為什麼全球核廢料回收率無法提升

將廢棄物變得有用，這項前景總是令我著迷。無論是廢舊電池、太陽能板，還是核廢料（乏燃料），能讓注定被丟棄的東西發揮餘熱，聽起來都是一場全方位的勝利。

在核能領域，如何處理廢料一直是一項挑戰，因為這些材料需要極其謹慎地對待。在一篇新報導中，我深入探討了先進核反應爐對核廢料處理意味著什麼。企業設計中湧現的新型冷卻劑、燃料和物流方式，可能都需要做出相應調整。

我的採訪報導也幫助回答了另一個一直縈繞在我腦海中的問題：為什麼世界不回收更多的核廢料？

當核燃料從反應爐中取出時，其中仍含有大量可利用的鈾。提高核廢料的利用率既能減少廢料，也能降低開採新材料的需求，但這個過程成本高昂、複雜，且並非 100% 有效。

法國目前擁有世界上規模最大、最成熟的再處理計畫。位於法國北部的拉阿格（La Hague）工廠每年有能力再處理約 1,700 噸的核廢料。

該工廠使用一種名為 PUREX 的工藝——將核廢料溶解在酸中，經過化學處理提取出鈾和鈽，然後將兩者分離。鈽被用於製造混合氧化物（MOX）燃料，這種燃料可以混合使用於傳統核反應爐，或單獨作為某些特殊設計反應爐的燃料。而鈾則可以重新進行濃縮，用於標準的低濃縮鈾燃料。

英屬哥倫比亞大學公共政策與全球事務學院院長、前美國核能管理委員會（NRC）主席艾莉森·麥克法蘭（Allison Macfarlane）表示，再處理可以減少需要特殊處理的高放射性核廢料總體積。

但這裡有個問題。如今，永久性核廢料儲存的「金標準」是地質處置庫，即深層地下儲存設施。麥克法蘭指出，根據具體處置庫的不同，限制這些設施儲存容量的關鍵因素往往是熱量而非體積。而使用過的 MOX 燃料排出的熱量遠高於傳統核廢料。因此，即使體積變小了，這些材料在處置庫中佔用的空間可能一樣多，甚至更多。

要實現真正的閉環也很困難：麥克法蘭說，再處理產生的鈾被同位素污染，很難分離。目前，法國基本上將這些鈾保存起來作為一種戰略儲備，以備未來可能的濃縮之用（歷史上，法國也曾將部分鈾出口到俄羅斯進行濃縮）。雖然 MOX 燃料可以用於某些反應爐，但一旦使用完畢，其再處理在技術上極具挑戰。因此，目前最好的情況是燃料可以被使用兩次，而非無限循環。

「每一位負責任的分析師都明白，無論如何，無論你的回收工藝多麼出色，最終你仍然需要一個地質處置庫，」憂思科學家聯盟（Union of Concerned Scientists）核能安全主任埃德溫·萊曼（Edwin Lyman）說。

萊曼補充道，再處理也有其缺點。其中一個風險來自過程中產生的鈽，它可以用於製造核武器。法國通過高度的安全措施，以及迅速將鈽轉化為 MOX 燃料產品來應對這一風險。

再處理的成本也非常昂貴，而且鈾的供應目前並沒有受到實質性的限制。「目前再處理沒有經濟效益，」前美國能源部及 NRC 官員保羅·迪克曼（Paul Dickman）表示。

他說，法國之所以承擔再處理帶來的高昂成本，很大程度上是出於政治原因。該國缺乏鈾資源，目前依賴進口。再處理有助於確保其能源獨立：「他們願意為國家安全支付溢價。」

日本目前正在建設一座核廢料再處理設施，儘管該項目深受延期困擾——該工程於 1993 年開工，原定於 1997 年投產，現在預計要到 2027 年才能啟用。

迪克曼認為，新技術可能會讓再處理更具吸引力，像能源部這樣的機構應該對先進分離技術進行長期研究。一些致力於先進反應爐的公司表示，他們計劃在燃料循環中使用替代性的再處理方法。

本文選自《The Spark》，這是《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）每週發送的氣候通訊。若想在每週三收到該郵件，請在此註冊。