從中國核廢料玻璃固化技術突破看比爾蓋茨說核廢料不是廢核的理由

一、廢廢料不應成為廢核理由 

     根據美國CNBC的報導，微軟公司的世界卓越人物比爾蓋茨在德國商業出版物 Handelsblatt 的採訪中說“廢廢料不應成為不做核能的理由”。蓋茨說〝核廢料的體積非常小尤其是與產生的巨大能量相比，這不是一件大事。” 他說，在地下儲存和隔離核廢料的成本不是一個大問題。相比之下，燃燒化石燃料產生的二氧化碳排放量“巨大”，將其封存在地下是一個非常困難的問題。核能被美國能源部列為“零排放清潔能源” ，因為核裂變發電不會釋放任何溫室氣體排放。根據美國能源情報署的數據，目前美國 19% 的電力來自核電站。根據美國能源部的數據，這約占美國無碳發電量的一半。在台灣，廢料處理一直是反核大砲，那麼中國大陸要蓋100多座核電機組，美國已有90多座核電機組在運轉，人家怎麼不擔心?依據科技日報報導，2024年12月23日，由中核集團中國核電公司和武漢理工大學聯合研發的陶瓷電熔爐高放廢液玻璃固化配方，在位於江蘇泰州的中國首座國產化高放廢液玻璃固化冷台架上完成了試驗驗證及驗收。這標誌著中國成功攻克了核電動力堆高放廢液陶瓷電熔爐玻璃固化配方這一世界性難題，填補了中國國內空白，實現了中國陶瓷電熔爐玻璃固化技術國產化研究關鍵核心技術零的突破。高放廢物是指在核能生產等過程中產生的具有高放射性的廢棄物，如核電站運行過程中產生的放射性很高的廢液等。對於高放廢物，需要找到一種合適的方法關起來，讓它們不會到處亂跑產生危害，玻璃固化就是這樣一種有效的方法。通過把高放廢物與玻璃基體混合在一起，然後加熱到很高的溫度讓它們熔融，最後形成一種類似玻璃的固體，這樣放射性核素就被牢牢地包裹在這個固化體裡面了。中核集團這次成功研發出陶瓷電熔爐高放廢液玻璃固化配方，是在高放廢物處理領域的一個重大突破。 

    中國在高放廢物處理技術上達到了世界先進水準，不再受制於人，為我國核能事業的可持續發展提供了有力的技術支援。當前妥善處理高放廢物的最佳選擇是玻璃固化，即把高放廢物與玻璃基體混合熔融，將放射性核素包裹在固化體中，實現高放廢物與生物圈的隔離，從而有效消除高放廢液長期貯存的安全風險。中國大陸的國家政策積極推動核電發展，同時達成能源供應及抑減二氧化碳目標。中國「十四五」規劃提出，在確保安全前提下，積極有序推動沿海核電項目的建設，進行核能綜合利用示範，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模組化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示範工程，推動核能在清潔供暖、工業供熱、海水淡化等領域的綜合利用。在高能源需求背景下，核能發電的穩定性優勢明顯。核能發電具有持續性、穩定性強的優點。台灣廢棄穩定可靠的核電，隨之而來的缺電、電價上漲、空污及無法達成碳中和目標。台灣地狹人稠，風力及太陽能發電無足夠場所，離岸風力技術及電價受外商掌控。最重要的是兩岸緊張，若中共封鎖台灣，天然氣及煤炭很快用光將無電可用，只有核電能支撐一年半之久卻被廢棄。中國大陸在核廢料處理上亦積極研究開發新技術如啟明星系列及玻璃固化技術。 

二、中國核廢料固化能力 

     依據人民網報導，2021年9月11日，中國首座放射性廢液玻璃固化設施在四川廣元正式運作。這是中國核工業後端處理標誌性工程，顯示中國成為世界上少數幾個具備高放廢液玻璃固化技術的國家，對核工業安全綠色發展具有里程碑意義。放射性廢料處理是核電安全利用的最後一環，其中難度最大、技術含量最高的是高放廢液處理。放射性廢液玻璃固化，是在1100度或更高溫度下，將放射性廢液和玻璃原料進行混合熔解，冷卻後形成玻璃體。 由於玻璃體浸出率低、強度高，能夠有效包容放射性物質並形成穩定形態，是目前國際上最先進的放射性廢液處理方式。其核心技術與難點在於需要包容率高、穩定性好的玻璃固化配方，形成的玻璃體能包容放射性物質千年以上; 需要耐1150度以上高溫且年腐蝕速率小於15毫米的熔爐，保障玻璃熔制條件; 需要自動化、遠距離操作系統設備，需要強大的工業與製造業基礎做支撐。 此前世界上僅美、法、德等國家掌握了相關技術。 

