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中国莫要轻易尝试成本高昂的核燃料后处理

无论从环境层面,还是从经济层面,后处理对于中国而言都不是解决乏燃料问题的合理之道。

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作者认为,“乏燃料后处理的成本也无疑会比贮存法高很多”。图片来源:Coastal Conservation League

中国虽然制定了宏伟的核能发展规划,但是其高品位铀矿资源仍然处于起步阶段。因此,有些人提出对反应堆辐照过的核燃料(“乏燃料”)进行后处理,从而提取出未经裂变的钚和铀。然后,再将其制成铀钚混合氧化物(MOX)。这种混合氧化物既可用于当前的轻水反应堆,也可用于新一代钚燃料增值反应堆,从而能够减少对铀的需求。于是,今年四月,中国核工业集团与法国阿海珐公司宣布,双方有意向在中国建设一座具备年800公吨乏燃料“后处理”能力的设施。

可是,这一策略的问题在于,相较于高昂的成本,乏燃料后处理既缺乏经济可行性,也不具备显著的环境效益。乏燃料处理目前主要有两种方式,后处理是其中之一。

用“回收”这个环保术语来形容后处理会给人造成误导。除了钚和铀,乏燃料中所有放射性物质都存在于不同形式的废料中,并最终进入环境。阿海珐公司向中国提供的后处理技术叫做铀钚萃取回收(PUREX)工艺。这一工艺会产生一种具有很强放射性的裂变产物酸性溶液,也就是同时含有长寿命放射性元素的高放废物(HLW)。此外,这一工艺还会产生其他一些一般称为中、低放废物的废料;低放废物通常被排放到处理设施附近的水系中。同时,一些气相裂变产物还会逸散到大气中。

后处理不仅不能解决放射性核废料处理过程中存在的一些固有问题。同时,由于其产生的高放废物还需要以地质掩埋的方式加以处置,因此,也无法摆脱核废料的贮存问题,甚至不能显著地减少核废料的体量。而乏燃料中所有长寿命放射性元素几乎都存在于高放废物中。此外,制造混合氧化物燃料的过程中还会产生混合氧化物乏燃料和钚废料。

另外一种处理方式则是将乏燃料直接送入地质层填埋贮存。地质掩埋其实就是在合适的介质环境中将装有核废料的容器埋入地下500米的处置方法。直接处置法不论从经济角度,还是从环境角度来看都更胜一筹。

高昂的成本

后处理带来的第二个问题就是高额的费用,首当其冲的就是后处理设施的建设费用。由阿海珐集团设计、造价高达200亿美元(2.19万亿日圆)的日本六所村后处理厂就是史上造价最高的单体工业设施之一。建设预算严重超标还不是最糟糕的事情(1989年估计达到69亿美元(7600亿日元)),2008年这座后处理厂因为技术问题而被迫关闭,至今尚未重启。据日本原子能委员会估计,如果该厂寿命为40年,日本的核电成本要比采用直接存储法增加10万亿日元(1000亿美元)。

即便中国后处理厂的建设费用没有日本的那么高,乏燃料后处理的成本也无疑会比贮存法高很多。混合氧化物(MOX)燃料的成本之所以会比常规铀燃料高出很多倍,最主要的原因就是后处理的成本太高。二氧化钚是极强的吸入性致癌物。因此,混合氧化物燃料的生产与铀燃料不同,必须在封闭的“手套箱”中进行。法国生产混合氧化物燃料的成本,即便不包括后处理的费用,也要比包括开采、处理、富集提取、加工等在内的铀燃料生产成本还要高。

目前,核电生产成本中铀燃料仅占约3%。而全球低价铀资源也远没有达到枯竭的境地。即便是电力公司不得不花高价购买铀燃料,也比使用混合氧化物燃料划算得多。

很多后处理项目都有一个共同的目标,那就是以混合氧化物为燃料,通过增殖反应堆来生产更多的钚。如果是这样的话,由于增殖反应堆的建设成本更高,就更加不划算。裂变材料问题国际小组2010年的一份报告剖析了六个国家为推动快中子增殖反应堆商业化发展所做的工作。从中我们可以看出,成本与可靠性方面存在的问题让各国的努力都化为了泡影。所以,欧洲、日本、美国都放弃了这一发展计划。法国也停止采用增殖反应堆。目前法国使用的是轻水反应堆中分离出来的钚核素。这样一来,就导致核电成本的上升(据2000年呈交给法国总理的官方报告显示,维护一个寿命45年的核反应堆将要额外支出超过340亿美元的费用。见附录:美国乏燃料的管理:不合逻辑的后处理)。

中国如果继续推进高成本、低效率的乏燃料后处理计划的话,最后很有可能会落得个骑虎难下的地步。政治学者威廉∙沃克曾经用“身陷囹圄”一词来形容英国政府二十多年来都无法从花钱多、效率低的热氧后处理厂(Thorp)项目中抽身的窘境。虽然“市场对其产品需求发生了巨大的变化”,但是,直接处置法在人们看来更具优势。1993年,日本最大的三家核电厂的核燃料管理人员曾对我们表示,他们也想放弃后处理项目。但是,因为他们与日本政府及核电厂所在地政府达成了协议,所以“抽身不得”。法国国家电力企业——法国电力公司则是想尽办法消减与阿海珐公司达成的高昂的后处理合同费用。综上所述,中国放弃乏燃料后处理计划才是明智之举(一本关于政治参与的好书: 《核圈套:热氧后处理厂和政治承诺》,作者:威廉·沃克 出版社:公共政策研究,1999)。

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