頭痛的不止台灣!全世界有413座核反應爐,卻連一個高階核廢最終處置場都沒有

2018年12月17日 08:20 風傳媒
目前全球共有31個核電國家、413座運轉中的核反應爐,但尚未興建完成任何一座高階核廢最終處置場。圖為法國卡特農核電站。(取自維基百科/CC BY-SA 3.0)

目前全球共有31個核電國家、413座運轉中的核反應爐,但尚未興建完成任何一座高階核廢最終處置場。圖為法國卡特農核電站。(取自維基百科/CC BY-SA 3.0)

核電產業發展逾半世紀以來,放射性廢棄物的後續處理一直是國際間的未解難題,目前各國所採取的最終處置作業措施,多指深層地質處置的方式,也就是將核廢料與生態圈隔絕貯存,待其放射性自然衰變。隨著越來越多核電廠除役,用過核燃料的處置需求將越來越迫切,但至今國際上還沒出現任何一處真正興建完成的高放射性核廢料最終處置場。

根據國際能源與核能專家Mycle Schneider今年度發表的《2018世界核電產業現況報告》統計,目前全球共有31個核電國家、413座運轉中的核反應爐。每部核電機組運轉到了最後,都將進入除役階段,截至2018年中,共有115座反應爐正在進行除役;若以大多核電機組設計的40年運轉期限來看,到了2030年將會有216座核反應爐關閉。

20181212-SMG0035-風數據/核一除役專題。數字看核電
 

除了核燃料棒,核廢料還有這些…

待反應爐關閉、或真正步入「除役」階段後,緊接而來就要面對核廢料(放射性廢棄物)何去何從的難題。依放射性高低區分,核廢料大致可分為三類;用過的核燃料以及從廢燃料棒再加工分離出的萃取物,皆被視為高放射性廢棄物(HLW),只佔核能發電產生之核廢料總體積的3%,其放射性卻佔所有核廢料放射性的95%。

事實上,核電產生的核廢料中,高達90%都是低放射性廢棄物(LLW),但其放射性僅為所有核廢料放射性的1%,廠內員工的工作服、手套、工具等皆屬之,由於LLW體積龐大,需先透過焚燒、壓縮,減少其體積,再做貯存。

20181108-SMG0035-風數據/核一除役專題。高階核廢,體積小放射性高。切割圖-5
 

另外還有中放射性廢棄物(ILW),指的是濾器、反應爐內部更換的零組件、經再處理所產生的廢液…等,在貯存上需要一定的屏蔽,其中較小的物件、或者任何非固體都可以在混凝土中固化以便處理。不過台灣在核廢料的分類上只區分出低階核廢與高階核廢,高階核廢專指用過的核燃料,其餘者為低階。

台灣3座核電廠,將產生5000噸重金屬的用過核燃料

用過核燃料是核廢料管理中最重要的一環,根據國際原子能總署發布的數據,從第一座核電廠開始商轉後,全世界共製造了36.7萬噸重金屬的用過核燃料,每年平均約增加12000噸。以台灣來說,原能會表示,核一、二、三廠若使用40年準時除役,共會產生5000噸重金屬的用過核燃料。

根據管理定位的不同,其核廢料處置政策還可以分成開放式循環(open cycle)、封閉式循環(closed cylce)兩大方向。開放式循環將用過核燃料視為廢棄物,待核燃料從爐心移出、冷卻後,直接裝罐密封掩埋到地底下處置,芬蘭、瑞典、美國與台灣皆屬之;封閉式循環則視用過核燃料可以進一步使用,經再處理技術分離出可用物質,再將剩下的廢棄物玻離固化後予以最終處置,採用此循環者最知名的莫過於法國。

20181108-SMG0035-風數據/核一除役專題。高階核廢何去何從?。切割圖-4
 

原則上不論是高階或低階核廢料,國際間傾向選擇深層地質處置方式作為核廢料最終的去化管道,亦即要找到地質穩定、不致於影響地下水層、核種污染不易擴散、遠離生態圈、人口密度較低的地方,深掘300到1000公尺的地底空間作為最終處置場來存放。