     該玻璃固化處裡專案於2004年由中國國家原子能機構批准立項，採用國際合作模式，由中國、德國聯合設計，中國核工業集團所屬中核四川環保有限責任公司負責建設，多家單位參與協同攻關。 通過本項目開展，摸清了關鍵設備工作機理，固化了工藝系統參數，在玻璃固化關鍵特種材料、關鍵設備等方面積累了豐富經驗。 設施投運後，預計每年可安全處理數百立方米高放廢液，處理產生的玻璃體將被深埋於地下數百米深的處置庫，達到放射性物質與生物圈隔離的目標，實現徹底安全，為核能利用提供堅實保障。核能是一種重要的清潔能源，對於滿足能源需求有著重要意義。而高放射性廢料處理技術的突破，解決了核電發展的後顧之憂，讓人類可以更加安全、放心地利用核能，提高了核電安全的保障，這項技術的研發成功，不僅自身有很大的價值，還可能帶動相關產業的發展，比如材料研發、設備製造等，創造更多的就業機會，促進經濟增長。中國在高放射性廢料玻璃固化技術領域取得的成果，也將提升中國在國際核領域的影響力和話語權，為全球核安全治理貢獻中國智慧和中國方案，在國際合作中發揮更重要的作用。 

三、中國大陸的核廢料處理 

(一) 高放射性核廢料處置難度較大但附加價值高

   目前核廢料處理依核廢料放射性程度分為兩種，放射性較低的中低放射核廢料處置方法簡單，附加價值較低，而高放射性核廢料（乏燃料）處置難度大但產品附加價值高。乏燃料處理技術始於1960年代，目的是將反應器中輻照過的燃料，透過物理和化學的方法，回收未燒盡和新產生的鈾和鈽，並除去裂變產物。透過後處理得到的鈾和鈽可返回到反應器中重複使用，從而實現核燃料循環。鈾鈽核燃料循環有開式循環和閉式循環兩種模式。開式循環是直接將乏燃料冷卻、包裝後作為廢棄物送入深地質層處置或長期貯存，瑞典、加拿大、西班牙、美國等採取此方式；閉式循環是將乏燃料送入後處理廠，將鈾和鈽等有用物質進行分離、回收再利用，之後將廢棄物固化後進行深地質層處置或進行分離嬗變，法國、英國、俄羅斯、日本、印度、中國等國採取該路線。中國大陸的核廢料處理以乏燃料處理為核心，中低放廢料為次要的處理方式。中國隨著核電廠建設加快及運轉機組增加，核廢料產量逐年成長，中國在1983年確立了「發展核電必須相應發展後處理」的策略，明確執行閉式核燃料循環策略，將「乏燃料後處理與高放廢棄物安全處理處置技術創新」作為核能產業技術創新重點之一。目前中國後處理產能僅50噸/年，在建產能僅有200噸/年（預計2025年營運）；此外，中核龍瑞乏燃料200t處理工程二期廠區規劃於2022年開始建設。 

(二)中低放廢料處理

   中國大陸的中低放廢料處理採取「區域處置」策略，處置場靠近廢料生產地，但至今並未有真正意義上的核電廠低放射性廢棄物區域處置場。目前中國祇有中核下屬中核清原環境技術有限公司擁有營運中低放核廢棄物及運輸高放射性核廢棄物許可證，中廣核目前也實質運行北龍中低放處置場。中國計劃建設西南、西北、華東、華南、北方五個中低放廢物區域處置場，但建成的只有兩個：位於廣東大亞灣的北龍處置場和位於甘肅404廠的西北處置場。位於四川的飛鳳山處置場（西南處置場）正處在建設階段。西南處置場場址821廠本就是用了幾十年的軍工基地，和404廠一樣，選址時避免了巨大爭議。附近設置幾十平方公里的安全屏障，有300年~500年的隔離期。目前接收核電站中低放廢物的實際只有廣東北龍處置場，其他核電站由於運營時間較短，站內的暫存庫尚能堅持，投運30餘年的秦山核電站，其暫存庫已是強弩之末。秦山核電站正在建造乏燃料乾式貯存設施與台電興建的相同，以延長乏燃料在廠區內的暫存時間。2011年，中國國家國防科工局和國家環保部聯合召開專家評審會，確定甘肅北山可作為我國高放射性廢棄物處置庫首選預選區。 

     甘肅北山位置及地理條件滿足貯存核廢料的條件，專家團隊在北山透過鑽孔獲得大量極完整岩心。國內外專家一致認為，北山場址為目前世界高放射性廢棄物處置選址中圍岩最為完整的花崗岩場址。「北山一號」設備整機長約100米，由刀盤、主驅動、後配套拖車等六個部分構成。2022年，中國自主研製的全球首台大坡度螺旋隧道硬岩掘進機“北山一號”，在位於馬鬃山的中國北山地下實驗室項目建設現場正式啟動，開始向50米外的工作斷面步進。由中國鐵建重工集團和中鐵十八局集團聯合打造的全球首台大坡度螺旋隧道掘進機“北山1號”，在中國北山地下實驗室項目建設地成功完成組裝，將開始地下實驗室的主體工程斜坡道開挖任務。中國由於地域遼闊，廢料貯置場設置並不困難。