спэшл по алекс / статьи.англ / How Nuclear Power Can Stop Global Warming

How Nuclear Power Can Stop Global Warming

Nuclear power is one of the few technologies that can quickly combat climate change, experts argue

By David Biello

NEW NUCLEAR: The vessel for a new reactor at the Vogtle power plant in Georgia is lowered into place.Image: © Southern Company

When the Atlantic Navigator docked in Baltimore harbor earlier this month, the freighter carried the last remnants of some of the nuclear weapons that the Soviet Union had brandished in the cold war. During the past 20 years more than 19,000 Russian warheads have been dismantled and processed to make fuel for U.S. nuclear reactors. In fact, during that period more than half the uranium fuel that powered the more than 100 reactors in the U.S. came from such reprocessed nuclear weapons.

In addition to reducing the risk of nuclear war, U.S. reactors have also been staving off another global challenge: climate change. The low-carbon electricity produced by such reactors provides 20 percent of the nation's power and, by the estimates of climate scientist James Hansen of Columbia University, avoided 64 billion metric tons of greenhouse gas pollution. They also avoided spewing soot and other air pollution like coal-fired power plants do and thus havesaved some 1.8 million lives.

And that's why Hansen, among others, such as former Secretary of Energy Steven Chu, thinks that nuclear power is a key energy technology to fend off catastrophic climate change. "We can't burn all these fossil fuels," Hansen told a group of reporters on December 3, noting that as long as fossil fuels are the cheapest energy source they will continue to be burned. "Coal is almost half the [global] emissions. If you replace these power plants with modern, safe nuclear reactors you could do a lot of [pollution reduction] quickly."

Indeed, he has evidence: the speediest drop in greenhouse gas pollution on record occurred in France in the 1970s and ‘80s, when that country transitioned from burning fossil fuels to nuclear fission for electricity, lowering its greenhouse emissions by roughly 2 percent per year. The world needs to drop its global warming pollution by 6 percent annually to avoid "dangerous" climate change in the estimation of Hansen and his co-authors in a recent paper in PLoS One. "On a global scale, it's hard to see how we could conceivably accomplish this without nuclear," added economist and co-author Jeffrey Sachs, director of the Earth Institute at Columbia University, where Hansen works.

The only problem: the world is not building so many nuclear reactors.

Nuclear future China leads the world in new nuclear reactors, with 29 currently under construction and another 59 proposed, according to the World Nuclear Association. And China has not confined itself solely to the typical reactors that employ water and uranium fuel rods; it has built everything from heavy-water reactors originally designed in Canada to a small test fast-reactor.

Yet, even if every planned reactor in China was to be built, the country would still rely on burning coal for more than 50 percent of its electric power—and the Chinese nuclear reactors would provide at best roughly the same amount of energy to the developing nation as does the existing U.S. fleet. Plus, nuclear requires emissions of greenhouse gases for construction, including steel and cement as well as theenrichment of uranium ore required to make nuclear fuel (or the downblending of uranium from nuclear weapons as in the case of the "Megatons to Megawatts" program). Over the full lifetime of a nuclear power plant, that means greenhouse gas emissions of roughly 12 grams of CO2-equivalent per kilowatt-hour of electricity produced, the same as wind turbines (which also require steel, plastics, rare earths and the like in their construction) and less than photovoltaic panels, according to the U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory.

In other parts of the world nuclear has begun to dwindle. Japan may never restart its nuclear plants in the wake of the multiple meltdowns at Fukushima Daiichi following the earthquake and tsunami in 2011, which also soured public opinion in many parts of the world. Germany still plans to eliminate nuclear power and even France has announced plans to reduce its reliance on reactors. In the U.S. the five new nuclear reactors under construction will replace the four aging reactors that closed in 2013, but as older reactors like Oyster Creek in New Jersey and Vermont Yankee continue to shut down, the number of reactors in the U.S. may be doomed to dwindle as well.

