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我們共同的亞洲—低碳無核的未來

活躍星系核_96
・2011/03/17 ・4765字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 597 ・九年級

報章雜誌上一個個斗大『亞洲核電大躍進!』、『世界核電發展:增長點將集中於亞洲!』,核電復興彷彿蔚為風潮。而台灣的核電複合體更慣於在補上個『日本宣佈將於2030年前增進14座機組,以因應減碳需求』、『南韓大幅投資核電,並將推動技術輸出』的訊息,試圖以亞鄰的『官方』舉動,作為說服台灣民眾揚棄『非核家園』的理想。而此次的非核亞洲論壇,分別從核電與地質條件、核電與氣候變遷以及核廢料等為題,共同思索如何突破核電迷思,迎向真正的永續能源。而本文既欲先簡要梳理亞洲各國目前遇到的核電威脅,進而分析核電與溫室氣體減量之間的四大矛盾,並思考何謂亞洲以及台灣的永續能源情境。

趙家緯,本文發表於「2010年非核亞洲論壇」

亞洲的核能產業鏈

根據統計,目前在東亞以及南亞兩區域,共有台、中、日、韓、印度、巴基斯坦七國擁有總計112座商業規模的核能發電機組,而光日本一國,既有54座機組。而興建中的核電廠則有37座,其中22座位於中國,其更規劃在未來還要再新增35座機組。1而日本政府也於六月宣佈,為達到減碳目標,將於2030年前增建14座核電機組。2連原本未具擁有核電廠的越南與泰國,也分別規劃各興建兩座機組。而依據國際能源總署推估,若要達到2050年時,將二氧化碳減半的目標,則全世界的核能發電數量,在未來四十年內,應增加至今日的3.2倍,絕大多數的成長均在亞洲。3

以上這些數據,均是各國的核電複合體,朗朗上口的宣傳詞,亦欲藉此架構起核電復興的浪潮。卻無視IPCC與國際科學院理事會(InterAcademy Council)4,指出『安全』、『核廢』、『大眾接受度』、『核武擴散』等因素,是核電作為低碳能源選項的最大限制。上述四點均是著重於核電的副作用,但實際上,發展核電跟削減溫室氣體排放,有以下四大根本上的矛盾:『核能並非無碳能源』、『減碳成本太高、成效太少』、『鈾礦的稀少性與高污染性』、『排擠真正的能源革命』。

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核能並非無碳能源

核電擁護者均強調:『核能發電因其於發電過程中,不直接排放出溫室氣體以及空氣污染物,被視為若與火力電廠相較,其環境外部性較低。』但整個核電的能源鏈,從鈾礦提煉、硬體建設到廢棄物處理,均會排放出溫室氣體。新加坡大學的Sovacool教授(2008)彙整了國際上103項關於核能生命週期的溫室氣體排放量之研究,其依據研究時間、方法以及資料透明度篩選出19項可信度較高的研究,統計分析後顯示其核電的整體生命週期溫室氣體排放量為1.4 g CO2e/kWh至 288 g CO2e/kWh,平均值為66 g CO2e/kWh,核燃料提電端既佔了38%。若僅保守以平均值與其他再生能源相比較,其顯著屬於高碳能源。5

此外,史丹佛大學Jacobsen教授(2009)亦指出,除考量整個生命週期的溫室氣體排放量外,若將興建核能的機會成本以及恐怖份子所造成的安全風險納入考量時,則其碳排放量攤分後,核電的溫室氣體排放量將達到68g CO2e/kWh至180g CO2e/kWh,排放量為其他再生能源三倍以上。6

減碳成本太高、成效太少

依據美國著名能源專家羅文斯(Amory Lovins)的估算,核電的成本已達每度電14美分(近五塊台幣),高於其他電力型態。而若以減碳的經濟性來評估,若以燃煤發電廠為基準,以核電取代燃煤發電機組時,一塊錢僅能減少約8公斤的二氧化碳排放,而其他再生能源、汽電共生以及能源效率提升的效果,多達其1.5至11倍。7

以台灣為例,核四的興建預算既需高達2700億以上,提供2700MW的裝置容量,若以其替代傳統火力,溫室氣體削減量約為1700萬公噸。但另一方面,依再生能源發展條例估算,約需花1700億的補助,既可達成6500MW的裝置容量,若以其替代傳統火力,溫室氣體削減量則可達1900萬公噸。若計算單位成本的減碳量,再生能源可高達為核四的1.8倍。