高階核廢料,需存放數十萬到百萬年

核廢料的放射性含量不同,最終處置的目標年限也不一樣。例如低階核廢料裡佔最大宗的「鈷-60」,半衰期約為5.3年,大概需要放置百年的時間其輻射強度才會接近自然背景值。高階核廢料——此指用過核燃料,數量雖少,但核種組成複雜,半衰期從數十年到上萬年都有,需進行數十萬到百萬年的最終處置。

如何穩定貯存帶有輻射威脅的核廢料上萬年,可說是人類面對核能最頭痛的問題之一,各國雖已有不少營運中、或處於監管狀態的低階核廢料最終處置場,如韓國、美國、法國、日本…等,但可以建造高階核廢料最終處置的場址相對難尋,多年來僅有芬蘭正在興建當中,其餘國家則分別在不同階段遭遇困難。

20181212-SMG0035-風數據/核一除役專題。各國核廢最終處置場概況
 

芬蘭:世界首座興建中的高階核廢最終處置場在這裡

1995年,芬蘭便成立核廢料的專責處理公司(Posiva),並從隔年起就不再將其境內產生的用過核燃料運送至俄羅斯進行再處理,而是暫存在電廠內的用過核燃料池內。2004年,Posiva公司開始在芬蘭外海的Olkiluoto小島進行地質研究,2012年Posiva提出建照申請,並於2015年成功取得建照,成為世界首座邁入興建階段的高階核廢料最終處置場。

20181215-風數據/核一除役專題。芬蘭:安克羅最終處置場施工內部。(取自Posiva公司官網)
芬蘭擁有世界首座興建中的高階核廢最終處置場,主要的設備包含隧道、研究設施及豎井。(取自Posiva公司官網)

這座最終處置場被命名為安克羅(Onkalo,洞穴之意),主要的設備包含隧道、研究設施及豎井,隧道深度達455公尺,地面上還有一座用過核燃料的封裝廠,用過核燃料送來此處後,會先在封裝廠內風乾、填入處置容器,再移入到地下的最終處置場。Posiva公司預期在2020年向芬蘭的核管機構提出運轉執照的申請,2022年後正式營運。

20181215-風數據/核一除役專題。芬蘭:安克羅最終處置場施工。(取自Posiva公司官網)
芬蘭的高階核廢最終處置場「安克羅」於2015年取得建照,目前正在施工中,預計2022年後正式營運。(取自Posiva公司官網)

瑞典:核廢處置技術有安全疑慮,建照無下文

瑞典和芬蘭一樣走在核廢處置的前端。1977年起,瑞典SKB公司為尋找合適的最終處置場址,在瑞典多處進行鑽探,卻遭遇地方居民的激烈抗爭,以失敗告終。直到1992年,SKB公司公開向瑞典各市徵求自願成為高階核廢料最終處置候選場址,共獲得13個自治市表態有意願。而後經過可行性研究,鎖定Osthammar與Oskarshamn兩處,才正式開始地質研究與選址。

後來SKB公司選擇Osthammar地區的Forsmark村莊作為最終處置場預定地,Oskarshamn則將設置地面封裝廠。自2011年SKB公司提交此計畫申請建照後,仍在等待中央和地方政府的批准。原先該公司規劃在2025年啟用高階核廢的最終處置場,後來卻因為其處置技術在安全疑慮上受到挑戰,遭瑞典的土地與環境法庭要求其提供更進一步的補充文件,至今還未有定論。

美國:興建案幾經波折,目前仍在拉鋸中

美國是全世界核能總發電量排名第一的國家,一年約產生2000噸重金屬的用過核燃料。為解決美國境內的高階核廢料,國會在1982年通過《核廢料政策法案(Nuclear Waste Policy Act)》,該法案要求美國能源部(DOE)有責任處置核電產出的用過核燃料。1987年國會指定DOE深入研究尤卡山作為最終處置場的可行性;2002年布希執政期間,國會正式批准在尤卡山的興建項目。

但這項計畫在美國的政治圈一直有些爭議,歐巴馬還在競選期間承諾放棄尤卡山計畫,並確實於2011年起終止撥款給該項目。川普當選後,雖欲投入1.2億美元重啟尤卡山最終處置場計畫,也一度面臨阻礙。