A big problem is cost. The construction of large nuclear power plants requires a lot of money to ensure safety and reliability. For example, for the U.S. to derive one quarter of its total energy supply from nuclear would require building roughly 1,000 new reactors (both to replace old ones and expand the fleet). At today's prices for the twoAP-1000 reactors being built in Georgia, such an investment would cost $7 trillion, although that total bill might shrink with an order of that magnitude.

One other idea to cut cost is to begin building smaller reactors of so-called modular design. The Tennessee Valley Authority hopes to catalyze development of such reactors by installing one at its Clinch River site in Tennessee, former home of the U.S.’s failed attempt to build its own commercial fast reactor.

That never-completed breeder reactor is part of a legacy of failed U.S. research and development of new types of reactors, such as the Experimental Breeder Reactor that ran successfully in Idaho for nearly 30 years. "It's a shame that the U.S. essentially stopped R&D on advanced nuclear power a few decades ago," Hansen noted. "By now we should be in a position where a country like China would have some options other than coal."

New dawn? That said, nuclear reactors are beginning to get the kind of scientific attention not seen since at least the end of the cold war. Novel designs with alternative cooling fluids other than water, such as Transatomic Power's molten salt–cooled reactor or the liquid lead–bismuth design from Hyperion Power, are in development. Alternative concepts have attracted funding from billionaires like Bill Gates. Transatomic Power even won the top prize from energy investors at the 2013 summit of the Advanced Research Projects Agency–Energy, or ARPA–E, in 2013. "The intellectual power of what's been done in the nuclear space should allow for radical designs that meet tough requirements," Gates told ARPA–E's 2012 summit, noting that the modeling power of today's supercomputers should allow even more innovation. "When you have fission, you have a million times more energy than when you burn hydrocarbons. That's a nice advantage to have."

ARPA–E itself, however, has no program to develop alternative reactors because of the expense of proving out novel designs and the long timescales required to develop any of them. "We searched a lot in nuclear," ARPA–E's former director Arun Majumdar, now at Google, said in a interview with Scientific American earlier this year. "We realized that in the nuclear business, investing $30 [million] to $40 million, I'm not sure it would have moved the needle. … That is something that I wish I had had the budget to try."

With more money for development of novel designs and public financial support for construction—perhaps as part of a clean energy portfolio standard that lumps in all low-carbon energy sources, not just renewables or a carbon tax—nuclear could be one of the pillars of a three-pronged approach to cutting greenhouse gas emissions: using less energy to do more (or energy efficiency), low-carbon power, and electric cars (as long as they are charged with electricity from clean sources, not coal burning). "Theoptions for large-scale clean electricity are few in number," Sachs noted, includinggeothermal, hydropower, nuclear, solar and wind. "Each part of the world will have different choices about how to get on a trajectory with most of the energy coming from that list rather than coal."

As long as countries like China or the U.S. employ big grids to deliver electricity, there will be a need for generation from nuclear, coal or gas, the kinds of electricity generation that can be available at all times. A rush to phase out nuclear powerprivileges natural gas—as is planned under Germany's innovative effort, dubbed theEnergiewende (energy transition), to increase solar, wind and other renewable power while also eliminating the country's 17 reactors. In fact, Germany hopes to develop technology to store excess electricity from renewable resources as gas to be burned later, a scheme known as “power to gas,” according to economist and former German politician Rainer Baake, now director of an energy transition think tank Agora Energiewende. Even worse, a nuclear stall can lead to the construction of more coal-fired power plants, as happened in the U.S. after the end of the nuclear power plant construction era in the 1980s.

Hansen, for one, argues that abundant, clean energy is necessary to lift people out of poverty and begin to reduce greenhouse gas emissions from a swelling human population. Nuclear is one of the technologies available today—and with room for significant improvement and innovation. In that sense, natural gas is a bridge fuel to disaster, even with some form of CO2 capture and storage, and the world must immediately transition to renewables and nuclear.

