世界核廢料報告2019:核廢料處置向全球提出巨大挑戰

發布時間: 2020-03-27 10:09:59   來源:澎湃新聞  作者:鄭永妍

  全球范圍內,核廢料的數量正在增多。但即便全球進入核時代已經70年,世界上仍沒有一個國家找到了處理核電廢料的真正辦法。核廢料處置向全球各國政府提出了巨大挑戰。

  由德國海因西里伯爾基金會2019年11月發布的《世界核廢料報告2019》(The World Nuclear Waste Report 2019:Focus Europe)聚焦于歐洲,呈現了有關歐洲核廢料處置工作現況及相關棘手難題的最新事實和數字。本報告撰寫者包括Manon Besnard、Marcos Buser、Ian Fairlie、Allison M. Macfarelane、Gordon Mackerron、Yves Marignac、Eszter Matyas、Edvard Sequens、Johan Swahn以及Ben Wealer。

  海因西里伯爾基金會(Heinrich Böll Stiftung,HBS)是德國一家附屬于綠黨(Bündnis 90/Die Grünen)的公共政策智庫,致力于政策改革,宗旨為生態與可持續、民主與人權、自決與正義。該基金會以德國作家海因西里•伯爾(Heinrich Böll,1917—1985)的名字命名,成立于1997年,總部設在德國首都柏林。

  該報告原文總計148頁。以下是對其中執行摘要部分的翻譯。發布該譯文不代表我們對其中觀點的認可,請讀者明察。

 

  《世界核廢料報告2019》封面

  《世界核廢料報告》(World Nuclear Waste Report)顯示,數十年來,世界各國政府一直在努力制定和實施全面的核廢料管理策略。許多任務將成為子孫后代的責任。

  核廢料管理概念

  全球進入核時代已有70多年,世界上仍沒有任何國家擁有一處運轉中的乏核燃料(spent nuclear fuel)深層地質處置庫。芬蘭是唯一正在建造一處永久處置庫以存放這種核廢料中最危險類材料的國家。除芬蘭外,只有瑞典和法國在早期密封過程中事實上確定了高放射性廢料處置庫的位置。美國正推行“核廢料隔離試點項目”(Waste Isolation Pilot Project, WIPP),然而,該處置庫僅被用來存放核武器生成的長壽命超鈾廢料,而不用于商用反應堆產生的乏核燃料。(將高放射性的核廢料埋藏在距地表深約500至1000米的地下深處,使之永久與人類生存環境隔離,是對核廢料的一種處置辦法。——譯注)

  盡管篩選程序失敗和處置庫遭廢棄的例證所在多有,但當前針對核廢料的國家和國際治理方式仍傾向于地質處置。這要求在選址、勘探和審批流程方面具備明確而艱巨的條件。即便如此,深層地質處置方式的可行性依舊無法保障。因此,選址過程必須在確保工業可行性的基礎上格外謹慎,并輔以恰當的監測。一些科學家認為,將核廢料長期貯存在一個受保護且可監測的環境中是更負責任且能夠較快實現的措施,因此應予以采納。總體而言,一個強烈的共識是,政治家和相關公民當下對該問題的研究和科學辯論與交流態勢,尚不足以應對這一巨大挑戰。

  核廢料的養護、運輸、貯存和處置對有核國家構成重大且日益嚴峻的挑戰。這些事態發展表明,各國政府和有關當局面臨改進臨時貯存和處置方案管理的壓力。相應的是,那些方案的管理必須執行一定的標準,包括規劃質量及安全性、質量保證、公民參與和安全文化。

  乏核燃料和高放射性廢料的臨時貯存將持續一個世紀,抑或更久。由于深層地質處置庫在今后數十年都無法啟用,臨時貯存的風險將越來越高。目前貯存乏核燃料及其他易分散類中等放射性、高放射性廢料的慣常做法并非著眼于長期而計劃。因此,這些做法意味著日益增長的極高風險,特別是當其他選擇(固化、干法貯存)只可用于有核防護的設施中。核廢料的延長貯存加劇了當下的風險,增加了數十億美元的成本,且將這些負擔轉向子孫后代。

