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核能作為可再生能源的提案

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核能發電是否應視為可再生能源一直多有爭論。除美國犹他州以外[1]，多數法定可再生能源的定義通常會排除現有核能技術。多數辭典在定義再生能源技术時，也會省略或明确排除核能。但地球内部自然產生的核衰变热除外。[2][3]

美国能源信息署表示傳統核分裂電廠最常用的燃料鈾-235為「不可再生」，但未提及可回收的混合混合氧化物核燃料是否可再生。[3]国家可再生能源实验室在「能源基础」的定義中，也沒有提及核能是「再生能源」。[4]布倫特蘭委員會則在1987年把增殖反應爐類型的核分裂反應爐，以及有開發潛力的可控核融合，與太陽能和水力發電並列為可再生能源。理由是這兩類核燃料的生產多于消耗。[5]另外，即使是使用地熱等其他可再生能源，其產出的放射性廢棄物也需善加監控和保存。[6]

可再生能源的定義

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可再生能源

可再生能源流（Renewable energy flow）與自然现象息息相關。除潮汐能外，幾乎所有可再生能源都是源自（天然核分裂的）太阳或地熱。地熱能主要源自地球內部放射成因核素（英语：Radiogenic nuclide）所產生的熱能量。可再生能源的資源，在部份地區分佈地頗為平均；但在部份地區，則只集中在某些國家。[7]

核分裂

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1987年，由联合国创建、但與之獨立的世界环境与发展委员会（WCED）发布了《我们共同的未来》，其中把增殖反應爐的核分裂及核融合都歸類為可再生能源，與太阳能和水力並列。[5]

Degueldre (2019)等人認為，若核能在概念上要滿足可再生能源的條件，那就要深究自從核燃料循環的前端、到使用特定流體燃料、反應器的燃料生產和能量轉換……等一系列的流程組合。[8]世界各國已經研究從諸如海水的稀釋流體礦石中提取鈾礦（英语：Uranium mining）。Degueldre (2017) 建議應多加節制自海水開採鈾礦。[9]若以每年若干千噸（kiloton）的鈾提取速率持續幾個世紀，其對海洋中鈾的平衡浓度（3.3 ppb）影響不大：這一平衡是由河水每年輸入約10千噸，以及從1.37艾克噸（exaton）海水中沉積至海底，所共同維持的。[10]論文建议使用特定的生物质材料来吸附，並提取可再生的鈾礦，還有其他过渡金属。生物质上的鈾负载量约为100 mg/kg。接触时间过后，装载的物质将被干燥并燃烧（CO2中和），并将热量转化为电能。[11]

熔盐快堆中的鈾「燃烧」有助能量转换，它以极高的产量燃烧所有锕系同位素，从而从裂变中产生最大量的热能并将其转化为电能。这种优化可以通过降低液体燃料/冷却剂中的慢化程度和裂变产物浓度来实现。这些效果可以通过使用最大量的锕系元素和最少量的碱土金属元素来实现，从而产生更硬的中子谱。在这些最佳条件下，每年每生产一千兆瓦（GW）电力，天然鈾的消耗量将达到7吨。[8]

常規核分裂

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天然鈾中同位素鈾-238 （蓝色）和鈾-235 （红色）的比例与浓缩鈾的比例。輕水反應爐和能够使用天然鈾的CANDU反應爐的主要動力為鈾-235，但其不能從鈾-238中提取太多能量；相較之下，鈾增殖反應爐主要使用鈾-238（天然鈾的主要成分）作为燃料。

核分裂反應爐為自然能量現象，過去曾有多人發現過自然形成的反應爐。比如在1970年代，在加蓬的奥克洛，曾有人發現一座天然核分裂反應爐。其運作了幾十萬年，平均熱功率為100千瓦。 [12][13]

常規人工核分裂發電廠的主要燃料是鈾，該金属常見於岩石之中。[14]在常規反應爐中「燃燒」的鈾為鈾-235。若不使用燃料回收、並按照目前使用速度估算，那麼鈾將是最終會耗盡（英语：Uranium market）的不可再生能源。

核分裂枯竭的處境與常見的可再生能源地熱能很相似：地熱能量源自天然核分裂，其燃料為在地殼廣泛分佈、但數量有限的鈾、钍和钾-40。也因為核分裂的核衰变過程，地熱能量最終也會如同太陽的枯竭般枯竭。[15][16]

增殖反應爐

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这是目前世界上运行的第二大功率快中子增殖反應爐的剖面模型。BN -600的额定容量为 600兆瓦，其输出功率相当于一台天然气联合循环燃气轮机(CCGT) 。它每天可调度 560 台 兆瓦输送至中乌拉尔电网。第二座增殖反應爐BN-800反應爐于2014年建成。