But significant hurdles remain, not least the decades required for design, licensing and construction of even existing nuclear technologies, let alone novel ideas. That may mean advanced nuclear power cannot contribute much to efforts to combat climate change in the near term, which leaves current reactor technology as the only short-term nuclear option—and one that is infrequently employed at the global scale at present.

In the same way, U.S. nuclear power plants have not eliminated the threat of nuclear weapons despite 20 years of megatons to megawatts. Russia retains an estimated 8,500 nuclear warheads—and the U.S. some 7,700—despite the best efforts to fission the problem away. The problem of fission and climate change is equally stuck at present. But, as Hansen wrote in an additional assessment of his new analysis, "Environmentalists need to recognize that attempts to force all-renewable policies on all of the world will only assure that fossil fuels continue to reign for base-load electric power, making it unlikely that abundant affordable power will exist and implausible that fossil fuels will be phased out."

Как Ядерная Энергетика Может Остановить Глобальное Потепление

Ядерная энергетика-это одна из немногих технологий, которая может быстро борьбе с изменением климата, считают эксперты

С помощью Дэвид Biello

НОВЫЕ АТОМНЫЕ: Судно для нового реактора на Vogtle электростанции в Грузии опускается на место.Изображение: Й Южного Общества

Когда Атлантик-Навигатор"пришвартовался в гавани Балтимора ранее в этом месяце, самолет нес последние остатки некоторых из ядерного оружия, что Советский Союз имел взмахнул в холодной войне. За последние 20 лет более чем 19000 российских боеголовок были демонтированы и обработана, чтобы сделать топливо для американских атомных реакторов. Фактически, в течение этого периода более половины уранового топлива, которое работает в более чем 100 реакторов в США были из переработанного ядерного оружия.

В дополнение к уменьшению риска ядерной войны, американские реакторы были также отметает еще одна Глобальная проблема: изменения климата. В низкоуглеродной электроэнергиипроизводства таких реакторов содержит 20 процентов сила этого народа и, по оценкам климатолог Джеймс Хансен Колумбийского университета, избегать 64 млрд. тонн парниковых газов. Они также избегать извергает сажи и других видов загрязнения воздуха, как угольные электростанции растения сделать, и, таким образом, сэкономить около 1,8 миллиона жизней.

И вот почему Хансен, среди прочего, такие как бывший министр Энергетики Стивен Чу, считает, что ядерная энергетика является ключевым энергетическим технологиям, чтобы отбиваться от катастрофических изменений климата. "Мы не можем сжечь все эти ископаемое топливо," Хансен сообщил журналистам 3 декабря, отметив, что пока ископаемого топлива, являются самым дешевым источником энергии, они будут сожжены. "Уголь-это почти половина [global] выбросов. Если вы замените эти электростанций современный, безопасный ядерный реакторы, вы могли бы сделать много [снижения загрязнения] быстро."

Действительно, он имеет доказательства: скорейшее падение парниковых газов на запись произошла во Франции в 1970-х и 80-х годах, когда страна перешла от сжигания ископаемого топлива для ядерного деления на электроэнергию, снижая свои выбросы парниковых газов примерно на 2 процента в год. Мир должен отказаться от своего глобальное потепление загрязнения на 6% в год избегать "опасных" изменение климата в оценке Хансен и его соавторами в последние бумаги в PLoS One. "На глобальном уровне это трудно понять, как мы могли бы сделать это без ядерное оружие", - добавил экономист и соавтор Джеффри Сакс, директор института Земли при Колумбийском университете, где Хансен работает.

Единственная проблема: в мире не строят так много ядерных реакторов.

Ядерное будущее Китай лидирует в мире в новых ядерных реакторов, с 29 в настоящее время в стадии строительства и еще 59 предложили, согласно Всемирной Ядерной Ассоциации. И Китай не ограничилась исключительно типичные реакторов, которые работают вода и урановые стержни, она строила все от реакторах с тяжелой водой в первоначально разработанная в Канаде небольшой тест для быстрого реактора.