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若就全球尺度進行分析,依照IEA的減量情境,若要於2050年時,達成穩定大氣中二氧化碳濃度的濃度在450ppm時,核能預估能貢獻的減碳量僅為6%,還低於發電效率的提昇(7%)。此外,若要達成IEA所指稱的核能減碳貢獻量達6%,其核能機組的發電量,需於2030年時達到5.200 TWh(兆瓦-小時),亦既全球每個月需有一部新的核能機組加入營運。8

此外根據普林斯頓大學Pacala與Socolow教授的研究(2004),其指出若欲在二○五○年時將大氣中的CO2濃度維持在工業革命前的兩倍時,則全球在未來五十年內,需減少250億噸的二氧化碳排放量。然而根據其估算,既使全世界的核能發電量增加三倍,將能貢獻10億噸二氧化碳的削減量,但在此同時運輸系統的改善的削減量為核能的四倍,能源效率的提昇為核能的三倍,而種樹造林等的減量效果也為其兩倍。9因此若寄望核電作為溫室氣體減量的壓箱法寶,無疑是個不切實際的想像。

鈾礦的稀少性與高污染性

『核電是能源匱乏的解藥』,這是句核電的擁護者常掛口上的宣傳詞語,然而其卻不願正式核能發電所需的鈾礦,同樣也面臨匱乏的危機。瑞士蘇黎世理工學院的Dittmar博士去年在arXiv線上期刊上發表的<<核能的未來:事實與虛構>> (The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction)一文中,既指出『最快在2013年時,全球既會面臨鈾礦枯竭的危機。』10而德國的能源監察小組於2006年的報告中,也同樣指出2020年後鈾礦供給亦會出現匱乏的情形。11既使是推廣核能不遺餘力的國際原子能總署,根據其2007年出版的鈾礦紅皮書12,全球確知鈾礦蘊藏量為330萬公噸,而當前全球每年核能發電所需的鈾礦量為6萬5千公噸。因此在總裝置容量不增加下,既有的鈾礦蘊藏量,也將在50年使用耗竭。在鈾礦將比石油更早面臨耗竭的狀況下,擴張核電因應能源匱乏,毋寧是自掘墳墓。

然而鈾礦除了面臨資源稀少的問題以外,其開採過程,更衍生極為龐大的環境代價。如今年一月時,法國的核電公司AREVA既坦承其於尼日的鈾礦開採過程中,造成了當地的輻射污染。13而在巴西的Bahia省的鈾礦產地附近,其發現其居民的飲用水的鈾濃度,超過WHO標準的七倍。14鑑於鈾礦開採過程中的種種問題,曾於1985年獲得諾貝爾和平獎的國際防止核戰爭醫生組織(International Physicians for the Prevention of Nuclear War,IPPNW)於今年八月舉辦的大會上,更通過呼籲全球停止鈾礦開採的決議文。15

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相較於國際社群,台灣於爭辯核電是否可作為減碳選項時,卻未能關注焦點延伸至前端核燃料提煉與鈾礦開採過程的衝擊。若依據國際相關資料庫推估,台灣目前運作中的六座核電機組,每年所需要的核燃料量為116公噸16,相當於原料鈾需求量為984公噸。而為了供應此116公噸的核燃料,從鈾礦開採、濃縮、轉化等過程中,共排放出約120萬公噸的溫室氣體,而此過程直接與間接排放的污染物質,包括重金屬、粒狀污染物以及輻射物質等,約使1000人損失一年的壽命。在資源方面,則消耗944萬立方公尺的水,金屬礦物的額外開採成本為920萬美金,化石燃料的額外開採成本為更高達44億美金。

在上述一整串的數字之外,從以下兩件事情更可看出台灣核能發電在他國所衍生的環境代價。根據澳洲獨立週刊今年五月的報導,全球最大礦商必和必拓(BHP Billiton)任憑其旗下於奧林匹克壩鈾礦區的礦工,暴露於極高的輻射風險之下。且根據調查,該公司在接獲內部通報後,還涉嫌竄改監測資料。17而去年七月時,澳洲政府委託學者進行的調查則發現鄰近知名的卡卡度(Kakadu)國家公園的朗奇鈾礦區(Ranger uranium mine),每天非法滲漏高達10萬公升的廢水至園區之中。18

而位於亞太地區的澳洲、哈薩克以及烏茲別克三國的鈾礦產量,佔全球的45%以上。3而各跨國礦業亦虎視眈眈看著蒙古的鈾礦蘊藏。因此,若能落實非核亞洲的理念,不僅只是確保免於核災的威脅,更是協助上述各國坐落於潛在礦脈周遭的民眾,保住其賴以維生的家園以及珍貴生態。

