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长文)存储10万年:世界上第一个永久性核燃料废料储存库

  核裂变留下的物质几千年来一直具有放射性。从本质上讲,安全处理它需要将其永久储存起来。

  今年晚些时候,世界上第一个永久性核燃料废料储存库将在奥尔基洛托岛启用。奥尔基洛托岛位于波罗的海,人口稀少,森林茂密,距离赫尔辛基以北约3小时车程。

  “Onkalo” —— 这个名字在芬兰语中的意思是“洞穴”或“窟窿” —— 是同类设施中最先进的设施之一,它是为一项前所未有的紧迫任务而设计的:将地球上一些最有毒的物质安全地储存在地下近1500英尺的一个被称为“深挖地质储存库”的地方。

  这个过程需要非凡的工程技术。它始于一个封装工厂,在那里机器人从储存罐中取出乏核燃料棒,并将它们放入两层楼高的铜和铸铁桶中。一旦装满水,这些重约24吨的巨大容器将乘坐电梯下降超过四分之一英里,到达一个由20亿年前的结晶基岩挖出的洞穴。(全程需要50分钟。)每个“墓穴”将容纳30到40个这样的巨大容器,这些容器被安置在膨润土中,并用混凝土密封。该理论认为,多达3250个装有6500吨人类最危险垃圾的罐子,将在数十万年里不受干扰地躺在那里。

  人类手工组装的任何东西都比不上这个数字的一小部分。世界上已知最古老的建筑是位于土耳其的哥贝克力石阵(Gobekli Tepe),它有11000多年的历史。把“Onkalo”设计成能持续这么长时间是必要的,因为核裂变留下的物质会在几千年内保持放射性。从本质上讲,安全处理它需要将其永久储存起来。这样一来,无论是自然灾害、未来的冰河时代,甚至是人类本身的终结,都不会让任何人或任何事物暴露在它的危险之中。

  芬兰管理核废料的机构Posiva的通讯经理帕西·托希马(Pasi Tuohimaa)说:“计划是不会有(该设施的)迹象。甚至没有人会知道它的存在,不管我们是在谈论未来的后代还是未来的外星人或其他什么。”

  建立这样一个地方,虽然技术上很复杂,但可能比说服一个社区来托管它更容易。获得批准可能需要几十年的时间,而且前提很简单。

  斯坦福大学矿物学家和材料科学家、该校国际安全与合作中心联合主任罗德尼·尤因(Rodney Ewing)说:“地质处置的原则之一是,享受核电好处的几代人也应该为解决方案付费并参与其中。”

  获得这种支持的漫长过程被称为“基于同意的选址”,随着世界抛弃化石燃料,核能领域的许多人认为这是一项至关重要的工作。核能占美国发电量的近五分之一,发展核能也是拜登政府能源议程中少数得到两党大力支持的项目之一。在过去的一年里,美能源部长詹妮弗·格兰霍姆(Jennifer Granholm)吹捧了美国最新的反应堆,称赞了一个实验性小型模块化反应堆的计划,并公布了一项15亿美元的贷款,用于重启密歇根州一家已停产的工厂。

  这些都不是一次性的。美国计划到2050年将其核能容量增加两倍。然而专家们说,对于如何处理相应增加的放射性垃圾,公众讨论还不够多,这将使这个国家自核时代开始以来一直拖延的问题复杂化。在上一代人搞砸了深层开采地质储藏库的计划后,美国正努力赶上芬兰和包括加拿大在内的其他几个国家,这些国家可能在今年年底前选择一个地点。

  随着美国加速迈向核能可能发挥关键作用的后碳未来,政策制定者、能源专家和社区领袖表示,处理不可避免的废物不是一个技术问题,而是一个社会问题。工程师们知道如何建造一个能够保护公众数千年的储存库。更大的挑战是让人们相信住在它旁边是安全的。

  早在1957年世界上第一座商业核电站在宾夕法尼亚州开始运行之前,美国就知道如何最好地处理原子分裂发电产生的排放物。当年早些时候,地质学家和地球物理学家撰写了一份美国国家科学院的报告,建议埋葬它。自那以后的67年里,人们的看法没有太大变化。

  忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)核电安全主管埃德温·莱曼(Edwin Lyman)表示:“要处理将放射性废物从环境中隔离出去的问题,唯一可行的方法就是建立一个深地质储存库。这些放射性废物可能在数十万年内仍具有危险性。真的没有别的选择。”

  然而,这些垃圾,其中大部分来自全国54个商业反应堆,仍然在相当于冷库的地方。耗尽的燃料棒在现场的水箱中保存大约5年,然后转移到称为“干桶”的钢和混凝土罐中,并在所谓的临时储存中再保存40年。只有这样,这些物质才会冷却到可以藏在地下。然而,最后一步从未发生过。全美国85个临时储存地点容纳了超过86000吨废物,这种情况类似于将垃圾无限期地留在车库里。随着国家投资先进的小型模块化反应堆,这种情况可能会变得更加可怕。

  “老实说,这是我最讨厌的事,”保罗·默里(Paul Murray)说,他于去年10月成为能源部负责乏燃料和废物处理的副助理部长。“每个人都在谈论闪亮的新反应堆,但没有人谈论从反应堆中产生的燃料的后端管理。”

  美国国会在1982年通过了《核废料政策法案》,试图纠正这一点。罗纳德·里根总统称这项法律是“追求和平利用原子能的重要一步”。它要求联邦政府在1998年之前开始对国家的核废料负责,并且产生核废料的公用事业公司为每千瓦时的核能发电支付0.1美分的费用来处理核废料。由于政府从未接收过大部分垃圾,该计划陷入停滞。自1998年以来,这一失败使这些公用事业公司每年从华盛顿收取5亿美元的罚款。美国政府问责局在2021年发布的一份报告指出,到2030年,联邦债务可能达到600亿美元。

  大约15年前,当一个深层地质储存库的计划脱轨时,联邦政府的失误仍在继续。1982年的法律指示能源部向总统、国会、核管理委员会和环境保护署提供几个地点的建议。国会在1987年修改了法律,指定了一个:尤卡山,位于拉斯维加斯西北约100英里处的西肖肖尼民族认为神圣的土地上。

  这种自上而下的过程与基于同意的选址相反,在社区反对和时任参议院多数党领袖哈里·里德的努力下,它崩溃了。这位内华达州人说服奥巴马总统否决了这项耗资130亿美元的提案。奥巴马政府召集了一个科学家小组来制定一项新计划;2012年,它建议成立一个独立的机构,让它负责核基金,并指示它通过基于同意的选址来改进这项工作。

  这项建议模仿了芬兰和加拿大为建立社区共识所做的工作。波西瓦花了四十年的时间在奥尔基洛托建造这个设施;加拿大的搜寻工作始于24年前,当时成立了独立的核废料管理组织。然而,在美国能源部(Department of Energy)将“同意选址”作为官方政策的10多年后,在美国建立商业核废料深挖地质处置库方面几乎没有取得进展。(自1999年以来,国防工业产生的放射性垃圾一直被封存在新墨西哥州的废物隔离试验工厂(Waste Isolation Pilot Plant)地下2150英尺的地方。)

  能源部没有为深层地质储藏库确定可能的地点,而是指示拥有核技术和环境管理背景的默里处理积压的废物,据他估计,这些废物需要55年才能从临时储藏库中清除出来。在37个州的发电厂里,许多垃圾都在干桶里慢慢腐烂。去年,他组建了一个由12名成员组成的“征得同意的选址联盟”,开始寻找一个由联邦政府管理的垃圾场,在永久性垃圾场建成之前,暂时将全国的垃圾集中起来。

  卡拉·科尔顿(Kara Colton)表示,他可以从现有的燃煤电厂已经退役或即将退役的能源社区开始。她领导着能源社区联盟(Energy Communities Alliance),这是一个由地方政府组成的联盟,也是该联盟的一部分。该联盟正在向三个有兴趣建立核废料储存设施的社区发放100万美元的联邦拨款。(今年夏天还会有额外的资助。)但她担心,如果政府没有协调一致的长期努力来寻找一个永久的存储库,没有人会承诺参与。

  她说:“这是一个几代人的工程,我们的政治制度一直在变化。”“在没有资金保证的情况下,我们每年都在检查是否会改变已经取得的进展。”

