​放射性废物处置的全球视角

放射性废物通常被认为是核能发展的致命弱点，但一种新的核废物管理整体方法的出现，可以顺利解决这种问题。

1、从全球角度看核废物管理

为了限制化石燃料的使用，核电的快速扩张至关重要——不仅在拥有核基础设施的国家，而且在“无核”发达国家，甚至是技术资源有限的发展中国家。

尽管SMR等开发项目可能会提供大量选择，这些装置可以作为供应商运营的设施交付，但后端废物管理通常被视为潜在的发展障碍——没有任何实际理由。

尽管如此，鉴于应对气候变化的迫切需要，这可能是从全球角度重新评估废物管理的一个好时机。

尽管反对者经常将放射性废物视为核能的致命弱点，但从技术角度上来看是不正确的。

事实上，这种能源的一个积极方面是废物量小，可以严格管理。反对者过去曾强调，在处理高放射性废物方面存在拖延，但没有注意到其他核废物处理方面的进展。

世界各地有许多地表/近地表设施，甚至美国新墨西哥州也有军用超铀废物(TRU)处置场。

此外，为了便于废物处理，允许通过衰变冷却的临时储存，意味着只有在未来几十年才需要此类地表储存库。

在这种情况下，芬兰和瑞典已经获得了施工许可证，法国和瑞士等国也将很快获得施工许可证。

如果存储库选址计划被打乱，例如在英国、德国或美国，这通常可以归因于缺乏政治承诺和尼姆托(NIMTOO)效应——“不在我的任期内”，而不是任何基本的技术问题，甚至是当地的“不在我后院”(NIMBY)反对。

大量研究表明，在广泛的地质环境中，地质处置更多放射性有毒废物是可行的。

这种方法达到了低得离谱的安全目标，比自然背景水平低几个数量级，评估时间跨度极长，长达数千年甚至数百万年。如下图。

处理玻璃化高放废物计算的典型辐射剂量(www.numo.or.jp)

这与其他化学毒性废物形成了鲜明对比，这些废物的释放限值高于背景值几个数量级，并且仅在数百年或更短的时间范围内进行评估。

处理TRU计算的典型辐射剂量(见www.numo.or.jp)

尽管这种方法没有像放射性废物那样衰变的可能性，但这些废物将一直存在。

事实上，全球气候变化威胁可直接归因于化石燃料行业缺乏适当的废物管理。

此外，根据《与自然和平共处：应对气候、生物多样性和污染紧急情况的科学蓝图》报告，废物污染现在已被联合国确定为全球关注的问题，与气候变化和多样性丧失一样。因此，也应从这一角度看待为放射性废物制定的良好做法。

2、需要改变观念

地下核废物储存库可发挥多种废物处置功能。

虽然这在早期不是一个问题，但近几十年来，人们一直认为，受益于核电的国家，应负责安全管理产生的核废料。

这通常被视为一个道德问题——但与其他废物形成鲜明对比，因为这些废物大量出口到其他通常较不发达的国家。

这也不符合铀矿开采产生的废物与核燃料循环中的所有其他放射性废物脱钩的事实——废物由矿石生产商而不是最终的核燃料使用者负责。

此外，尽管某些行业(特别是石油和天然气)产生大量放射性物质，其放射性毒性相当于某些高放射性中间水平废物(ILW)，但它也与天然放射性物质的处理(NORM)不兼容。

在更高级的程序中开发的许多存储库概念设计过度，它们通常是专门为有限库存而建造的结构，挖掘在地下深处，其特点是高性能的工程屏障。

尽管涉及的废物量很小，但此类设施往往占地面积很大，达数平方公里，并使用大量材料。这些材料通常具有内在价值，例如铜，或难以使用，需要远距离运输，如膨润土。

显然，这些概念是在可持续性和碳足迹等问题被确定为关注点之前制定的，因此从环境影响角度来看表现不佳。

此外，储存库实施者最初只负责放射性废物的处置，在某些情况下只负责特定废物类别。

因此，没有考虑放射性废物和其他危险材料的共同处置。到目前为止，整体废物管理的潜力几乎没有得到考虑。

高活性废物的储存库可以很容易地接收更多类型的废物，只需相对较小的修改。

当然，为了实现此选项，在最终确定存储库项目之前需要仔细考虑，或者更好的是在启动存储库项目前考虑这一问题。

由于许多已经接近实施储存库的国家也可能是其他较不发达国家的SMR供应商，因此，如果它们同时承担所有由此产生的退役和废物处理的责任，考虑这一问题也是有必要且明智的。

在过去，这一选择一直是政治上的烫手山芋，因为反对者向公众展示了这一点，一个国家纯粹出于商业原因被用作全球核垃圾箱。

然而，如果将其重新表述为减少二氧化碳排放的承诺，并与碳信用的公平分配挂钩，这可能会更容易接受。在这方面，良好和明确的公共沟通将是关键。

3、整体废物管理方法

瑞典建造首座核废料储存库

如果主要核国家无法找到接受外国废物的政治途径，另一个选择是让较小的国家专注于区域共享设施——正如欧洲一些较小的核项目已经提出的那样。

这不仅是一种成本效益高的方法，而且从环境和可持续性角度来看也是非常合理的。

在这方面，最大的挑战是找到一个区域储存库的东道主，但同样，如果重点放在碳信用而不是商业方面，那幺，对于中国等可能难以实现碳减排目标的国家来说，建立区域储存库可能是一个受欢迎的选择。