排擠真正的能源革命

諸多支持核電作為減碳工具的人士,均持『核電可以作為火力發電與再生能源之間過渡選項』的看法,但此論點顯然與核電業者的見解不同。法國核能公司EDF的執行長Carlo de Riva受訪時曾表示:『若提供再生能源誘因,將會替代碳交易市場的所提供的減碳誘因,因此使碳變得便宜,導致核能無法發展。』19顯見核電與再生能源發展有其互斥性。

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根據荷蘭的社會與經濟諮詢委員會的『核能與永續能源願景』(Nuclear Energy and Sustainable Energy Provision)報告,其指出核能對其他再生能源的排擠效應20。而綠色和平亦指出,依據芬蘭的經驗,其2000年時,開始進行新的核電廠的設置計畫後,小型汽電共生設備的發展,相較於2000年前的急速增加,反而在此之後,呈現持平與負成長情形。21由此上資料可知,核電廠與分散式電力系統均有高度排擠作用。

而由美國佛蒙特法學院的資深研究員Mark Cooper於今年九月所發表<<核電的政策挑戰:成本高漲與替代方案排擠>>(Policy Challenges of Nuclear Reactor Construction: Cost Escalation and Crowding Out),該分析結果指出法國在能源效率提昇以及再生能源發展上的成效,遠不及其他條件類似的歐洲國家。而在美國境內,未尋求新增核電廠的州,在再生能源佔比上是對照組的十倍,而在能源節約成效上,亦達到三倍之多。22

此外,在氣候危機與金融危機夾擊之時,如何推動綠色新政(Green New Deal),建構綠色經濟,被視為一重要國家發展方向。但根據WWF委託著名顧問公司Ecofys所進行的綠色新政評分卡23,其指出最佳的綠色新政,應是推動建築物效率提昇、再生能源收購價格等。而會妨礙綠色新政推展的政策則包括對煤礦開採的補貼、對能源密集產業的優惠待遇、核電的補貼、私人運具以及航空公司的補貼、缺乏整合性的水資源管理政策。而該報告中指出對核電的補貼,將排擠其他再生能源投資,更強調核電的獲益,多是集中於少數大公司之手,無助達成綠色新政中同時處理環境問題以及貧富差距的理想。

上述各項研究成果,均再次印證所擁抱核電,將會扭曲與阻礙真正能源革命的達成。

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推動非核低碳社會,落實世界公民責任

國際能源總署(IEA)以及APEC均以亞洲將是用電量成長最快的地區,故在兼顧用電增長與減碳下,需將大幅增加核電機組。但實際上,根據綠色和平(Greenpeace)委託德國太空中心系統分析與技術評估室所提出的<<能源革命:世界永續能源展望>>(Energy [R]evolution – a sustainable world energy outlook)此報告。不論是日、韓,或是中、印以及其他發展中的亞洲地區,均可藉由每年提昇能源效率1.7%以及再生能源的發展,達到非核且可控制全球增溫在兩度以下的永續能源結構。24

而反觀台灣,在強調願意肩負世界公民責任,削減溫室氣體排放量之時,卻選擇推動核電機組的延役與新增,不僅將衍生其他國家更龐大的環境代價,更阻礙能源效率提昇與再生能源發展。而實際上,台灣目前的用電量中,有高達近五成的用電,都是為了生產耗能產品出口所需。因此,若台灣能推動產業轉型以及能源效率提昇,使2025年時,全台總用電量維持2009年相同。則只需落實當前保守的再生能源推展目標(於2025年時達到9000MW)以及選擇以天然氣發電替代傳統火力。則無須借重核能發電,台灣既有達到2025年時,將溫室氣體排放量削減至2000年的可能性,達到真正的非核低碳社會。但倘若整個社會,決定受縛於核電複合體以及耗能產業的GDP魔咒,捨棄系統性的改變,則永無邁向綠色經濟的契機。

