核能不能解決氣候變遷的 7 個原因

不少人主張核能是「潔淨」零碳能源,但知名國際能源情境模擬領域學者Mark Jacobson 卻認為核能無法解決氣候變遷。來看看他提出的七大原因吧!
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▲Photo Credit: Shutterstock/ 達志影像
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本篇由綠色公民行動聯盟翻譯,原始出處為李奧納多迪卡皮歐基金會 《The 7 reasons why nuclear energy is not the answer to solve climate change》,原作者 Mark Z. Jacobson 授權翻譯與刊登,Mark Jacobson 教授為國際能源情境模擬領域的知名學者,其 2009 年於科學人雜誌提出的美國 2050 年可達到 100% 再生能源情境的研究,啟發了全球針對 100% 再生能源情境的延續研究,於 2015 年獲得美國科學院的科學卓越「科薩雷利獎」(Cozzarelli Prize )。    

少數科學家提議用核反應爐,百分百取代化石燃料電廠,以解決當前的氣候危機。也有不少科學家建議,增加核能至整體社會總能源使用量的兩成(不只是電力使用)。他們主張核能是「潔淨」的零碳能源,卻忽略在其倡議的目標下,核電對人類產生的衝擊。讓我們進一步分析:

一座核電廠從事前規劃到投入運作,平均需約 14.5 年。根據世界衛生組織統計,每年約有 710 萬人死於空氣污染,其中超過九成的死亡人口,與能源相關的燃燒過程有關。假設我們把目前發電方法一律改為核電,在等待這些核電廠建成的 14.5 年間,將造成 9,300 萬人死亡。(編者按:710 萬 X 0.9 X 14.5 年= 9,265 萬)

相比之下,大規模的風電及太陽光電場,由規劃到營運平均只需 2 至 5 年。以屋頂太陽光電計畫為例,最快只需 6 個月便能安裝啟用,因此,若發電方式全面過渡至再生能源發電,則可避免數千萬人死亡。

上述帶出核能發電的主要缺點,便是興建時間長,並解釋了為甚麼再生能源——特別是風能、水力和太陽能,可以避免這個問題。然而,核能不僅只有這個問題,這項能源足足有七大問題:

1. 核電廠興建時間長

興建一座核電廠牽涉很多程序,由前期選址、取得設廠許可、購買或租用土地、申請建造許可、申請建築融資和保險、安裝輸配電系統、商量購電協議,才來到建廠這一步,並在連結到輸配電網後,方才能獲得最終的運營許可證。

核電廠由規劃到運行(PTO)一般需時 10 至 19 年,但有些要花更長的時間。例如,芬蘭於 2000  年12 月提議奧爾基洛托核電廠(Olkiluoto)新建第 3 號核反應爐機組,最近一次評估的預計完工日期為 2020 年,其 PTO 時間便已超過 19 年。

位於英格蘭的欣克利角核電廠(Hinkley Point)於 2008 年展開計畫,預計完工日期為2025 年至 2027 年間,其 PTO 時間為 17 至 19 年。2006 年,美國喬治亞州的佛格妥核電廠(Vogtle)首次計畫加入新的 3 號及 4 號核反應爐機組,預計完工日期分別為 2021年 11 月、及 2022 年 11 月,PTO 時間則分別為 15 年和 16 年。

中國於 2005 年宣佈興建海陽核電廠(Haiyang )的 1 號及 2 號核反應爐機組。海陽 1 號機組於 2018 年 10 月 22 日開始商業運營。海陽 2 號機於 2019 年 1 月 9 日開始運營,兩者的 PTO 時間分別為 13 年和 14 年。另一個台山核電廠(Taishan)的 1 號及 2 號核反應爐機組,則在 2006 年進行投標。台山 1 號於 2018 年 12 月 13 日開始商業運營,台山 2 號最快在 2019 年才會營運,其 PTO 時間分別為 12 年和 13 年。瑞典的林哈爾斯核電廠(Ringhals)的 4 個核反應爐機組,其規劃和採購始於 1965 年,最後分別花了 10 年、11 年、16 年及 18 年的時間陸續完成。