即使没有区域储存库选项，如果以整体方式考虑废物管理，本地解决方案也可能是可行的。

尽管大多数储存库实施者认为这是一种诅咒，但对所有有问题的废物进行地质处置有很好的技术依据，共享设施将大大提高相对较小的放射性废物库存管理的实用性(和成本)。

在这方面，如果国际组织能提供更为务实的指导方针，而不是有助于促进设计过度的尽可能低的合理可行(ALARA)方法，这将有所帮助。

合理化设计的一个根本问题来自于制度惯性和一个共同的假设，即研究了几十年的选项必须是最优解决方案。

这是沉没成本谬论的一个版本。例如，KBS-3V概念是在20世纪80年代早期为处理斯堪的纳维亚结晶岩中的乏燃料而开发的，它仍然被视为在不同地质环境中处理高活性废物的一种黄金标准。

在开发时，采用了极高性能的工程屏障，以覆盖地质环境理解中的不确定性，同时没有考虑高质量水平的实际实施，也没有讨论可持续性或环境影响(EIs)。

虽然瑞典和芬兰可能实际实施了这种垂直孔内安置概念稍加修改的版本，但这对于其他国家方案中的边界条件可能没有任何意义。

仅考虑到废物容器所需的铜质量，对于第一个储存库的参考，日本高放废物(HLW)，仅此材料的成本就为≈8亿美元(相比之下≈400万美元的钢铁价格)，而不增加任何性能方面的好处。

此外，构造和密封铜罐需要先进的技术，如搅拌摩擦焊接，这进一步增加了成本和相关EIs。

4、对传统处置的反思

不断演变的存储库概念

从质疑“传统”处置方案的出发点出发，利用当前关于深层地质条件、工程和材料技术，以及安全评估方法的知识库，可以探索广泛的处置概念。

这些概念中的每一个都允许对特定边界条件进行广泛优化。如上图。

对于专门建造的储存库，更多地考虑地质屏障，会倾向于隧道内安置方案，用钢代替铜作为罐材料，并且当使用预制工程屏障系统(EBS)模块(PEM)时，允许更高的安置密度。

与传统概念相比，这将使所需的破碎岩石体积大约减少一半，减少通风和排水要求，并降低与实施相关的复杂性和风险。

此外，由于容器处于大致等静压下，因此可以采用非常低技术的密封选项，如旋盖。

如果考虑处置拱顶而不是隧道，则可以扩展该方法，从而允许更高的安置密度，并可能安置大型多用途集装箱(MPC)。

如果MPC已经用于运输和临时储存，并且如果不重新利用，最终将需要作为废物进行管理，则此选项尤其有利。

核废物管理的替代方法是可能的。

随着安置密度的增加，热管理成为一个更大的问题——在某些情况下，导致在回填地窖之前需要延长开放“储存”期的概念。

然而，如果使用热泵技术，这种热量也可以被视为一种积极的方面。这提供了一种无碳能源，可以在一定程度上抵消储存库建设和运营的其他能源需求。

如果引入更广泛的废物管理视角，可能会带来更多好处。

核退役是一项主要的后端活动，产生大量低放射性污染物质，通常被宣布为废物。

然而，核钢可以回收用于建造废物容器或多用途罐——特别是如果所有操作都是远程处理的，且钢的小辐射水平无关紧要。

一系列其他退役废物也可用于地下开口的回填，而不是目前考虑的二氧化碳排放量特别大的专业粘土和混凝土。

甚至在隔离安置区方面发挥作用的塞子，也可以被核钢舱壁取代——在发生扰动时可能具有更好的功能和故障保护选项。

事实上，还有许多其他非核废物可以从深度处置中受益，而不是像经常发生的那样，从近地表倾倒中受益。

即使将此类废物纳入处置区域过于复杂，处置库设计通常包括大量的通道、竖井和坡道，这些通道、竖井或坡道在放置废物后简单回填。

不同放射性废物处理方案的优缺点。

例如，在参考日本高放废物储存库中，可能是≈1-200万m3。此处可能包含的潜在废物是那些不太可能显著干扰地质屏障作用的废物，如石棉和重金属等材料。

最后，可以重新考虑是否需要建造一个特别处置设施。

过去曾考虑过在废弃矿井中处置放射性废物，例如在德国的莫尔斯本，这已经成为国际化学毒性废物处置行业的基础。

从全球燃料循环的角度来看，应注意到某些铀矿被用作处置设施的特殊好处。从地质角度来看，这些矿坑不仅可能特别适合，因为它们已经包含了数百万年的铀矿石，而且与从头开始建造的矿坑相比，使用现有的矿坑可以大大减少碳足迹。

同样，由于许多铀生产国在实现碳减排目标方面做得不好，任何对减少全球气候扰动的贡献都可能是一个有利于公众接受的论点。

应强调的是，不存在适用于所有应用程序的“最佳”处置方案，为了向前推进，应针对具体的计划边界条件评估不同变体的利弊。

除上述概念外，还可能有其他变体，例如在深井中而不是在常规储存库中进行处置。

然而，这种方法可能仅适用于特殊条件，如少量废物库存和有利的边界条件。在处置设施的详细设计和实施方式方面，非常广泛的可用选项也为优化提供了相当大的灵活性。

5、废物处置的未来展望

瑞典核燃料和废物管理公司

从根本上讲，与全球变暖相比，放射性废物处理设施的风险微不足道——应该将核扩张的讨论放在整体大环境来看。有道德义务确保以尽可能负责任的方式管理所有废物。

以整体方式考虑废物管理突出表明，如果我们能够打破现有模式，可以获得巨大的好处。

然而，这需要改变实施和监管组织的制度文化，还需要对决策者进行教育，使他们能够以无偏见的方式考虑相关的技术和社会政治问题，摆脱过去的先入为主的观念。