參考文獻:
1. Asia’s Nuclear Energy Growth.
2. Japan Can Seek Deeper Cuts In CO2 By 2030.
3. IEA, 2010, Technology Roadmaps-Nuclear Energy.
4. InterAcademy Council, 2007, Lighting the Way: Toward a Sustainable Energy Future.
5. Sovacool, B., 2008. Valuing the Greenhouse Gas Emissions from Nuclear Power: A Critical Survey, Energy Policy 36 (8) , 2940-2953.
6. Jacobson, M., 2009, Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security, Energy Environ. Sci., 2, 148–173
7. Lovins, A., and Sheikh, I. 2008. The Nuclear Illusion. White Paper, Rocky Mountain Institute.
8. IEA, 2008, World Energy Outlook 2008. OECD
9.Pacala, S. and Socolow, R.,2004. Stabilization Wedges: Solving the Climate Problem for the Next 50 Years with Current Technologies, Science 305, 968-972
10. Dittmar M., 2009, The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction, arXiv:0908.0627
11. Energy Watch Group, 2006.Uranium Resources and Nuclear Energy , EWG-Paper No 1/06
12. Nuclear Energy Agency, 2008. Uranium 2007 :Resources, Production and Demand. OECD publishing.
13. Greenpeace,2010. Left in the dust :AREVA’s radioactive legacy in the desert towns of Niger.
14. Drinking water contaminated around Brazil’s Caetité uranium mine.
15. International physicians group calls for ban on uranium mining.
16. 台灣電力公司, 2009台灣電力公司永續報告書
17. Roxby’s radioactive risk.
18. Australian uranium mine leaking.
19. EEA Executive Director, Professor Jacqueline McGlade’s speech at the Copenhagen University. [1 April 2008]
20. Social and Economic Council, 2008, Nuclear Energy and Sustainable Energy Provision.
21. Greenpeace, 2008, Nuclear power – Undermining climate protection.
22. Cooper, M., 2010, Policy Challenges of Nuclear Reactor Construction: Cost Escalation and Crowding Out. Institute for Energy and the Environment. Vermont Law Center.
23. Höhne et al, 2009, Scorecards on best and worst policies for a green new deal, commissioned by WWF and E3G.
24. Teske et al, 2010. Energy [R]evolution: A Sustainable World Energy Outlook, Published by Greenpeace International and EREC. GPI reference number JN 330.

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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日本福島的核廢水該流向大海嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/10/29 ・5063字 ・閱讀時間約 10 分鐘

  • 作者/張郁婕
    • 日本大阪大學人間科學研究科、清大工科系畢
    • 現為國際新聞編譯
  • Take Home Message
    • 自 2011 年福島第一核電廠發生事故後,為了冷卻反應爐和防範地下水受汙染而每天產生核廢水,目前儲水空間即將不足。
    • 雖然經處理過後的核廢水含有放射性物質,不過濃度低於排放標準,日本政府將核廢水排放到海洋的做法獲得國際原子能總署背書。
    • 日本漁業業者相當不滿、認為有其他解決方案,臺灣政府僅表達「遺憾與反對」,並無進一步作為。

福島第一核電廠自 2011 年發生事故後,時隔 12 年再次躍上多國新聞版面。但這次不是因為災後核電廠除役與復興、訴訟或是 Netflix 上架的日劇《核災日月》,而是存放在福島第一核電廠廠區內的「核廢水」即將排放大海。福島第一核電廠的「核廢水」從何而來?又為什麼要在這個時間點排入大海?

時隔 12 年再次躍上多國新聞版面。但這次不是因為災後核電廠除役與復興、訴訟或是 Netflix 上架的日劇《核災日月》,而是存放在福島第一核電廠廠區內的「核廢水」即將排放大海。圖/IMDb

回到地震發生時的核電廠

時間回到 2011 年 3 月 11 日。當時東日本大地震與隨後而來的海嘯摧毀了福島第一核電廠的電力系統,導致核電廠在停機之後無法持續注入冷卻水,直到反應爐冷卻。因此發生 1、3、4 號機組氫氣爆炸、1~3 號機組爐心熔毀,以及 1 ~ 4 號機組輻射外洩的事件 註1。這次事故更被歸類為國際核能事件最高級別(第 7 級)的最嚴重意外事故。

在事故發生後,首當要務就是持續冷卻反應爐,直到反應爐的溫度降低。冷卻反應爐需要水,所以當時曾引進海水作為冷卻水。這些在福島第一核電廠事故當下出現在廠房內、遭到放射性核種汙染的水,就是日後的「核廢水」。加上當地曾遭到海嘯襲擊,因此這些受到輻射汙染的核廢水也含有鹽分。

但廠區內受到輻射汙染的水並不是只有事故發生當下出現在廠房內的水,事故發生後只要雨水剛好落在福島第一核電廠廠房上,或是地下水流經福島第一核電廠房底下,都會受到放射性核種汙染。

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保護地下水也會產生核廢水

作為營運福島第一核電廠的東京電力公司,在事故發生後的首要任務就是防止更多乾淨的水遭到輻射汙染,同時也要防止受到輻射汙染的水流出廠房外。所以他們在福島第一核電廠 1~4 號機組外加裝擋水牆,希望隔絕乾淨的地下水流經廠房底下,但這些擋水牆實際上無法有效防止地下水從四面八方流經福島第一核電廠正下方。