Однако, даже если все запланированные реактора в Китае будет построен, страна будет по-прежнему полагаться на сжигание угля-более чем на 50 процентов своей электроэнергии-и Китайские ядерные реакторы бы обеспечить в лучшем случае примерно одинаковое количество энергии для развивающейся стране, а не существующего флота США. Плюс, ядерной требует выбросов парниковых газов для строительства, в том числе сталь и цемент, а также по обогащению уранаруды, необходимых для изготовления ядерного топлива (или разбавлению урана, извлеченного из ядерного оружия, как в случае с "Программа " Мегатонны в Мегаватты" программа"). В течение всего срока службы АЭС, это означает, что выбросы парниковых газов примерно 12 граммов CO2-эквивалента за киловатт-час производимой электроэнергии, же, как ветер, турбин (который также требуют стали, пластмасс, редкоземельных элементов и т.п. в их строительства) и менее фотоэлектрических панелей, по данным Министерства Энергетики США, Национальная Лаборатория Возобновляемых источников Энергии.

В других частях мира ядерной начал таять. Япония, возможно, никогда не перезапускать его ядерной растения в кильватер несколько обвалов на атомной станции в фукусиме после землетрясения и цунами в 2011 году, который также испортились общественное мнение во многих частях мира. Германия по-прежнему планирует ликвидировать ядерная энергетика и даже Франция объявила о планах снизить свою зависимость от реакторов. В США пять новые ядерные реакторы в стадии строительства заменит четыре старения реакторов, которые закрыты в 2013 году, но, как старых реакторов как Oyster Creek в Нью-Джерси и Вермонт-янки-прежнему закрыты, количество реакторов в США может быть обречены вырождаться как хорошо.

Большой проблемой является стоимость. Строительство крупных атомных электростанций требует много денег, чтобы обеспечить безопасность и надежность. Например, для США, чтобы вырабатывать четверть от общего объема поставок энергоресурсов от ядерного потребуется создание примерно 1000 новых реакторов (как для замены старых и расширения флота). При сегодняшних ценах на два Реакторами AP-1000 в Грузии строится, таких инвестиций будет стоить $7 трлн., хотя общий счет может отступить с тем, что величина.

Один другая идея, чтобы сократить затраты, чтобы начать строительство реакторов меньшей мощности так называемая модульная конструкция. Tennessee Valley Authority надеется стимулировать развитие таких реакторов, установив при его Клинч Ривер в штате Теннесси, бывший дом США неудачная попытка построить свой собственный коммерческий реактор на быстрых нейтронах.

Что никогда не завершены нейтронах является частью наследия неудачных США исследование и разработка новых типов реакторов, таких как Экспериментальный Реактор, который был успешно запущен в Айдахо в течение почти 30 лет. "Это позор, что США, по сути, остановили R&D на усовершенствованных ядерно-энергетических несколько десятилетий назад," Хансен отметил. "Сейчас мы должны быть в положении, когда страна, как Китай, было бы несколько других вариантов, кроме угля."

"Новая Заря"? Что сказал, ядерные реакторы начала, чтобы получить вид научного внимания не видели с тех пор, по крайней мере окончания холодной войны. Новые образцыальтернативные охлаждающие жидкости, чем другие вода, такие как Transatomic Власти расплавленной соли-газоохлаждаемый реактор или жидкий свинец-висмут дизайн от Hyperion Power, находятся в разработке. Альтернативные концепции привлекли финансирование миллионеров, таких как Билл Гейтс. Transatomic Власти даже удостоился главного приза от energy инвесторов на 2013 саммите Advanced Research Projects Agency-Энергия, или ARPA-E, в 2013 году. "Интеллектуальная мощь с тем, что было сделано в ядерной области должны предусматривать радикальные проекты, отвечающие жестким требованиям", - сказал Гейтс ARPA-E в 2012 году саммита, отметив, что моделирование мощности современных суперкомпьютеров должна позволить даже больше инноваций. "Когда у вас есть деления, вы уже миллион раз больше энергии, чем при сжигании углеводородов. Это хорошее преимущество."