有謠傳指法國在 1974 年的梅斯梅爾計劃(Messmer plan),在 15 年內建成了 58 座核反應爐,但這並非事實,期當中有部分核反應爐是在更早之前就開始計畫了。例如費瑟南(Fessenheim)核反應爐,於 1967 年獲得了建造許可,但早於幾年前已開始施工。此外,法國一共在 1991 年至 2000 年間,興建了 10 個核反應爐。因此,整個梅斯默計劃,由規劃到運行時間至少為 32 年,而不是 15 年。沒有一座核反應爐從興建到運行的時間是在 10 至 19 年內。

2. 成本高昂

根據顧問公司拉札德(LAZARD)發表的報告,指出於 2018 年新建一座核電廠的能源均化成本(LCOE)為 151 美元(112 至 189)/ MWh;相比之下,陸域風電為 43 美元(29 至 56)/ MWh,大規模太陽能光電為 41 美元(36 至 46)/ MWh。

由於以下幾個原因,核能的能源均化成本被低估了。首先,拉札德假設核電廠建設時間僅為 5.75 年。但以喬治亞州的佛格妥核電廠的 3 號及 4 號機為例,其施工時間為 8.5 至 9 年。僅是這項延遲,已導致核能的能源均化成本攀升至 172 美元(128 至 215)/ MWh,或是陸域風電場及大規模太陽能場成本的 2.3 至 7.4 倍。

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接下來,能源均化成本也沒有把歷史上發生重大核電廠爐心熔毀事故的處理費用計算在內。例如,清理福島第一核電廠的三個核反應爐爐心熔毀,造成的損失估計高達 4,600 至6,400 億美元。換算下來,全球平均每一座核反應爐要負擔 12 億美元,佔資本成本的 10% 至 18.5%。

此外,能源均化成本也沒有把貯存核廢料數十萬年的成本計算在內。僅在美國,每年約有 5億美元用於保護約 100 個民用核能發電廠的核廢料。這費用只會隨着核廢料持續累積,這項費用只會繼續增加。更有甚者,當核電廠退役後,即使電廠已再無收入,仍要持續支付這筆貯存費用。

3. 核武擴散危機

隨着核電廠愈來愈多,讓各國愈來愈容易取得製造核武的原料,即鈽及濃縮鈾。聯合國氣候變遷政府間專家委員會(The Intergovernmental Panel on Climate Change ,IPCC)承認此為事實,在其 2014 年能源報告的執行摘要中,作出以下結論:委員會在「有力證據和高度共識下」,認為核武器擴散問題是發展核能的障礙:

目前使用核能發電主要面對的障礙是操作風險、各種安全隱憂、鈾礦開採風險、財務和監管風險、無法解決的核廢料問題,核武擴散危機以及負面的公眾輿論。

當某國家現時並無核能,而決定興建核電廠時,該國家即可以進口鈾金屬,而鈾可以被用來製造核武器。如果有國家選擇這樣做,它就可以秘密地提煉高濃縮鈾,以製造核武器。雖然這並不意味着每個國家都會這樣做,但正如 IPCC 所指,歷史上總有一些國家會違反禁令,而且風險相當高。隨着小型核反應爐(SMR)建造成本較低、落成速度較快,其可能會進一步增加這種風險。

4. 熔毁風險

全世界曾建造過的所有核電廠,至今有 1.5% 已發生程度不等的核熔毀。核反應爐熔毁會造成災難性的後果(1986 年俄羅斯的車諾比事件;2011 年日本福島第一核電廠事件的三個核反應爐)或是產生具有破壞性的影響(1979 年賓州的三哩島(Three-Miles Island)事件,1980 年在法國的聖洛朗(Saint-Laurent)事件)。核工業推出 一些他們聲稱為安全的新型核反應爐設計。但是,這些設計一般來說並沒有通過測試,無法保證其設計與興建是否完善、能否正常運作,又或者當有天災、恐怖攻擊發生時,例如若有飛機衝向核反應爐時,也無法保證不會引起反應爐的功能失效,進一步造成重大災難。

5. 開採工人的肺癌風險

大量的礦工在開採鈾礦時患上肺癌,因為鈾礦含有天然氡氣(natural radon gas),當中一些物質會在衰退時產生致癌物。一份針對 1950 年至 2000 年鈾礦工人的研究發現,調查的 4,000 人中,有 405 人(10%)死於肺癌,比吸煙者罹患肺癌的機率高出六倍,另有 61 人死於採礦相關的肺部疾病。而清潔、可再生能源不會有這類風險,因為使用這些能源不需要長期開採原料,只需為建造發電機組進行一次性開採,開採鈾礦所造成的肺癌風險,並不會出現在再生能源上。