再考慮到水的流向,寧可讓乾淨的水流進廠房底下受到輻射汙染、也不能讓受到輻射汙染的水外流,所以東京電力公司必須一直抽取廠房內部受到輻射汙染的水,讓廠房內的地下水位略低於廠房外的水位;但在抽水時又不能使廠房內的水位低太多,否則將會一口氣湧入更大量的地下水、產生更多受到輻射汙染的水。

時至今日,東京電力公司仍每天汲取流經 1~4 號機組的雨水與地下水,使得福島第一核電廠即使到現在,每天都還是會產生核廢水。經過 12 年來的各種嘗試,近年新增的廢水總量已有減少的趨勢,去(2022)年每日平均產生約 90 公噸的核廢水,已是事故發生以來最低的數值。

攝於 2011 年 3 月 16 日從左到右分別為 4、3、2、1 號機。圖/wikipedia

如何處理核廢水?

受到輻射汙染的水在被排放之前需要經過幾道淨化流程。首先是利用「銫吸附裝置」除去水中一部分的銫(caesium, Cs)和鍶(strontium, Sr),再經過淡水化裝置除去水中的鹽分,否則海水中的鹽分會侵蝕、損害廠房設備。接下來這些水有兩種命運:循環再利用或是成為核廢水。

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循環再利用

循環再利用是指受到輻射汙染的水經上述淨化處理後,可以回到福島第一核電廠 1~3 號機組,作為反應爐的冷卻水及輻射防護屏障。即便如此,這些受到輻射汙染的總水量遠多於福島第一核電廠 1~3 號機組的需求,所以絕大多數的水被汲取上岸後,都得存放在福島第一核電廠廠房內一桶又一桶的巨大水槽內,成為沒有其他用途的核廢水。

ALPS 處理水

為了降低核廢水的放射性核種濃度,這些存放在巨型水槽內的核廢水會經過專為福島第一核電廠事故設計的多核種除去設備(advanced liquid processing system, ALPS),而經過 ALPS 淨化處理的核廢水又稱「ALPS 處理水」。

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「多核種除去設備」,顧名思義利用物理或化學方法,大幅降低 62 種人造放射性核種的濃度 註2,但唯獨不能處理氫的同位素——氚(tritium, 3H)。這不是因為多核種除去設備成效不彰,而是即便開發其他設備也很難將氚從水中分離。

由於水分子包含氫原子,而氚和氫是同位素,它們的物理性質和化學性質幾乎一樣,難以使用物理或化學方法將它們分離,因此無法利用 ALPS 或其他方式濾掉氚。

福島第一核電廠內水循環示意圖。圖/科學月刊 資料來源/東京電力公司

快滿出來的核廢水

事實上,福島第一核電廠以外的一般核電廠所排放的廢水當中就含有氚,不過在一般情況下並不會特別放大檢視核電廠廢水當中的氚濃度。

此外,自然界中本來就含有氚,我們日常在使用或是飲用的水中也含有非常微量的氚。例如臺灣對飲用水中氚的容許濃度標準為每公升 740 貝克(Bq),並沒有要求零檢出,也就是數值低到儀器驗不出來的程度。

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但福島第一核電廠的核廢水並不一樣,因為這些是流經福島第一核電廠、遭到人造放射性核種汙染過的水。即使是已處理過的 ALPS 處理水,除了氚之外還是包含低量、因反應爐爐心熔毀而外洩的人造核種,並不能直接排到自然界中。

所以這些水自福島第一核電廠事故以來,被汲取上岸後就一直存放於福島第一核電廠廠區內。

然而福島第一核電廠廠區空間有限,按照它每天產生核廢水的速度來推算,今(2023)年 4 月最新的估計是最快在明(2024)年 2 月以後儲水空間就會不足。該如何為這些存放在廠區內的核廢水找尋新的出路,就成了近年難題。

這個問題在 2013 年討論之初,曾列舉了排放到大海、注入地層、埋到地底下、電解成氫氣後排放到大氣中、轉換成水蒸氣排放到大氣中五種方法。經多年評估、討論後,日本政府在去年決定選用國內、外最常見的核電廠含氚廢水的排放方法,在確保廢水中的放射性核種的濃度符合標準 註3、沒有超標的情況下,就能將核廢水稀釋後排放到海洋。

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ALPS。圖/wikimedia

民眾為什麼反對?

