今天美國(guó)近20%的電力來(lái)自于核電。美國(guó)擁有世界上最大的核電艦隊(duì)，有92個(gè)反應(yīng)堆散布在全國(guó)各地。這些發(fā)電廠中的許多已經(jīng)運(yùn)行了半個(gè)多世紀(jì)，并且正在接近其預(yù)期壽命的終點(diǎn)。

政策制定者正在爭(zhēng)論是讓這些老化的反應(yīng)堆退役，還是加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)以繼續(xù)生產(chǎn)核能，許多人認(rèn)為核能是氣候變暖的煤炭、石油和天然氣的低碳替代品。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員說(shuō)，在權(quán)衡核電的未來(lái)時(shí)，還有一個(gè)因素需要考慮：空氣質(zhì)量。除了作為一種低碳排放源，核電在其產(chǎn)生的空氣污染方面也相對(duì)干凈。如果沒(méi)有核電，空氣污染的模式會(huì)如何轉(zhuǎn)變，誰(shuí)會(huì)感受到它的影響?

麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)在《自然-能源》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中提出了這些問(wèn)題。他們提出了一個(gè)設(shè)想，即全國(guó)所有的核電站都關(guān)閉了，并考慮其他能源，如煤炭、天然氣和可再生能源將如何滿足一整年的能源需求。

他們的分析顯示，確實(shí)，空氣污染會(huì)增加，因?yàn)槊禾俊⑻烊粴夂褪唾Y源會(huì)增加以彌補(bǔ)核電的缺失。這本身可能并不令人驚訝，但該團(tuán)隊(duì)已將數(shù)字用于預(yù)測(cè)，估計(jì)空氣污染的增加將產(chǎn)生嚴(yán)重的健康影響，導(dǎo)致一年內(nèi)與污染相關(guān)的死亡人數(shù)增加5200人。

然而，如果有更多的可再生能源可用來(lái)供應(yīng)能源網(wǎng)，就像預(yù)計(jì)到2030年那樣，空氣污染將得到遏制，盡管不是完全遏制。研究小組發(fā)現(xiàn)，即使在這種更健全的可再生能源的情況下，該國(guó)一些地區(qū)的空氣污染仍然略有增加，一年中共有260人因污染而死亡。

當(dāng)他們觀察受污染增加直接影響的人群時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)黑人或非洲裔美國(guó)人社區(qū)--他們中的大多數(shù)人住在化石燃料工廠附近--經(jīng)歷了最大的暴露。

"當(dāng)你考慮核電關(guān)閉時(shí)，這為環(huán)境健康和社會(huì)影響的方程式又增加了一層，在那里，談話往往集中在事故和采礦或長(zhǎng)期氣候影響造成的局部風(fēng)險(xiǎn)上，"主要作者、麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系(EAPS)的一名研究生Lyssa Freese說(shuō)。

研究報(bào)告作者、麻省理工學(xué)院數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和社會(huì)研究所(IDSS)和EAPS的教授Noelle Selin補(bǔ)充說(shuō)："在關(guān)于保持核電站開(kāi)放的辯論中，空氣質(zhì)量并不是討論的重點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)的是，來(lái)自化石燃料工廠的空氣污染是如此具有破壞性，任何增加空氣污染的行為，如核電站關(guān)閉，都將產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，而且對(duì)一些人來(lái)說(shuō)，影響比其他人更大。"

該研究與麻省理工學(xué)院有關(guān)的共同作者還包括首席研究科學(xué)家Sebastian Eastham和Guillaume Chossière SM '17, PhD '20，以及加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的Alan Jenn。

未來(lái)的逐步淘汰

當(dāng)核電站在過(guò)去關(guān)閉時(shí)，化石燃料的使用也隨之增加。1985年，田納西河谷的反應(yīng)堆關(guān)閉促使煤炭使用量激增，而2012年加州的一座核電站關(guān)閉導(dǎo)致了天然氣的增加。在德國(guó)，核電幾乎完全被淘汰，燃煤發(fā)電最初增加，以填補(bǔ)這一空白。

