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新一代核能：更小、更便宜、更安全

核能行业正在大胆尝试采用小型反应堆。明年，他们将开始建造MARVEL反应堆。这是一种首创的核发电机，使用液态金属冷却，产生100千瓦的能量。到2024年，研究人员预计，MARVEL将成为美国爱达荷国家实验室的世界首个核微电网的零排放引擎。

然而，这个项目正值核能朝着完全不同的方向发展的时候。德国刚刚关闭了其最后一批核反应堆。美国刚刚启动了其30年来的第一批新反应堆。拥有世界上最大核能份额的法国去年的核能输出量下降到了自1988年以来的最低水平。

但世界对能源的需求比以往任何时候都更加迫切。总体上，电力需求正在增长:根据能源信息管理局的数据，到2050年，全球电力需求将比今天的消费增长近70%。与此同时，限制也越来越严格。世界上大多数国家，包括美国，在本世纪中叶前承诺将其净气候影响降至零。

为了满足这种能源需求，而不会加剧气候变化，美国政府现在正在重新押注核能，以产生稳定的电力流而不产生温室气体。

“这是一个游戏改变者，”INL主任John Wagner说。科技行业也加入了进来。2021年，风险投资公司向核能创业公司投入了34亿美元。

核能仍然面临一些长期的障碍。它是唯一一种运营成本随时间增加的能源。最近的建设努力已经延迟了数年，并超过预算数十亿美元。找到储存核废料的地方仍然是一个问题。

核能行业能否想出解决其最大问题的方法？支持者们当然希望如此，核能源应对气候变化的潜力巨大。现在有许多新型核电技术正在设计和测试中，其中最有前途的策略之一是通过微型化实现大规模发电。核裂变是美国最大的零排放温室气体电源，仅次于水电。要理解新的反应堆设计有何不同，需要了解早期设计的工作原理。通常，民用核反应堆被分为“代”，每一代都在技术、经济和安全方面进行了改进。

工程师正在考虑这种多变需求的核反应堆。"新反应堆的设计是可调度且灵活的，"INL核加速创新门户主任Christine King说。这些综合效应提高了核能的经济性，从降低燃料成本到更有效地发电，再到减少废物和提高安全性，整个流程变得更加流畅。然而，核能源的最大优势可能不在反应堆本身，而是在重新思考它们如何适应现有的电力基础设施。

对于核能行业来说，热门的新战略是通过小型模块化反应堆(SMR)进行缩小。通过小规模开始并逐步扩大，它们可以满足各种用例。“这是正在进行的正确实验，”Flyvbjerg说。随着像MARVEL这样的设计，研究人员正在研究更小的反应堆。“很多学习都与你建造多少个有关，”Nemet说。如果更小的核反应堆能实现这些成本下降的一小部分，它们最终可以推动核能的成本曲线朝着反方向发展。

平衡账本可能比分裂原子更难以克服，这是核能的一个更大挑战。美国工程院的一份新报告称，核能的经济性“或许是高级反应堆商业成功的最大挑战”。高级核反应堆的前景尤其难以预测。同时，世界即将超过其碳预算，并超过限制本世纪温度升高不超过1.5摄氏度的目标。美国现已承诺将其温室气体排放量在2030年与2005年相比减半。在不到七年的时间内，新的核电站不太可能在实现这一目标方面取得很大进展。但美国和全球超过130个国家希望在2050年之前完全消除其对气候变化的贡献。这一目标需要比现在更清洁、更丰富和更可靠的能源。

核能可以帮助世界实现这一目标。这是一项风险高、投资昂贵的投资，但这个未来的基础现在必须奠定。然而，这可能不会发挥作用，如果核能行业无法解决其长期挑战:成本过高、核废料处置问题、建设耽误和超支、适应电网变化。

小型模块化反应堆、不同燃料类型和集成其他工厂等创新方法可以改变核能的未来。如果研究人员能设计出更安全、更经济的核反应堆，它们将有望在本世纪帮助世界摆脱对化石燃料的依赖。但是一段坎坷的道路在前面。本世纪下半叶之前，核能不太可能成为一种主要的能源来源。研究人员和监管机构、公众和政策制定者之间需要更紧密的合作，以确保其潜力得到最大限度的发挥。核能必须成为未来能源组合的一部分，而不应孤立地成为未来的唯一选择。

针对MARVEL反应堆的投资只是一个开始。要想让核能取得突破，需要在全球范围内进行更大的投资和技术开发。这需要政策、资金和公众支持的同时存在。世界各地的研究人员正在设计创新的核反应堆，但很难使之变为现实。通过国际合作和资助，这些设计中的许多可能会实现商业应用，为全球提供清洁能源。世界正处在一个关键时刻。更清洁的能源来源已经可见，但只有通过合作和投资，人类才有望抓住机会。

本文译自 Vox，由 bali 编辑发布。

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