早在日本政府確定選擇「排入大海」這個方案前,就有許多反對聲浪。最主要的原因就如前面所說,福島第一核電廠核廢水和一般核電廠的廢水差異在於含有爐心熔毀釋放的人造放射性核種,氚只是這些放射性核種當中的其中一種。

即便福島第一核電廠核廢水在 ALPS 淨化處理後,除了氚以外的放射性核種濃度大幅降低,且符合科學上的排放標準,但和「沒有發生事故」的核電廠廢水相比,內容物組成還是有所不同。

不過國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)在今年 7 月公布的報告書表示,目前日本提出的方案符合國際安全標準,ALPS 處理水的輻射量也極低,幾乎可以無視輻射對人體或環境的影響,國際水域也幾乎不會因此受到影響。與此同時,IAEA 也會與第三方機構持續監測、分析 ALPS 處理水排放的狀況。

但上述都是關於核廢水放射性物質濃度是否符合目前科學認定的安全標準討論,撇開在科學上是否經得起檢驗、一翻兩瞪眼的檢測問題,民眾願不願意接納這些「科學上的論點」,有時還會有情感方面的考量。

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對於福島漁業來說,政府好不容易才在 2021 年解除試驗性捕魚,當地漁業才正準備要復甦。更何況日本政府先前曾承諾在未取得漁業相關業者的理解之前,不會將福島第一核電廠的核廢水排入大海,但現在的態度卻是要趕在福島第一核電廠放不下更多核廢水之前,陸續將核廢水排入大海,讓當地漁業業者相當不滿。

受核放射線影響,阿武隈川被禁漁10年。圖/wikimedia

此外,也有一派反對聲浪認為日本政府僅因經濟效益考量,而選定「排入海洋」的解決方案,考慮不夠周全、詳盡。雖然規模不同、在日本也未曾將含氚的廢水先蒸發成水蒸氣後排放,若採用這種做法或許就能大幅降低對海洋生物的危害。

也有民間團體提議,如果認為核廢水太占體積,將 ALPS 處理水混合類似水泥的材質進行固化處理,就能堆疊起來繼續存放於福島第一核電廠廠區內,而不會汙染到廠區外的環境。但上述這些做法仍有實務上的困難之處,例如廢水蒸發會影響到陸域環境、固化處理後仍會繼續消耗存放空間等。

在臺灣的我們會被影響嗎?

福島第一核電廠核廢水排放在即,臺灣行政院原子能委員會(原能會)近年多次重申福島第一核電廠的廢水是核電廠事故後的廢水,不能和一般核電廠排放的含氚廢水混為一談。

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也許值得慶幸的是,臺灣和日本的直線距離雖然很近,但洋流方向卻未必如此。福島第一核電廠的核廢水排放後,會因為太平洋的環流系統流向,先往東朝美國加州附近水域擴散,再順時針繞來臺灣。

根據原能會的試算,最快要四年後才會流至臺灣附近海域,屆時放射性物質的濃度已低於儀器偵測極限,濃度低到難以被偵測,不會對臺灣附近海域造成輻射安全上的危害。

但中央研究院環境變遷研究中心研究員吳朝榮以過去觀測的海洋數值模擬,福島第一核電廠的核廢水排放後最快一年內就能抵達臺灣附近海域。

目前原能會已和漁業署、氣象局等跨部會合作監測福島第一核電廠核廢水的擴散狀況並進行漁獲、水產的輻射檢測,相關資訊都公開在「放射性物質海域擴散海洋資訊平台」隨時供民眾查閱。

在臺灣的我們暫時不需要過於擔心福島第一核電廠的核廢水會影響臺灣水域,核廢水排放海洋對環境的衝擊也會遠小於福島第一核電廠事故發生之初的狀態。臺灣方面針對日本食品的輻射檢驗標準仍高於歐、美國家,在現行邊境輻射檢驗標準下毋須過於擔心。

註解

  1. 當時 4 號機組處於定期檢修期間,反應爐內並沒有燃料棒,爆炸原因為與 3 號機組共用管線。當 3 號機組爐心熔毀後,放射性物質和氫氣隨著共用管線流入 4 號機組而發生氫氣爆炸。2 號機組雖然免於廠房爆炸,但 2 號機組內部也發生爐心熔毀,當時為了釋放 2 號機組內部壓力避免發生氫氣爆炸,曾將 2 號機組內部含有放射性物質的氣體釋出,造成輻射外洩。
  2. 放射性核種指的是會自然釋放輻射的放射性元素,依據這些放射性元素的形成方式,又可分為存在於自然界中的「天然核種」與「人造核種」。核電廠發電過程產生的放射性元素,都屬於人造核種。
  3. 目前日本針對福島第一核電廠「核廢水」濃度規範是:
    a.針對所有放射性核種整體的有效輻射劑量須低於每年 1 毫西弗(mSv/year)。
    b.除了氚以外的其他放射性核種實際濃度佔該核種告示濃度的比值總和(稱為「告示限度比」或「告示濃度比總和」)必須<1。