  核廢料的數量

  歐洲國家已生產了數百萬立方米的核廢料(其中甚至不包括鈾礦采掘和加工所形成的廢料)。到2016年底,法國、英國和德國成為歐洲核燃料鏈上最大的核廢料生產國。

  歐洲(不包括俄羅斯和斯洛伐克)貯存的乏核燃料超過6萬噸,其中大部分在法國。在歐盟內部,法國現有的乏核燃料占到25%,其次是德國(15%)和英國(14%)。乏核燃料被認為是高放射性廢料,盡管體積相對較小,但占了輻射強度的絕大部分。

  例如,在英國,高放射性廢料占不到核廢料總量的3%,但幾乎97%的輻射產生自此。多數乏核燃料已被轉移至冷卻池(所謂濕法貯存)中,以降低熱量和放射性。截至2016年,歐洲81%的乏核燃料以濕法貯存。將乏核燃料以干法貯存在單獨的設施里會更安全。法國和荷蘭計劃對相當大一部分乏核燃料進行再處理。歐洲大多數其他有核國家(比利時、保加利亞、德國、匈牙利、瑞典、瑞士,以及近期的英國)則無限期暫停或中止了再處理計劃。并非所有國家都公布了再處理乏核燃料的數量。在多數情況下,各國只公布經玻璃固化處理的高放射性廢料數量。大量經再處理的鈾、钚、中等放射性廢料,及需要長時間額外中間儲存期的廢混合氧化物燃料(mixed oxide fuel ,MOX)也是如此。

  歐洲(俄羅斯和斯洛伐克除外)已生產約250萬立方米的中低放射性廢料,其中有大約20%(50萬立方米)儲藏在歐洲各處,等待最終處置。各地尚未經過完全處置的中低放射性廢料數目正持續增長。其余約80%(接近200萬立方米)則已完成處置。然而,這并不意味著未來幾個世紀里這類廢料已被成功清除了。例如,德國一處原為鹽礦的阿西二號(Asse II)核廢料處置庫就不斷遭受地表水的涌入,22萬立方米處理過的核廢料和鹽的混合物亟待回收,這一任務不僅復雜且代價高昂。由于放射性廢料和鹽混合在一起,現存核廢料數量已是最初的五倍。因此,“最終處置”(final disposal)這一術語應謹慎使用。

  核設施的除役將額外產生相當多核廢料。排除燃料鏈設施,僅歐洲核電反應堆群的除役,就將至少再產生140萬立方米的中低放射性廢料。這還只是保守估計,因為除役經驗還很不足。截至2018年,歐洲(俄羅斯和斯洛伐克除外)運行的核電站數量為142座。

  源源不斷的核廢料和即將除役的核設施帶來的挑戰不斷加劇,因為歐洲貯存設施的容量正逐漸耗盡,特別是乏核燃料的貯存容量。例如,芬蘭貯存乏核燃料的容量已然達到93%的飽和狀態。瑞典的分散式貯存設施CLAB已達到80%的飽和狀態。但不是所有國家都會公開其貯存容量的飽和程度,這令全面評估不可能進行。

  據估算,在使用期限內,歐洲(俄羅斯和斯洛伐克除外)的核電反應堆群會產生約660萬立方米的核廢料。如果堆積在一處,它們可以在一個足球場內填滿至919米的高度,比世界最高建筑——迪拜的哈利法塔(Burj Khalifa)——還要高出90米。這里的計算包括了來自運行、乏核燃料和反應堆除役的廢料。這里和以上估算基于保守的假定,但歐洲核廢料的實際數量很可能更高。法國將以30%的占比成為歐洲最大的核廢料生產國,緊隨其后的是英國(20%)、烏克蘭(18%)和德國(8%)。這四個國家的核廢料占歐洲的75%。

