。美國能源與環境研究所所長阿爾瓊.梅基耶尼(Arjun Makhijani)坦言,在堆芯內創造燃料沒有太大困難,但維持穩定的核反應則不是一件簡單的事,泰拉能源用來冷卻堆芯的技術(即以鈉冷卻堆芯)在過去已被證明是失敗的。

在業界普遍對核能的未來充滿信心之時,國際能源機構(International Energy Agency)在2009年的《世界能源報告》中也提醒,「『核能復興』是有可能的,但不會在一夜之間發生。建設周期的延長及其相關風險、冗長的許可證審批時間和人手短缺,都是核項目面臨的重大障礙;此外,那些長期懸而未決的問題還包括核廢料的處理、核擴散,以及來自民間的反對等。一直以來,新核電站項目融資非常困難,在自由市場尤其如此,金融危機無疑會加劇這種狀況。即便對能源的需求強勁,巨大的資金需求、預算超支,以及政府規管的不確定性都會讓潛在的核能投資者望而卻步。」

作為核能產業的實踐和推動者,蓋茨應該清楚核能發展面對的諸多挑戰。2015年,他在接受美國《大西洋》(The Atlantic)雜誌專訪時談到,能源投資是一個回報周期長且風險極高的行業,而能源進步所帶來的回報往往未能落入個人的口袋裏,致使投資能源的動力相當有限。但他認為能源技術必須突破,特別是在全球暖化加劇的當下。

唯一辦法:加速創新

蓋茨認為,人類能夠透過能源技術的突破來解決氣候變化的問題,「讓我對這個問題(解決氣候變暖)感到樂觀的唯一原因是創新。創新充滿不確定性……整個現代經濟和人類生活方式都是創新堆積起來的。所以我希望以異常快的速度推動創新,我認為這是唯一的辦法。希望有一天我能給印度帶去好消息:『這種能源比你們的燃煤電廠更便宜,而且從全球和當地的污染角度來講,它也是更好的。』我認為,如果在今後15年內沒有得到這種能源技術,即便人們非常關心氣候變化的問題,我們也只能手足無措,任由不受控制的『氣候變暖實驗』發生,只能眼睜睜地看着氣溫上升攝氏2度。」

2018年10月,聯合國政府間氣候變化專門委員會第48屆大會在仁川舉行。(資料圖片/視覺中國)

蓋茨的話並非危言聳聽。就在今年10月,聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發表的報告顯示,如果氣候變暖以目前的速度持續下去,預計全球氣溫在2030年至2052年間就會比工業化之前的水平升高攝氏1.5度。報告認為,如果要實現限制升溫在1.5度這一目標,全球各國土地、能源、工業、建築、運輸和城市建設等各個層面都應「迅速而廣泛」地改變,以使人為的二氧化碳淨排放量至2030年要比2010年水平減少45%,2050年要實現「零淨排放」,即二氧化碳的排放量與消除量對等。

要紓緩甚或是逆轉全球變暖,留給人類的時間着實有限。在這場史無前例的環境變遷面前,一個切實可行的能源方案不可或缺。而今問題在於——行波堆所代表的第四代核電技術能否應對氣候暖化問題?事實上,儘管蓋茨看好核能,但他並不認為核能就是解決當前困局的唯一答案。在蓋茨基金會2016年發出的公開信中,蓋茨一改過往對風能和太陽能的輕視,並表示歡迎其他可再生能源的蓬勃發展。不過,他仍然強調世界急需一個「更強而有力、更具經濟效益的」能源解決方案,這一方面需要各方加大對研發的投入,另一面則是政府的角色,例如實施碳稅等。蓋茨鼓勵年輕人積極參與氣候和能源的議題,多做嘗試,「許多的想法或許都不會成功,但這並不礙事。每個終結都會教曉我們一些有用的東西,並推動我們向前。正如愛迪生所說,『我並非失敗了10,000次,我只是成功發現了10,000次行不通的辦法』。」

上文節錄自第139期《香港01》周報(2018年11月26日)《 蓋茨投身研發 助抗暖化 行波堆技術復興核能?》。

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