參考資料

  • 行政院原子能委員會,2023 年 6 月 13 日。原能會成立跨部會合作平台,做好日本福島含氚廢水排放因應準備,行政院原子能委員會
  • 台灣科技媒體中心,2023 年 6 月 13 日。「日本將排放含氚核廢水」專家意見,台灣科技媒體中心
  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 9 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
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科學月刊_96
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福島核污水是什麼?我們還能安心吃海鮮嗎?核污水全解析!
PanSci_96
・2023/10/01 ・4897字 ・閱讀時間約 10 分鐘

福島核污水正式排放入海了!食鹽要屯多少?海鮮還能吃嗎?哥吉拉要誕生了嗎?

核廢水是怎麼來的?

2011 年 3 月 11 日,一場海嘯衝擊了在福島海邊的第一核電廠,破壞了核電廠中做為緊急電源設備的發電機,在備用電池電力耗盡後,冷卻系統完全失效。然而反應爐內的連鎖反應還在持續,最後溫度不斷竄高,高溫水蒸氣與燃料護套中的鋯合金,發生鋯水反應並產生大量易燃的氫氣,最終與空氣中的氧氣作用導致爆炸。

在事故發生前後,日本政府灌入大量海水來為反應爐進行冷卻,而這些直接接觸熔融燃料棒的污水,就被稱為核污水,日文則稱為「汚染水」。至於當時的決策細節與失誤,大家可以看今年上映的日劇《核災日月》複習一下。而既然事件已經發生了,我們就重點討論核污水。

《核災日月》圖/IMDb

現在儲存在福島的核污水不只有冷卻水,其實還有受污染的降雨與地下水。事故發生後,東京電力公司在第一核電廠加裝擋水牆,阻擋因為降雨流經 1、2、3 號機組的污染水流入海洋。並且設置凍土牆隔絕地下水,同時挖水井抽出污染的地下水,讓廠區內的地下水水位下降,因此地下水只會從外部滲入,內部的污染水則不會滲到外面。不論是降雨還是抽出的地下水,都屬於污染水,平均每天都會增加 92 立方公尺的污染水。直至本集影片上架,當地已經存有 134 萬噸的汚染水,而且還會持續增加,你可以自己打開 Google Map,鳥瞰這密密麻麻的眾多大型儲槽,別忘了,核反應爐本體才是日本更迫切的問題,要是污水不先處理,要是下一個天災來襲,麻煩又會疊加。因此日本政府在 2016 年就展開討論,準備要處理掉這些污水。

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福島第一核電廠。圖/Google Map

為何決定排放入海?

為何核污水的最終處置決定是排放入海呢?其實 2016 年提出的方案有五種:稀釋入海、蒸發至大氣、電解水釋放氫氣、深層地質注水、以及水泥固化並地下處置。很快,電解水因為還需要相關技術研發而被否決,這個我們在氫能那集講過。深層地質注水和水泥固化並地下處置,則有選址與法規問題,無法立即實現。這部分則等同於核電使用國都面臨的核廢料處置問題,我們之前花過好幾集介紹過,歡迎前往複習。

最後僅剩稀釋入海和蒸發至大氣兩種方法,最後日本認為海洋的擴散行為更容易追蹤,最重要的是成本僅有蒸發的十分之一,因此選用了這個方法。至於有些人說,既然東電跟日本政府都保證安全,何不做成瓶裝水拿去賣?之類的建議在這我們不多討論,就請大家用理智來看待。

核廢水如何被處理?

根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。首先,污染水會經過「銫吸附裝置」,除去銫(Cs)和鍶(Sr)。接著再經過淡水化裝置除去水中的鹽分後,成為「鍶處理水」。這種鍶處理水,可以作為 1, 2, 3, 4 號機組的冷卻水再次循環利用。

最後,大部分的鍶處理水,會被送到「ALPS多核種除去設備」,將 63 種放射性核種中的 62 種放射性核種去除。「ALPS多核種除去設備」唯一不能去除的放射性核種,就是氚(H-3)。但其實啊還有一個碳-14 無法被過濾,但濃度低到可以忽視。經過「ALPS多核種除去設備」處理過後的「鍶處理水」,就稱為「含氚處理水」。

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根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。圖/PanSci YouTube

含氚處理水中的氚,指的是氫的同位素的一種,在自然界中就存在。半衰期為 12.43 年,衰變時會進行 β 衰變,放出一顆電子並成為氦-3。β 衰變對人體的穿透距離僅限於皮膚,不會對內臟器官產生傷害。
如要能危害人體,需要長期大量攝取由氚構成的重水。關於攝取過多重水對動植物的影響,我們網站上有文章詳細說明過。

簡單來說,綜合自然界中跟福島即將排放的氚,以及我們的生活型態來看,遠遠達不到可能產生危害的程度。知道劑量決定毒性,就像我們每天都吃下不少「有害」物質,例如殘留農藥、油炸致癌物、過多的精製糖等等,但攝取的多寡,對你的健康影響差異很大。那麼重點來了,福島排放的處理水,真的有合乎標準嗎?