6. 二氧化碳當量排放和空氣污染

現時世界上並沒有零碳排或接近零碳排的核電廠。 即使是現有的核電廠,也會因為持續運轉的需求,而不斷開採和精煉鈾,而產生碳排放。新核電廠每度電增加的二氧化

碳為 78 至 178 公克(g-CO2 / kWh),距離零碳排還有一段距離,這使得背景電網(Background Grid)未來一百年每度電的二氧化碳排放量為 64 至 102 公克,雖然消費者還要等待 10 到 19 年,新的核電廠才能投入服務或更新。而風力或太陽能只需 2 至 5 年就可投入服務。

此外,所有的核電廠會從水蒸氣和熱能中釋放出每度電 4.4 公克的二氧化碳, 這與光電板和風機形成鮮明對比,太陽光電板和風機每度電能將空氣中的熱能或水氣通量減少約 2.2 公克的二氧化碳,與此因子的淨差值僅為每度電 6.6 公克二氧化碳。

事實上,中國在投資核電站時,從規劃和營運花費了很長的時間,而沒有投資風能或太陽能,由此導致中國的二氧化碳排放量從 2016 年到 2017 年增長了 1.3%,而不如原先預期能平均下降 3%。僅在 2016 年,由以上的空污排放差異,推算出中國因空氣污染而死亡的人數,可能額外增加 6 萬 9 千人,在此前後也都有因此而死亡的人口。

7. 核廢料風險

最終的難題是,核電廠用過的燃料棒是放射性廢棄物。 大多數核燃料棒都儲存在反應堆附近。 這導致許多國家要提供數百個放射性廢棄物的放置場所,且這些場所必須維持運作和投注資金長達至少 20 萬年,20 萬年已遠遠超過任何核電廠的壽命。 當累積的核廢料越多,核輻射洩漏的風險就越大,這可能會危害供水、農作物、動物和人類的安全。

總結

總結以上,新核電每千瓦小時的成本約為陸域風電的 5 倍(根據場址和整體因素考量,成本差異介於 2.3 到 7.4 倍之間)。相比再生能源,核電在規劃和運營間需要多出 5 到 17 年的時間,而平均每單位發電時所產生的碳排放量高出 23 倍(根據電廠規模和施工進度,差異介於 9 至 37 倍之間)。 此外,它還會伴隨著核武擴散、核反應爐熔毁、開採鈾礦時患上肺癌和核廢料等問題的風險和成本。 清潔和可再生的能源能夠避免以上所有的風險。

核電倡議者聲稱,因為再生能源的間歇性特質,需要天然氣作搭配,所以我們仍需使用核能。 然而,核能本身也從未滿足過所有的電力需求,也會需要搭配其他能源。 即使在擁有最先進核能計劃之一的法國,其核電最大升降載速率為每分鐘 1% 至 5%,這意味著他們仍需要使用天然氣、水力發電或儲能設備,才能讓升降載速度提高 5 到 100 倍,以滿足電力需求。 事實上,今天的儲能設備發展已可取代天然氣,來搭配世界各地的風能和太陽能。共有十多個獨立的科學機構指出,在低成本的情境下,無需使用核能,籍由再生能源的供應與儲能系統搭配,就能因應間歇性的特性。

最後,許多現有的核電廠營運成本太高,這些營運商正在爭取補貼來維持運作。 例如, 2016 年,紐約州北部現有的三家核電廠就曾爭取到補貼,他們的理由是 : 現有的核電廠能保持低碳排。 然而,相較於盡快把資源投注在風力或太陽能上,繼續補貼這些核電廠的成本和碳排都比較高。 因此長遠來說,相比起發展再生能源,繼續補貼核能,將導致更高的碳排放量,和產生更高昂的成本。