  除俄羅斯這一仍然活躍的鈾生產國之外,德國和法國鈾礦開采過程中形成的核廢料庫存在歐洲是最多的。據官方數據,法國先前的鈾礦采掘業形成了5000萬噸采礦殘渣,但獨立專家估計的數字要高很多。原德意志民主共和國采掘的鈾礦石遠超法國,礦區遺存包括大約32平方公里的設施區,48堆體積共計3.11億立方米的低活性巖石,和4個容納了1.6億立方米放射性污泥的尾礦池。如今,歐盟進口了大多數的鈾,核廢料因而大量產生于歐洲之外。

  成本和財務

  幾乎每一個政府都聲稱遵循“誰污染誰治理”的原則,該原則要求運營商承擔管理、貯存和處置核廢料的費用。但現實中,政府往往無法一以貫之地推行這一原則。多數國家只在核設施除役過程中強制施行這一原則,盡管一些案例顯示政府會承擔反應堆的除役責任(如在前東德)。保加利亞、立陶宛和斯洛伐克共和國接受了歐盟在除役方面提供的支持,作為交換,它們關停了前蘇聯時代的核電站。

  大多數國家不會針對核廢料處置的成本強推“誰污染誰治理”原則。國家當局最終或多或少會承擔核廢料長期管控和處置的義務和責任。但是,運營商會被要求為這項長期費用提供資金支持。即便在那些將“誰污染誰治理”寫入法律的國家,該原則也沒有完全落實。例如,只要最終處置設施關閉,出現任何問題,核電站運營商都不會被要求承擔財務責任。德國阿西二號(Asse II)就是這種情況,從該處置設施中回收大量核廢料的費用由納稅人承擔。

  各國政府未能正確評估核設施除役、貯存和處置核廢料的費用。因時間跨度長、費用增加,且存在預估的(專款累計)折現率,所有的費用估算都隱含著不確定性。造成不確定的一個重要原因是,核設施除役經驗缺乏,尤其是核廢料處置項目方面的經驗缺乏。只有三個國家即美國、德國和日本,曾完成過包括完全拆解解核設施并形成數據的除役項目。截至2019年年中,在全世界已經關停的181座核反應堆中,僅19座經過了完全除役,其中也只有10座達到“可開發新地皮”(“green field”)的標準。但即便這些有限經驗也顯示出了高達五分之一的極大不確定性。在美國,不同反應堆的除役費用在每千瓦280美元到1500美元之間。在德國,一座反應堆的除役費用是每千瓦1900美元,而另一座則是每千瓦10500美元。

  許多政府的費用估算基于過時的數據。本報告評論到的很多國家,如法國、德國和美國,它們在評估有關費用時用的是上世紀七八十年代的研究,而非基于現有的少數包含真實數據的案例。大多數情形下,那些過時的數據由運營商、產業方或國有機構編制,運用那些數據很可能得出費用低廉的估算和過于樂觀的結論。

  很多政府對折現率也過于樂觀。導致低估核設施除役和核廢料管理成本的一個關鍵因素是系統性使用了過分樂觀的折現率。為除役和廢料管理提供資金的一個基本方面是預判專款的數量會隨著時間的推移而增加。例如,德國劃撥了241億歐元(272億美元)的專款用于所有與核廢料管理相關的活動,但據預判,這筆錢到2099年會增加近3倍,至860億歐元。各國使用的折現率大有區別,且費用的增加速度可能快于一般通脹率,但并非所有國家都考量到了費用的增加。(“近3倍”,原文為“近4倍”,疑有誤。——譯注)

  為確保有充足的資金用于除役、核廢料的管理和處置,相應的融資計劃必須為那些專款創造安全的持有條件(“圍欄策略”)。同時必須確保預留財力足以負擔實際費用。一些國家滿足了一個條件,但達不到其他條件。