增殖反應爐的核分裂的燃料生產多於消耗，其分裂燃料的增殖比高于1，因此比常規分裂反應爐更易視為可再生資源：增殖反應爐會藉著轉化可增殖材料，持續補充核燃料供應，具體而言是把鈾-238和钍等分别轉化為钚或鈾-233等可分裂同位素。儘管可增殖材料也屬不可再生的，但在地球上的供應量極為豐富，可供應的時間也遠遠長於地热能。因此，若增殖反應爐使用封閉式核燃料循环，其燃料會被視為可再生的。

1983年，物理學家伯纳德·科恩宣稱即使快中子增殖反應爐只使用從海水提取（英语：Uranium mining）的天然鈾為燃料，其可供應的能量至少等同於太陽預估餘命（50億年）。[17]該估算的前提為：在考慮包括侵蝕、隱沒、抬升等地質循環、以及人類以每年使用6500公噸鈾（這使用量佔了全地殼一半的鈾）的前提：6500公噸的鈾，足以產出相當於1983年全球用電量的10倍的電力。在這個前提下，海洋中的鈾濃度在下降25%同時，鈾價只會上漲不到25%。[17][18]

橡树岭国家实验室和阿拉巴马大学在美国化学学会2012的年刊上，發表了一篇海水提取鈾的實做的論文，指出只要提高材料的生物降解，就能在工業開採方面，降低從海水中提取鈾的成本。論文提及的改进方法是使用虾壳的甲殼質靜電紡絲垫：和之前日本使用塑料偕胺肟网的方法相比，这种垫子能更有效地吸收鈾。[19][20][21][22][23]截至2013年，前導實驗只從海洋中提取了几公斤的鈾。此時有人認為，從海水中以工業規模提取（英语：Leaching (metallurgy)）的鈾會持續補充、从而将海水浓度保持在稳定水平。[24]隨著從海水提取鈾的效率提昇，2014年《海洋科学与工程》的論文指出，若以輕水反應爐为目标，那要大規模開採，才具經濟競爭力。在2016年《工业与工程化学研究》杂志的特刊中，還专门讨论了该领域在全球的研究成果。[25]

截至2022年，只有兩座增殖反應爐有工業級的電力生產：即BN-600與BN-800。法國的鳳凰號反應爐運轉了30年後退役，其增殖比大於1，並於1987年《我们共同的未来》出版時在役中。

核融合

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可控核融合若開發成功，在相同重量的燃料下，其產出能量將遠遠超過目前使用的任何能源燃料。[26]主成份為氘的燃料在地球海洋中含量丰富：海水中每6500个氢原子，约有1個以半重水形式存在的氘。[27]這個比例約為0.015%，表面上看來很低，但由於核融合反應大過化学燃燒的能量、豐沛的海水也比化石燃料更易獲取，核融合技術預估可滿足世界數百萬年的能源需求。[28][29]

在氘+锂的核融合循環中，若能自海水中提取出所有的锂，按照2004年的世界能源消耗量，這種能源的估計能供應約6000萬年。[30]而在第二簡單的氘+氘燃烧中，若以2004年的前提、假设能提取並使用海水中所有的氘（英语：Girdler sulfide process），那么估計的燃料將長達1500億年。[30]

美国立法

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2009年，犹他州通过了《可再生能源发展法案》，其中部分内容将核能定义为可再生能源的一种形式。[1]北卡罗来纳州通过了参议院第678号法案，将核融合列为清洁能源的可再生能源。 [31]

参见

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 Utah House Bill 430, Session 198
  2. ^ Renewable energy: Definitions from Dictionary.com. Dictionary.com website. Lexico Publishing Group, LLC. [2007-08-25]. 
  3. ^ 3.0 3.1 Renewable and Alternative Fuels Basics 101. Energy Information Administration. [2007-12-17]. 
  4. ^ Renewable Energy Basics. National Renewable Energy Laboratory. [2007-12-17]. （原始内容存档于2008-01-11）. 
  5. ^ 5.0 5.1 Brundtland, Gro Harlem. Chapter 7: Energy: Choices for Environment and Development. Our Common Future: Report of the World Commission on Environment and Development. Oslo. 20 March 1987 [27 March 2013]. Today's primary sources of energy are mainly non-renewable: natural gas, oil, coal, peat, and conventional nuclear power. There are also renewable sources, including wood, plants, dung, falling water, geothermal sources, solar, tidal, wind, and wave energy, as well as human and animal muscle-power. Nuclear reactors that produce their own fuel ('breeders') and eventually fusion reactors are also in this category 
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