責任編輯:Heemie
核稿編輯:Mia


圖解智慧國家四大關鍵科技,從不同角度帶你了解台灣的科技應用實力

大家都知道台灣有座半導體護國神山,也聽過許多媒體對台灣科技實力的盛讚,但台灣的科技實力到底強不強?我們從四個面向帶你看台灣作為「智慧國家」到底有什麼實力!
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大家都知道台灣有座半導體護國神山,也聽過許多媒體對台灣科技實力的盛讚,但台灣的科技實力到底強不強?自己說不如讓國際單位做的調查更客觀顯示。瑞士洛桑管理學院(IMD)每年9月公布的世界數位競爭力(World Digital Competitiveness Ranking)評比,最近一次報告2021年台灣在全球64個主要國家及經濟體當中排名第8,獲得歷年來最佳名次。

而且值得關注的是,支持數位競爭力的核心要素之一,也就是「科技」競爭力。IMD評比報告揭露台灣拿下全球第2的佳績,從2018年的第11名年排名持續上升,顯見台灣無愧於科技強國之名。


科技小百科:
瑞士洛桑管理學院(IMD)是一個長期研究國家與企業競爭力,在國際上具盛名及公信力的評比機構,並自1989年起發布「世界競爭力年報」World Competitiveness Yearbook,其評比報告與調查結果更是各國政府擬定相關政策之參考。IMD每年會定期公布兩份競爭力評比報告,其一是「世界競爭力年報」,每年在6月公布,2022年台灣在63個受評比國家中排名全球第7名。另一份報告為「世界數位競爭力評比」World Digital Competitiveness Ranking,每年在9月底公布,本篇文章引用的資料為這份兩份研究。


也因為科技與國家發展息息相關,有哪些技術是台灣不為人知的優勢?或是未來產業可大力投資布局的領域?我們找出其中四大項與智慧國家最有關的科技,展現台灣具備強勁的科技能量,或許你已經受惠,也或許你能從其中找到發展的機會。

關鍵科技一、融合海陸空領域的多維通訊

隨著國家管理範圍逐漸擴大,通訊範圍多元且彼此關聯,相關科技如低軌衛星、5G通訊、海底電纜等,形成環環相扣的多維通訊聯網。

仔細洞察2021年的IMD報告,台灣在「行動寬頻的用戶比例」這項指標,拿下全球第1的傲人成績。顯見台灣在通訊基礎建設的投資及普及率,是走在全球領先位置。

尤其5G/6G關聯科技更是未來多維通訊的具舉足輕重的地位,原因是5G衍生的價值鏈相當廣泛,舉凡從晶片、模組、終端、邊緣、系統、到應用服務,可形成完整生態圈。為了強健台灣5G專網的自主技術與供應鏈,從2018年先後成立5G產業發展聯盟、5G垂直應用聯盟、以及5G Open Networking平台,逐漸形成5G國家隊。

除了把5G領先國視為戰略目標,當創新技術落地,更能帶來龐大商機。根據工研院的預估,將5G的小基站、邊緣運算、網路虛擬化等關鍵產品、模組、元件加總起來,2025年的市場規模上看2,510億美元(約新台幣7.5兆元),其他國家還在積極推動5G聯網建設,顯見相關商機仍有相當大發展空間。

關鍵科技二、新型態數位經濟與網路服務

邁向Web 3.0的交叉點,元宇宙被視為下一代網際網路的新機會,市調機構Gartner預測,2026年全世界將有25%的人口,每天至少有一小時投入元宇宙虛擬世界,進行工作、社交、教育、購物、娛樂等活動,並藉由虛擬貨幣、NFT進行數位資產的交易,虛擬經濟逐漸成形。

所謂元宇宙,需要以5G/6G高速網路為基礎,透過VR頭盔/眼鏡作為進入3D虛擬世界的載體,在元宇宙的各種互動體驗則需仰賴AI運算、雲端/邊緣儲存、區塊鏈等核心技術支援。人們在元宇宙內可以滿足從現實世界做不到的事情,形成穿梭虛擬、現實之間的生活體驗與商業模式。