  各國在如何規劃為核廢料的管理、貯存和處置籌措資金方面存在很大差異。不是所有有核國家都要求對核設施除役專款實行外部管理,且獨立于運營商或持牌人。在大多數國家,用于長期核廢料管理的專款實行外部管理,但在一些國家,核設施的除役費用仍從內部的獨立和受限專款那里獲得資金支持。為核設施的除役和核廢料的存儲提供資金支持是一件復雜事端;大多數情況下,一個國家存在多重資金籌措體系。

  依據國家層面的不同做法,各國政府不會總是去定義“除役”涵蓋哪些事項。與乏核燃料管理一樣,核廢料管理也是核設施除役的一個重要方面,但二者并不總是被劃入“除役”之列,因此很難比較不同國家之間的費用。除役、貯存和處置流程相互緊密關聯;何以完整的外部獨立和受限專款似乎是為這些流程的未來費用籌集資金的最佳方法,原因即在于此。只有少數國家選擇了這一方案,特別是瑞典、英國和瑞士。不過,瑞士有兩種專款,一種用于核設施的除役,另一種用于核廢料的管理。沒有哪個國家已經確保核設施的除役和核廢料的貯存和處置獲得了全面的資金支持。做到這一點將是所有使用核能國家面對的一項挑戰。

  當前,沒有任何國家既精確評估了核廢料管理的費用,又縮小了受保護的專款和預估費用之間的差額。在多數國家,僅部分所需專款有所預留。舉例來看,瑞典迄今為止為三分之二的除役和廢料管理預估費用預留了資金,英國預留的資金能支撐其運行中的半數核反應堆,瑞士的留存資金甚至不到預估費用的三分之一。

  在為核廢料處置提供專項資金方面,也可以觀察到同樣的情況。法國和美國預留的專項資金僅能支付預估費用的三分之一左右。

  隨著越來越多的核反應堆因不利的經濟環境而被提前關停,資金不足的風險加劇了。提前關停、缺少資金,加上成本不斷攀升,正推動一些核電廠運營商推遲核設施的關停和除役,以籌措更多資金。一些國家如美國和日本,還在考慮通過提高費用、價格補貼和延長設備使用壽命的方式,令核設施能收回成本。

  來源與分類

  各國對核廢料的定義差別巨大,分歧在于,乏核燃料及其分離產品(钚和再處理鈾)被視為廢料還是可用資源。例如,因對自然有害,且使用和分離造價高昂,乏核燃料及其所含的钚在大多數國家被視為廢料。然而,法國將钚定義為潛在資源,并要求依法對其進行再處理。再處理既會推遲廢料問題,又令這一問題變得更加復雜和昂貴。

  各國對核廢料的分類存在很大差別,沒有哪兩個國家的分類系統是完全相同的。德國只在發熱廢料和其他廢料之間進行了區分。英國依據放射性水平分類其核廢料。法國和捷克共和國同時考慮放射性水平和放射性衰變期(半衰期)。美國與歐洲國家分類系統的根本區別在于,前者是基于核廢料的來源而非特性分類。(半衰期,指放射性元素的原子核有半數發生衰變時所需要的時間。——譯注)

  如何公布已形成的核廢料數量,各國之間存在很大差別。所有國家都會定期發布有關各自產出的核廢料數量及相應管理方案的信息,但不是所有國家都會詳盡報告。一些國家的公開信息不能被用來預估核廢料體積(例如斯洛伐克)。一些國家的報告缺乏最新的乏核燃料庫存量(例如荷蘭和比利時)。俄羅斯對其分類系統及核廢料庫存狀況鮮少公布。