注意到這些趨勢(shì)，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)想知道如果核電被完全淘汰，美國(guó)的能源網(wǎng)將如何應(yīng)對(duì)。

"我們想思考能源網(wǎng)未來(lái)會(huì)發(fā)生什么變化，"弗里斯說(shuō)。"我們知道煤炭的使用正在減少，而且已經(jīng)有很多工作在研究這對(duì)空氣質(zhì)量的影響。但是沒(méi)有人研究過(guò)空氣質(zhì)量和核電，我們也注意到核電在下降。"

在新的研究中，該團(tuán)隊(duì)使用了由Jenn開(kāi)發(fā)的一個(gè)能源網(wǎng)調(diào)度模型來(lái)評(píng)估美國(guó)能源系統(tǒng)將如何應(yīng)對(duì)核電的關(guān)閉。該模型模擬了全國(guó)每個(gè)電廠的生產(chǎn)情況，并連續(xù)運(yùn)行，逐小時(shí)估計(jì)全國(guó)64個(gè)地區(qū)的能源需求。

與實(shí)際能源市場(chǎng)的運(yùn)作方式非常相似，該模型根據(jù)成本選擇增加或減少工廠的生產(chǎn)： 在任何時(shí)候，生產(chǎn)最便宜的能源的工廠會(huì)優(yōu)先于更昂貴的能源供應(yīng)給電網(wǎng)。

該團(tuán)隊(duì)向該模型提供了關(guān)于每個(gè)工廠在整個(gè)一年中不斷變化的排放和能源成本的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。然后，他們?cè)诓煌那榫跋逻\(yùn)行該模型，包括：沒(méi)有核電的能源網(wǎng)，類似于今天的包括核電的基線網(wǎng)，以及沒(méi)有核電的網(wǎng)，也包括預(yù)計(jì)到2030年將增加的可再生能源。

他們將每個(gè)模擬與大氣化學(xué)模型相結(jié)合，模擬每個(gè)工廠的各種排放物如何在全國(guó)范圍內(nèi)傳播，并將這些軌跡疊加到人口密度地圖上。對(duì)于處于污染路徑上的人口，他們根據(jù)其暴露程度計(jì)算出過(guò)早死亡的風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)反應(yīng)

他們的分析顯示了一個(gè)清晰的模式： 在沒(méi)有核電的情況下，空氣污染普遍惡化，主要影響到東海岸的地區(qū)，那里的核電站大多集中在那里。如果沒(méi)有這些工廠，研究小組觀察到煤炭和天然氣工廠的產(chǎn)量上升，與基線方案相比，全國(guó)有5200人因污染死亡。

他們還計(jì)算出，由于電網(wǎng)補(bǔ)償了核電的缺失，更多的人也可能因二氧化碳排放的增加而過(guò)早死亡，造成氣候影響。這種額外涌入的二氧化碳產(chǎn)生的氣候相關(guān)影響可能導(dǎo)致在下個(gè)世紀(jì)增加16萬(wàn)人死亡。

"如果我們?cè)噲D將核電站作為能源系統(tǒng)的一部分來(lái)考慮，我們需要對(duì)核電站的退役方式進(jìn)行深思熟慮，"Freese說(shuō)。"關(guān)閉本身沒(méi)有直接排放的東西，仍然會(huì)導(dǎo)致排放的增加，因?yàn)殡娋W(wǎng)系統(tǒng)會(huì)做出反應(yīng)。"

"這可能意味著我們需要部署更多的可再生能源，以填補(bǔ)核電留下的漏洞，核電基本上是一種零排放的能源，"塞林補(bǔ)充說(shuō)。"否則，我們將有一個(gè)我們不一定指望的空氣質(zhì)量下降。"

這項(xiàng)研究得到了美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的部分支持。