研究：关闭核电会增加空气污染

今天美国近20%的电力来自于核电。美国拥有世界上最大的核电舰队，有92个反应堆散布在全国各地。这些发电厂中的许多已经运行了半个多世纪，并且正在接近其预期寿命的终点。

政策制定者正在争论是让这些老化的反应堆退役，还是加强其结构以继续生产核能，许多人认为核能是气候变暖的煤炭、石油和天然气的低碳替代品。

现在，麻省理工学院的研究人员说，在权衡核电的未来时，还有一个因素需要考虑：空气质量。除了作为一种低碳排放源，核电在其产生的空气污染方面也相对干净。如果没有核电，空气污染的模式会如何转变，谁会感受到它的影响?

麻省理工学院的团队在《自然-能源》杂志上发表的一项新研究中提出了这些问题。他们提出了一个设想，即全国所有的核电站都关闭了，并考虑其他能源，如煤炭、天然气和可再生能源将如何满足一整年的能源需求。

他们的分析显示，确实，空气污染会增加，因为煤炭、天然气和石油资源会增加以弥补核电的缺失。这本身可能并不令人惊讶，但该团队已将数字用于预测，估计空气污染的增加将产生严重的健康影响，导致一年内与污染相关的死亡人数增加5200人。

然而，如果有更多的可再生能源可用来供应能源网，就像预计到2030年那样，空气污染将得到遏制，尽管不是完全遏制。研究小组发现，即使在这种更健全的可再生能源的情况下，该国一些地区的空气污染仍然略有增加，一年中共有260人因污染而死亡。

当他们观察受污染增加直接影响的人群时，他们发现黑人或非洲裔美国人社区--他们中的大多数人住在化石燃料工厂附近--经历了最大的暴露。

"当你考虑核电关闭时，这为环境健康和社会影响的方程式又增加了一层，在那里，谈话往往集中在事故和采矿或长期气候影响造成的局部风险上，"主要作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的一名研究生Lyssa Freese说。

研究报告作者、麻省理工学院数据、系统和社会研究所(IDSS)和EAPS的教授Noelle Selin补充说："在关于保持核电站开放的辩论中，空气质量并不是讨论的重点，我们发现的是，来自化石燃料工厂的空气污染是如此具有破坏性，任何增加空气污染的行为，如核电站关闭，都将产生实质性的影响，而且对一些人来说，影响比其他人更大。"

该研究与麻省理工学院有关的共同作者还包括首席研究科学家Sebastian Eastham和Guillaume Chossière SM '17, PhD '20，以及加利福尼亚大学戴维斯分校的Alan Jenn。

未来的逐步淘汰

当核电站在过去关闭时，化石燃料的使用也随之增加。1985年，田纳西河谷的反应堆关闭促使煤炭使用量激增，而2012年加州的一座核电站关闭导致了天然气的增加。在德国，核电几乎完全被淘汰，燃煤发电最初增加，以填补这一空白。

注意到这些趋势，麻省理工学院的团队想知道如果核电被完全淘汰，美国的能源网将如何应对。

"我们想思考能源网未来会发生什么变化，"弗里斯说。"我们知道煤炭的使用正在减少，而且已经有很多工作在研究这对空气质量的影响。但是没有人研究过空气质量和核电，我们也注意到核电在下降。"

在新的研究中，该团队使用了由Jenn开发的一个能源网调度模型来评估美国能源系统将如何应对核电的关闭。该模型模拟了全国每个电厂的生产情况，并连续运行，逐小时估计全国64个地区的能源需求。

与实际能源市场的运作方式非常相似，该模型根据成本选择增加或减少工厂的生产： 在任何时候，生产最便宜的能源的工厂会优先于更昂贵的能源供应给电网。

该团队向该模型提供了关于每个工厂在整个一年中不断变化的排放和能源成本的现有数据。然后，他们在不同的情景下运行该模型，包括：没有核电的能源网，类似于今天的包括核电的基线网，以及没有核电的网，也包括预计到2030年将增加的可再生能源。

他们将每个模拟与大气化学模型相结合，模拟每个工厂的各种排放物如何在全国范围内传播，并将这些轨迹叠加到人口密度地图上。对于处于污染路径上的人口，他们根据其暴露程度计算出过早死亡的风险。

系统反应

他们的分析显示了一个清晰的模式： 在没有核电的情况下，空气污染普遍恶化，主要影响到东海岸的地区，那里的核电站大多集中在那里。如果没有这些工厂，研究小组观察到煤炭和天然气工厂的产量上升，与基线方案相比，全国有5200人因污染死亡。

他们还计算出，由于电网补偿了核电的缺失，更多的人也可能因二氧化碳排放的增加而过早死亡，造成气候影响。这种额外涌入的二氧化碳产生的气候相关影响可能导致在下个世纪增加16万人死亡。

"如果我们试图将核电站作为能源系统的一部分来考虑，我们需要对核电站的退役方式进行深思熟虑，"Freese说。"关闭本身没有直接排放的东西，仍然会导致排放的增加，因为电网系统会做出反应。"

"这可能意味着我们需要部署更多的可再生能源，以填补核电留下的漏洞，核电基本上是一种零排放的能源，"塞林补充说。"否则，我们将有一个我们不一定指望的空气质量下降。"

这项研究得到了美国环境保护局的部分支持。