核电闭式燃料循环启示录 未来5年全球电动汽车销量会增长吗？

10月17日，全球领先的电动汽车电池制造商韩国LG化学公司周四表示，预计2024年全球电动汽车销量将在2018年的水平上增长逾5倍，占到全球汽车总销量的15%左右。

该公司还预计，到2025年，电池成本将从2015年的平均每千瓦时200美元降至每千瓦时100美元。目前电池成本约占电动汽车价格的三分之一，是更广泛采用电动汽车的最大障碍之一。

该公司表示，预计2014年全球纯电动和插电式混合动力汽车销量将从去年的240万辆增至1320万辆，占全球汽车总销量的15%。

核电站卸出乏燃料的安全管理直接影响核电的可持续发展。目前国际上对乏燃料的管理方式有三种，第一种是以法国和日本为代表的闭式燃料循环，通过后处理回收乏燃料中有价值的铀钚等可裂变核素进行循环利用，第二种是以瑞典和芬兰为代表的“一次通过”，将乏燃料视为放射性废物直接深地质处置，第三种是暂存，视未来技术发展情况再作决定，美国因为地质处置库几十年来难以推进，目前已将中短期乏燃料管理政策调整为中间暂存。

在人类和平利用核能之初，发展闭式燃料循环就几乎同步被提上了议程，主要初衷有两点，一是地球上的铀资源有限，理想的多次闭式燃料循环可大大降低对铀资源的依赖，甚至将核能变成近乎完美的“可再生能源”;二是降低高放射性废物的体积和寿命，后处理技术发展至今仍无法实现这一目标，目前的乏燃料后处理技术只能降低高放废物的体积，却无法减少废物的寿命，后者必须通过对乏燃料中次锕系元素(Minor Actinides)和长寿命裂变产物(Long Lived Fission Products)进一步分离和嬗变方可实现。

经过六十多年的发展，美国、法国、日本等核强国的快堆发展计划先后受挫，快堆商业化进程不断延后，分离嬗变技术进展缓慢，实现多次循环且大幅降低高放废物危害的理想闭式燃料循环仍面临诸多技术和经济难题。

从国际经验看，以法国和日本为代表走闭式燃料循环的国家，虽早在上世纪六十年代就实现乏燃料后处理商业化，但由于快堆的滞后，被迫将后处理产生的钚制成铀钚氧化物燃料(MOX)在轻水堆中使用，这种循环只能进行一次，之后因钚的同位素变化，不再对乏MOX燃料进行二次后处理，即所谓“两次通过循环”(Twice Through Cycle)。

与之相对，俄罗斯采取了优先发展快堆的策略，其后处理能力一直保持在较小规模，但经过六十多年的发展，俄罗斯尚未实现快堆规模化推广，基于快堆的闭式燃料循环在短期内仍很难变成现实。

商业后处理厂的发展大致可分为两个代际。

第一代商业后处理厂是对军用后处理厂的改进，以处理核电站较高燃耗的乏燃料，主要包括建造于上世纪六十年代的美国的西谷厂(West valley)和法国的UP2-400，这些后处理厂基本上沿用了军用后处理厂的设计原则。

第二代商业后处理厂主要针对更高燃耗的乏燃料后处理，其代表是法国的UP3和UP2-800、英国的THORP厂和日本的六个所厂，其中法国阿格的UP3和UP2-800两个后处理厂运行较为成功，为法国本国、德国以及日本的核电客户处理了大量乏燃料，英国THORP厂于2018年底提前关闭，只运行了设计寿期的一半，发生过一些运行事件，处理乏燃料量也远低于设计产能，日本的六个所后处理厂则经历了长达二十多年的建造拖期，至今仍未投入运行。

我国乏燃料后处理技术在早期军工时期有较好的基础和积累，但由于多种原因，后处理科研经历了较长时间的停滞，目前技术已明显落后于国际水平。在引进建设大型后处理厂的背景下，有必要系统研究和总结国际闭式燃料循环尤其是后处理产业发展的经验和启示，为我国后处理能力建设和闭式燃料循环发展提供有益借鉴。

美国因多重因素放弃商业乏燃料后处理

美国早在20世纪50年代就开发了乏燃料后处理的PUREX 流程，并建成全球首座使用PUREX流程的军用乏燃料后处理厂，随后，美国大幅推进核电站乏燃料商业后处理，曾先后建设了三座民用后处理厂：

·纽约州西谷厂处理能力300吨/年，1966-1977运行，因安全法规提高要求所导致的改造太贵而关闭;

·伊利诺伊州Morris后处理厂处理能力300吨/年，因采用的新工艺失败于1974年停产;

·南卡罗莱纳州Barnwell厂处理能力1500吨/年，因后处理政策转变未进行调试即被关闭。

1977年，受到印度核试验的影响，卡特政府通过立法禁止了商业乏燃料后处理，其背后的原因除了防核扩散这一政治因素之外，经济性也是主要原因之一，美国国会针对乏燃料后处理举行的听证会以及MIT等机构开展的专题研究均指出，相比于乏燃料一次通过，后处理成本过高，且其在降低放射性废物量的效益上并不显著。