  但穆雷寻求巩固临时废物储存的努力可能没有实际意义。根据《核废料政策法》(Nuclear Waste Policy Act),能源部无权指定一个临时储存地点,除非该设施与建立一个深挖地质储存库的计划相关联。这使得穆雷的努力“毫无意义”,莱曼说。

  默里承认他的使命面临挑战。他说:“如果没有一个健全的储存库计划,很难找到临时储存库。”“作为一个国家,我们必须启动一个核废料处置项目,否则人们会认为它们将成为事实上的处置设施。”

  他说,就永久储存地点达成共识,然后建造它,可能需要50年的时间。与此同时,美国的公用事业公司每年继续堆积2000公吨的核废料。

  如果50年听起来很荒谬,那么想想芬兰在1983年就开始寻找核废料储存库。在十年内,政府考虑了四个地点,同时考虑了地质和环境标准,如基岩密度、地下水运动、气候变化对上述冰川运动和形成的潜在影响。

  只有9000多人的乡村Eurajoki提供了最大的社会支持和最好的地理条件。当镇议会在2000年投票批准该地点时,其成员和许多居民似乎都倾向于这个想法,因为8英里外的奥尔基洛托已经有两座反应堆。(第三家是奥尔基洛托3号(Olkiluoto 3),于2023年4月开业;这三家电厂提供了全国约三分之一的电力。)

  尽管如此,负责建立深层地质储存库的独立机构Posiva还是开展了一项长期运动,以促进社区的支持和信任,并向居民传授有关核能和废物储存的知识,以减轻他们的担忧。Posiva的公关经理托希玛称,这是一场“漫长的路演”,始于该公司在上世纪70年代推销这项技术的努力。尽管芬兰绿党和绿色和平组织对该项目表达了担忧 —— 源于新核电站的建设,而不是废料的处理 —— 但反对声音后来有所缓和。这个耗资10亿欧元的设施于2000年开始建设;波西瓦估计,在接下来的一个世纪里,运营、填充和最终密封将耗资55亿欧元。这需要多长时间,将取决于该国产生放射性废物的速度。

  Eurajoki市长Vesa Lakaniemi告诉媒体,拥有所有这些核基础设施每年将产生约2000万欧元的税收。这几乎是小镇年收入的一半,是“我们如何规划未来的投资”,包括一所翻新的学校,一个新的图书馆,以及一个价值800万欧元的体育设施。Lakaniemi认为,居民最终支持这个项目,是因为波西瓦的安全记录,也因为芬兰人倾向于信任他们的政府和机构。

  2002年,议会通过了《核燃料废物法》,该国开始寻找。该法案成立了核废料管理组织(Nuclear Waste Management Organization,简称NWMO),该组织在2010年公布了一项九步计划,该计划将在10年左右的时间内达成一项托管核废料处置库的协议。两年之内,21个社区表示有兴趣这样做。

  该机构花了十几年的时间从名单中筛选出两个最适合地质和社会的地点。为了做到这一点,它首先要确保每个候选城市都有一个合适的地点 —— 一个足够大的地方,可以容纳所需的基础设施,但又远离饮用水供应和国家公园等受保护的土地。社区还必须概述他们将从该项目将促进的就业机会和工业发展中获得的物质利益。

  随着时间的推移,筛选过程将潜在地点的名单削减到两个。第一个是南布鲁斯,一个位于多伦多以西约100英里的小农业社区,距离该国最大的核电站约35英里。另一个是位于苏必利尔湖西北约150英里处的乡村小镇伊格纳茨(Ignace)。

  这些地区的第一民族社区 —— 南布鲁斯附近的索金奥吉布韦部落和伊格纳斯附近的瓦比贡湖奥吉布韦部落 —— 也必须提供同意,但这一过程是分开的,通常不太公开,与乡镇的情况不同。

  伊格纳茨附近的场地大致相当于联邦土地,这使得收购比在南布鲁斯更容易。在南布鲁斯,如果这个1500英亩的项目获得通过,核废料管理组织必须与业主签署协议,最终购买他们的土地。这意味着不仅要向社区推销这个想法,还要向个别土地所有者推销。为了获得支持,该机构慷慨解囊,从购置消防车到设立奖学金基金,再到支付一些市政工资,为该镇提供了各种帮助。自2013年以来,它总共给该镇带来了930多万美元的收入。(自2018年以来,伊格纳茨已收到近1400万美元。)