20181215-風數據/核一除役專題。美國:尤卡山。(取自Yucca mountain project網站)
為處理高階核廢料,美國眾議院今年5月表決通過《核廢料政策修正案》,要求再次啟動尤卡山計畫的許可審核程序,但至今仍無定論。圖為尤卡山。(取自Yucca mountain project網站)

直到今年5月,美國眾議院表決通過《核廢料政策修正案》,此案要求再次啟動尤卡山計畫的許可審核程序,同時也通過新墨西哥州與德克薩斯州的臨時貯存場興建計畫,以解決數十年來的核廢料問題。不過這項計畫仍遭到內州議員和許多公民團體的強烈反對,兩方還在拉鋸中。

法國:候選場址曾高達30個,敲定後正申請建照

法國也是核能大國,其核電發電量與美國加總後佔了全世界的7成。在1991年成立核廢料管理機構ANDRA,而後共有30個地點自願成為最終處置場的候選場址,2000年ANDR選在布爾(Bure)鎮成立地下實驗室,針對潛在場址進行一連串的實驗計畫,然後2007年接續進行周邊地質調查,最終在2015年確定候選場址。如今ANDRA正在申請建照,預定2019年動工、2025年啟用。

日本:選址一度遭遇困難,調整做法另起爐灶

2011年發生過重大核災的日本,短暫有過零核電的日子,但在安倍政府的帶領下,現在又逐漸往重啟核電靠攏。其高階核廢料最終處置場,由「日本原子力發電環境整備機構(NUMO)」專責處理選址工作,並設定文獻調查、概要調查、精密調查之三階段的場址調查程序。

20181215-風數據/核一除役專題。日本:伊万核能發電廠。(取自維基百科/CC BY-SA 2.5)
日本高階核廢料最終處置場的選址一度遭遇困難,現改由政府主管機關(經濟產業省)主導推動選址作業。圖為日本伊万核能發電廠。(取自維基百科/CC BY-SA 2.5)

NUMO自2002年開始採用地方志願制,開放全國各行政區申請為自願場址。雖然2007年高知縣東洋町曾提出申請,但在地方居民的反對下,隨著町長選舉而撤銷。

由於選址遭遇困難,日本在2015年的內閣會議通過修訂基本方針,改由政府主管機關(經濟產業省)主導推動選址作業,主要透過科學標準為依據,進行選址調查前的初步評估,並在全國積極舉辦說明會、促進公眾溝通。目前政府已在2017年發布潛在場址排除區域的地質地圖。

德國:遭遇居民抗爭,完成立法後重啟選址

早在2011年就訂定廢核目標的德國,如今剛開始選址作業,其實也曾在1970年代,選定Lower Saxony州西部Gorleben市為最終處置場預選場址,該市的地底下一公里處有一巨型鹽丘,除地質吻合以外,也因該地人口稀少、經濟發展較為落後,預期不會遭遇太多反抗。然而政府正式宣布要在該地興建最終處置場後,引爆地方居民數十年來的遊行、抗議與衝突。

後來Gorleben仍蓋了地面型的高階核廢暫存場,卻也迫使德國政府重新開始選址。2013到2017年間,德國陸續完成高階核廢料最終處置場的相關立法,成立「高放射性廢棄物處置委員會」,並從今年展開為期13年的選址過程,預定在2031年決定地點、2045年落成啟用,規劃在2075年完成最後一批用過核燃料的搬運,2095年起封閉處置場、進入監控狀態。

20181215-風數據/核一除役專題。德國:Gorleben地面型室內高階核廢料暫存場。(取自奧地利政府科學、創新及工業部門官網)
德國原要在Gorleben興建廢核最終處置場,但因居民反對,最後蓋了地面型的高階核廢暫存場,並重新開始選址。(取自奧地利政府科學、創新及工業部門官網)

韓國:公投結果反對設置,政府取消計畫

過去南韓政府曾在未經地方民眾同意下,宣布在浦安(Buan)興建高階和中低階核廢料的最終處置場,後地方自主發起公投、高達9成人民反對設置,又伴隨數個月的抗爭衝突,才讓政府取消這項計畫。目前南韓有關用過核燃料的處置政策尚不明確,先前政府曾公開表示預計在2028年完成高階核廢料的最終處置場選址,2053年開始營運。

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