近七成投入元宇宙相關應用的企業,認為元宇宙在未來5年一定會蓬勃發展,虛擬音樂會、虛擬時裝秀、媒體及產品聯名展示活動,將是元宇宙優先發生的商業體驗。

那麼台灣要投入元宇宙有何利基?解析元宇宙供應鏈版圖,主要可分為晶片、光電、通訊、AR/VR裝置、內容以及AI技術,台灣科技可從硬體方面,包含晶片、感測IC、光學零組件、伺服器等擅長領域切入。像是大家熟知的半導體大廠台積電,對於相關晶片的供應就至關重要,另外光電產業也有揚明光、玉晶光、中光電等企業,讓投影技術更精緻,再來連接元宇宙的通訊技術,也有聯亞來支援,而裝置軟硬體、AI技術則是有創意、世芯、智原等企業投入,最後想到AR/VR集大成者,就不能遺漏宏達電在這一塊的耕耘,同樣威盛電、佐臻、未來市(XRSPACE)等品牌也積極佈局,可見台灣已有完整的供應鏈,接下來有志於加入元宇宙的廠家,不妨從自身的專長去思考,相信不論是哪個領域的企業,都能有更多的創新、應用內容投入,完善整個元宇宙生態。

關鍵科技三、疫後時代興起的智慧型代理人 

近年因疫情持續延燒,越來越多領域開始導入「智慧型代理人」,像是零售業者引進半自動化機器,協助人力處理訂單、點餐;又或是醫院使用機器人,藉由AI辨識功能分擔部分醫護工作。

所謂智慧型代理人,以它所知的知識範圍內,自主完成人類所給予的指令任務。智慧型代理人發展至今,能協助人類的廣度、深度越來越多,主要是受惠機器學習的技術更為先進,加上其他的自動規劃、互相協調等演算法的成熟,讓智慧型代理人成為下一波產業發展重點。

世界先進國家紛紛把AI納為國家產業重要發展策略,台灣從2018年就推出「台灣AI行動計畫」,全面啟動產業AI化。發展至今,AI應用已從測試階段逐步應用於各式產業,資策會統計發現,掌握AI技術的新創企業在台灣有300家,逐漸摸索出不同的商業策略與獲利模式。

尤其資通訊、醫療照護是台灣兩大擁有頂尖人才的雙軸產業,在疫情之下,就可以看到醫療+科技所衍生的智慧型代理人應用。像是過去為了解決醫療量能不足,開發「5G智慧防疫機器人」,用來隔離病房消毒、運送餐盒及藥品物資,比傳統人力消毒方式有效節省50%時間,還能降低醫護人員感染風險,讓醫事工作更有效率。

關鍵科技四、資訊安全網保護每個人數位資產

我國面臨網路犯罪、駭客入侵政府、機關,甚至竊取個人資料事件持續增加,如何保護國民安心使用數位科技、保障財產安全將是未來重要方向。隨著AI普及所衍生的龐大資料量之隱私及資安問題,成為棘手的挑戰。從國際AI資安發展現況來看,歐盟在2021年提出人工智慧規則草案(Artificial Intelligence Act),鼓勵值得信賴且道德的AI進行研發與應用。微軟更在今(2022)年禁止提供AI推測情緒技術,並制定「負責任AI標準第二版」、Google則停止AI機器人具有自我意識、能與人類溝通等爭議事件,這些做法也都反映美歐在立法之際,業者也在努力自行節制敏感AI技術。

AI資安,是挑戰也是機會。未來,台灣政府與企業也須密切關注美歐相關草案的立法動態,找出AI規範的共同點,以此界定使用AI產品與服務之要求;因此,AI資安不僅需透過科技來防禦,更需要治理與法規,降低AI所帶來的衝擊。

另外,針對5G資安議題,台灣有展開大型科技防禦策略,包含5G資安防護系統、跨機關資安聯防。5G資安防護系統致力確保業者使用的5G系統具備安全、可靠、信賴,與國內5G專網業者進行服務驗證,以強化國產5G系統的整體資安防護能力。跨機關資安聯防的目標放在建立政府與民間的資安聯防體系,藉由橫向整合跨部會,全面提供威脅情資,減少機關隱匿資安事件,降低事件誤報與漏報。

持續提升台灣的科技能量 打造全方位的智慧國家

圖片資料來源:IMD 2022 世界競爭力年報

台灣的科技能量持續提升,從2022年的IMD世界競爭力年報可發現,而且該報告還指出我國擁有高素質勞動力、經濟活力、企業治理能耐、高教育水準等優勢。上述四項與智慧國家高度關聯的新興科技,涵蓋「數位基盤、數位創新、數位包容」等元素,如何借助科技打造創新、包容的社會,在台灣強勁的科技應用產業鏈上,補強創新的能量,並延續發展優勢項目,將是台灣要持續努力的方向。

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