  尽管如此,在南布鲁斯(South Bruce)建立一个垃圾储存库的想法还是让大约6000名居民产生了分歧,他们曾经因为参加教会团体和青少年运动而团结在一起。支持者说,他们相信科学表明的存储库技术是安全的,他们指出了它已经带来的好处。但批评人士担心所有这些放射性物质现在和未来几十年对该镇的影响,他们担心潜在的经济和环境成本尚未得到充分研究。他们还觉得NWMO对考虑他们的观点和回答他们的问题不太感兴趣,而更感兴趣的是通过财政承诺出售储存库。

  该机构在南布鲁斯的公关经理卡罗琳·费尔(Carolyn Fell)说,居民们每周五天都可以在办公室找到她,她很乐意回答问题。她说:“我们听到了社会各界的关切,我们每次都尽力以非常坦率和透明的方式回答。”

  米歇尔·斯坦对此不太确定。她和丈夫加里30年前在南布鲁斯买了一个农场,农场里养着牛羊。他们还在那里养了三个孩子,梦想着他们能接管一切。但在NWMO开始与邻近的土地所有者签署协议后,2019年这片土地将成为1500英亩,斯坦的孩子们搬走了。现在,她担心她的土地很快就会一文不值,她的生计也会消失。

  斯坦说:“在我看来,他们至少应该付给我们与项目初期销售人员相同的报酬。”她还担心可能对地下水造成的影响,以及是否有人会购买在附近种植的牛肉和羊肉。她觉得她的一些邻居和镇议会被NWMO在社区的投资收买了。

  “他们说他们不会进入一个非自愿的社区,”斯坦说,“但他们肯定在推动我们自愿。”

  斯坦和其他十几个人一起组织了“保护我们的水道”来反对这个项目。该组织的志愿者主席Anja Vandervlies担心,缓冲区禁止在该设施的一定距离内居住或耕作,最终可能会包括她的部分或全部农场。她和斯坦在镇议会作证,为当地报纸写专栏,竖立了亮黄色的手工广告牌,上面写着“对NWMO说不”和“停止加拿大的核武器倾倒!”但在他们看来,该机构咄咄逼人的营销活动把他们排挤了出去。2022年,他们的镇议会候选人在选举中表现不佳;市长马克·戈茨(Mark Goetz)表示,他和该机构的五名当选成员现在公开支持废物处理设施。

  戈茨接替了他的父亲。2012年,南布鲁斯告诉核废料管理组织,他们有兴趣托管这个储存库,戈茨担任市长。戈茨说,他的父亲对该项目将给这个严重依赖农业的社区带来的经济发展很感兴趣。他否认了镇议会没有征求社区意见的说法,并指出在过去的12年里,它已经举办了数百场活动。他还对NWMO迄今为止提供的财政支持表示感谢。然而,更重要的是,他认为必须有人来托管这个网站,所以为什么不让南布鲁斯来呢?

  戈茨说:“我们已经从廉价的核能中获益,我不认为我们应该把这些废物留给后代去处理。”

  选民将在10月份的全民公决中决定此事。超过50%的选民必须投票才能算,在戈茨看来,这使得委员会的立场在很大程度上没有意义。

  他说:“全民公投的美妙之处在于,每个人都有平等的投票权。这是一个民主国家,实行多数决定原则,所以委员会的决定并不重要。”

  不过,南布鲁斯的胜利并不一定足够,因为索金奥吉布威国家也必须支持这个想法。即便如此,美国核废料管理组织将在今年晚些时候做出最终决定,该组织也在关注伊格纳茨附近的选址。

  这个选址被称为雷维尔(Revell),位于伊格纳茨(Ignace)和较大城镇德莱顿(Dryden)之间。该机构负责安大略北部地区的通讯经理文斯·庞卡(Vince Ponka)将其描述为位于加拿大地盾(一个环绕哈德逊湾的巨大火成岩和变质地层)深处的一个长达几英里的蛋形花岗岩地层。