ARPA-E, сам, однако, не имеет программы развития альтернативных реакторов из-за расходов, проверкой конструкции романа и в течение длительных периодов времени, необходимых для разработки любой из них. "Мы искал много в области ядерной безопасности," ARPA-E бывший директор Арун маджумдар теперь в Google, заявил в интервью "Scientific American" ранее в этом году. "Мы поняли, что в ядерном бизнесе, инвестирует $30 [миллионов] $40 миллионов, я не уверен, что он бы переехал иглу. ... Это то, что я хотел бы бюджет попробовать."

Больше денег на разработку новых конструкций и государственной финансовой поддержки для строительства-возможно, как часть чистой энергии портфеля стандартом, использующимся в отношении всех низкоуглеродных источников энергии, не только возобновляемые источники энергии или налог на углерод-ядерного, может быть, один из столпов три подхода к снижению выбросов парниковых газов, используя меньше энергии, чтобы сделать больше (или энергоэффективность), низкоуглеродную энергетику, и электромобили (так долго, как они заряжаются электроэнергии из экологически чистых источников, а не сжигания угля). " параметры для крупных чистой электроэнергии мало," Сакс отметил, включая геотермальная, гидроэнергетики, атомной, солнечной и ветровой. "Каждая часть мира будет иметь различные варианты, о том, как получить от траектории с большинством энергии, поступающей из этого списка, а не уголь."

Пока таких странах, как Китай или США используют больших сетей для доставки электроэнергии, потребуется для поколения от атомной, угольной, газовой, видов производства электроэнергии, которые могут быть доступны в любое время. Rush поэтапно ядерная энергетика привилегии природный газ, как это планировалось при Германии инновационной деятельности, получивший Energiewende (переход энергии), увеличение энергии солнца, ветра и других возобновляемых источников энергии, исключая в то же время в стране 17 реакторов. В самом деле, Германия надеется разработать технологию для хранения избыточной электроэнергии из возобновляемых ресурсов, как газ сожжение позже, схема, известная как “сила газа”, согласно экономист и бывший немецкий политик Райнер Baake, ныне директор переход на новые виды энергии, " Think tank " Агора Energiewende. Даже хуже, ядерной срыв может привести к строительству электростанций, работающих на угле растения, как это произошло в США после окончания строительства атомной электростанции в эпоху 1980-х годов.

Хансен, например, утверждает, что в изобилии, чистой энергией, необходимой длявывести людей из бедности и начать сокращать выбросы парниковых газов ототек человеческой популяции. Атом-это один из имеющихся на сегодня технологий-и с комнатой для существенного улучшения и инновации. В этом смысле, природного газа-это мост топлива к катастрофе, даже с какой-либо формой Улавливание и хранение CO2 и мир должен немедленно переход на возобновляемые источники энергии и ядерную.

Но остаются серьезные препятствия, не менее десятилетия, необходимые для проектирования, лицензирования и строительства даже существующих ядерных технологий, не говоря уже новых идей. Что может означать модернизированная ядерная энергетика может внести значительный вклад в усилия по борьбе с изменением климата в ближайшем будущем, которые оставляет нынешних реакторных технологий, как только краткосрочные ядерный вариант, и тот, который редко занятых в глобальном масштабе в настоящее время.

Таким же образом, США ядерная энергетика растения не устранили угрозу ядерного оружия, несмотря на 20 лет " Мегатонны в мегаватты". Россиясохраняет приблизительно 8500 ядерных боеголовок-и в США некоторые 7,700-несмотря на все попытки деления проблема прочь. Проблема деления и изменению климата является в равной степени застрял в настоящее время. Но, как Хансен написал в дополнительные оценки своей новой анализ, "Экологи должны признать, что попытки заставить всех возобновляемых политики на всех в мире будет только заверить, что ископаемое топливо продолжать царствовать для базисной электроэнергии, поэтому маловероятно, что в изобилии доступных блоков будет существовать и неправдоподобно, что ископаемые виды топлива будут осуществляться поэтапно."