處理水符合標準嗎?

這個問題,我們在今年六月的核廢料主題中有提到,國際原子能總署 (IAEA) 在五月底公布了第一階段的調查結果,針對「日本的核種監控能力」進行第三方驗證。結果認為,日本的檢測標準跟分析方法沒問題,調查結果是可信任的。報告中除了氚以外,其他放射性核種的活度也都遠低於排放限值。例如鍶-90 為每公升 0.4 貝克、銫-137 為每公升 0.5 貝克,以臺灣的「食品」標準,銫-137 為每公升 100 貝克以下,雖然鍶-90 還沒有定下標準,但是依國際食品法典委員會的標準,也是在每公升 100 貝克以下。目前的排放值都遠小於標準。

國際原子能總署(IAEA)公布第一階段的調查結果。圖/PanSci YouTube

除了各單一核種的活度以外,所有水中核種加起來的「告示濃度限度比」也低於日本國家標準的每年 1 毫西弗(mSv/year), 1 毫西弗大約是多少呢?大約是一般民眾一年會接收到的輻射劑量。

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至於無法被 ALPS 處理的氚,因為海洋中的水中就廣泛存在,日本將透過海水稀釋後排放入海。目前世界衛生組織對於飲用水的氚含量標準訂為每公升 1 萬貝克,台灣的標準嚴格了許多,是每公升 740 貝克。東電公司的處理水是每公升 14 萬貝克,在排放前會稀釋 740 倍,以每公升 190 貝克的氚濃度排放,低於台灣的飲用水標準。

那麼食鹽呢?我們需要搶購嗎?這就更不用擔心,因為食鹽中不含水,自然也不含氚。或是更進一步可以參考東海大學應用物理系的粉專,他們計算,根據國家標準,食鹽含水量若為 3% 以下,需要每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。真的,別吃那麼鹹啊。

每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。圖/pixabay

那麼,我們就真的兩手一攤,為這件事劃下結論,核輻射只是庸人自擾嗎?

我們該如何看待排放的處理水?

當然不是,就像許多人擔心的,就算科學上告訴你沒問題,但前提是,這些數據得是沒問題的。而且不用說周邊國家,連日本自家民眾也多次抗議處理水的排放。

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目前在 IAEA 架設的網站上,可以看到整個排水計畫的各種即時監測資料。其中就包括出水口的輻射數值監測。

為了驗證處理水不會對海洋生物產生影響,東京電力甚至從去年 9 月開始,就開始進行海洋生物飼養實驗,並且全程公開直播放在他們的YouTube頻道上。不過這頻道訂閱人數跟觀看次數都有點低迷,有興趣的話不妨訂閱,開啟小鈴鐺。

那麼我們能下定論了嗎?在科學上,我們確實能說,在符合規範下,這些排放入海的處理水是沒問題的,食鹽、海鮮也都能照吃,把注重食安與健康的努力分配到其他危害更大、風險更高的事情上,對處理水保持健康而非病態的質疑,對個人來說應該效益更高。

臺灣從去年到今年 6 月,曾 3 次組團赴日考察,並於 8/24 公佈報告書,包含跟日方的問答內容,還有福島核廢水排放設施的照片。海委會表示,專家觀察團評估日方排放相關作業的安全性,跟國際原子能總署評估的結果一致。然而是否選擇相信日本以及 IAEA 給出的數據,如今看來成了國際政治問題。

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另外,在 IAEA 的小組成員中,包含周邊國家:中國、美國、韓國、越南、澳洲、加拿大、法國、俄羅斯、英國、阿根廷、馬紹爾群島,並不包含台灣。如果台灣也能以任何形式加入團隊,或得以取得樣水複測,讓我們知道,日本以及 IAEA 給出的數值是可信的,想必都能更進一步降低民眾的擔憂。

最後,也問問大家,對於這次的處理水排放事件,你會擔心我們的海鮮或食鹽受到影響嗎?

  1. 不擔心,跟人類對海洋的其他污染相比,根本小巫見大巫。
  2. 擔心,等我親眼見到泛科學到現場實測我才相信。機票我出!

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