  “这是一块理想的岩石来容纳[深开采的地质储存库],”他说。虽然该设施将在城市范围之外,但伊格纳茨将主办“专业知识中心”,这是一个办公室和教育综合体,旨在向人们传授储存库的知识。他称其为“真正的建筑瑰宝”,可以促进经济发展。

  注册护士、伊格纳茨镇议会成员朱迪·德菲奥(Jodie Defeo)说,14年前当她得知有可能建立核废料处置库时,她并不在意,但去年夏天,在核废料管理组织资助的奥尔基洛托之旅中,所有的怀疑都得到了缓解。

  她说,在Eurajoki的人们中,“没有任何谨慎意识或其他东西,似乎没有理由担心”。她看到了当地学校和基础设施税收收入的改善,她回国后感到鼓舞。她相信,类似的设施可以给伊格纳茨带来好运。几十年前,当采矿业开始萎缩时,伊格纳茨陷入了困境。

  她说:“没有足够的资金来修复老化的基础设施。”就业机会少,房地产市场低迷,人口减少导致税基很小。虽然她17岁的儿子有兴趣留在伊格纳茨,但她27岁的儿子搬到了桑德贝(Thunder Bay),这是一个人口约11万的城市,位于苏必利尔湖(Lake Superior)以南,大约有三小时车程。对于德菲奥来说,托管存储库的可能性给它带来了希望。

  温迪·奥康纳可不这么乐观。她是桑德贝的通讯官员,也是反对派组织“我们无核北方”的志愿者。她说,尽管伊格纳茨提出要主办这个处置库,但所有的废物都将经过她的城市。装载货物的卡车将沿着加拿大横贯公路(Trans Canada Highway)行驶约1000英里,这条公路主要是两条车道,环绕休伦湖(Lake Huron)海岸和苏必利尔湖(Lake Superior)悬崖。她担心在高速公路上或工地上发生事故的风险。

  当然,放射性物质在运输或短期储存过程中泄漏的风险总是存在的,过去20年在德国和新墨西哥州就发生过这样的事情 —— 尽管没有已知的健康影响。

  斯坦福大学教授尤因说:“我们可以自信地说,事故不仅有可能发生,而且确实发生了。”但是,他补充说,他们正在研究和纠正错误。

  尽管科学家们对储存库的工程表达了信心,但在几千年的时间里,储存库中的一些储存罐会被腐蚀,密封坟墓的一些屏障会被侵蚀,一些废物会泄漏,这几乎是不可避免的。从理论上讲,它发生在地球深处更安全,在那里它构成的威胁要小得多。正如尤因参与撰写的2018年斯坦福大学报告所指出的那样,“‘安全’并不意味着在数十万年内健康风险为零,而是健康风险低到足以让今天的人口和子孙后代接受。”

  考虑到安置美国核废料的风险(无论风险多么小),一些人怀疑,基于同意的选址是否只不过是一种奉承,一种付钱给一个社区,让他们承担别人不想做的任务的方式。

  “愤世嫉俗的人会说,它真正的意思是每个社区都有它的价格,”莱曼说。他说:“问题是赔偿多少才够,赔偿水平是否足够,是行业和政府能够承受的。这些都是没有答案的问题。”

  但正如芬兰和加拿大的努力所表明的那样,这种方法至少让一个社区对自己的未来有了发言权 —— 多年前,美国政府在选择尤卡山时拒绝了内华达州人民的发言权。这一努力的失败表明了自上而下的方法的局限性,而美国不断增长的核废料储备也凸显了解决这个长期被忽视的问题的迫切需要。正如莱曼所指出的,这个国家需要向前推进。它必须注意代际公平,尽可能作出最佳选择,以保护几百年、甚至几千年以后仍在这里的人,利用当今最好的科学和技术。在该领域的许多专家看来,这意味着开发深挖的地质储存库。

  尤因说:“任何增加核能的战略,如果不包括处理核废料的战略,都不应该推行。”

  当然,核能并不是引领世界远离化石燃料的唯一途径,出于合理的安全考虑和其他原因,人们质疑核能在后碳时代的地位。但是,只要美国和其他国家的政府考虑扩大核能的使用,他们就必须弄清楚如何处理核能产生的不可避免的废物,而且要得到将承担这一负担的社区的支持。


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