  各國在核廢料的定義、分類和公布方式上的差別和矛盾,令收集數據和進行國際比較的工作十分困難。不同國家的處理方式反映了各國在管理核廢料上缺乏一致性。當國際上試圖在各國之間確立共同安全原則并就國家慣例建立同行評審程序時,那些不同的方式會凸顯出來。國際原子能機構(IAEA)就核廢料的分類提供了寬泛的框架。但該組織于2001年通過的《乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯合公約》(Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and the Safety of Radioactive Waste Management)構成許多國家默認的立場,盡管各國的執行做法大不相同。繼2011年《歐洲原子能共同體理事會指令》(Euratom Directive)通過以來,歐盟試圖統一其成員國的核廢料分類系統,但成效甚微。

  環境和人類健康面臨的風險

  核廢料對健康構成危害,原因有以下幾點:首先,媒體報道稱,來自核設施的常規氣態和液態廢物排放對健康有影響;其次,核廢料再處理在全球產生相當巨大的放射量;其三,許多已產生的核廢料的狀況無法令人滿意且極不穩定。以乏核燃料和來自再處理過程的玻璃化廢物形式存在的高放射性廢物占了整個核廢料放射性的90%以上。然而,世界上還沒有一處充分運行的高放射性廢料最終處置庫。繼續將乏核燃料長期存放在核電廠的水池里(濕法貯存),對公眾和環境都構成極大風險。乏核燃料的再處理尤其會產生更易接近和分散的高危放射性廢料,并帶來更多的挑戰,包括核擴散風險、工人和公眾暴露在輻射之下,以及環境遭受放射性污染。

  合理評估核廢料風險并列出危險等級的工作受限于信息不足。只有個別國家公布了諸如核廢料核素存量等信息。中央政府或國有部門應對此類數據的收集和傳播負主要責任。恰當評估核暴露與健康之間的潛在因果關系需要這一類數據。到目前為止,還沒有針對核廢料中放射性核素危害的全面評估方案。

  要評估核廢料的風險,目前缺乏全面、高質量研究。核廢料的風險或可由流行病學研究中推知,但現有的少數特定研究質量有限。例如,一些研究表明,癌癥發病率有所增加,但是單個研究數據太小,無法給出統計學意義上的顯著結果。薈萃分析(meta-analyses)可以合并較小的研究,產生較大的數據集,這可以形成統計學意義上的結果。但眾所周知,關于核廢料對健康影響的薈萃分析實際上是缺失的。此外,為評估風險,還必須準確測量輻射劑量。總之,分析表明,有關核廢料風險的定性和定量信息都極度缺乏。

  研究方法說明及展望

  《世界核廢料報告》就各國如何管理核廢料提供了國際比較,概述了各國現狀和歷史趨勢。本報告聚焦歐洲,開始填補一個重大的研究空缺。在歐洲之外,運營商和各國政府應對核廢料挑戰的慣常做法甚至變化更大。在為解決這一特定問題尋求合理的長期解決方案過程中,社會、政治、技術和金融層面的挑戰是巨大的。

  由于這是此類報告的第一份,因此在基于大量完整事實和數字化的數據提出有意義的總結時,本報告面臨許多障礙。各國不只在核廢料的定義、分類方式,和如何公布已形成的核廢料數量方面存在很大差別。這項研究還揭示了數據缺失,遭遇了語言障礙、各國不同的術語使用方式,以及原始資料不一致等困難。所有這些都使得評估工作非常復雜。

  《世界核廢料報告》的第一版旨在為今后開展相關研究打下基礎。新問題已然浮現,一些問題應在下一版報告中討論。例如,延長使用不適當的臨時貯存法帶來的風險,評估核電風險時可預見的臨時儲存能力不足、擴散、恐怖主義威脅和其他安全問題,鈾礦開采的做法,通過自由測量清除廢物部分,以及公眾參與在選址進程中的作用。此外,新版報告還應將研究地域延伸至其他有核國家,包括加拿大、中國、芬蘭、日本、俄羅斯、韓國、西班牙和烏克蘭。

      關鍵詞: 核能

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