ทำไมนิวเคลียร์…? จึงยังคงเป็นส่วนหนึ่งของคำตอบด้านพลังงาน

Why Nuclear Power Must Be Part of the Energy Solution

นักเคลื่อนไหวด้านสิ่งแวดล้อมหลายคน คัดค้านพลังงานนิวเคลียร์โดยอ้างถึงอันตรายของมัน และรวมถึงความยากลำบากในการกำจัดกากกัมมันตรังสี ขณะที่นักวิทยาศาสตร์ ระบุว่า นิวเคลียร์ปลอดภัยกว่าแหล่งพลังงานส่วนใหญ่อื่น ๆ ยังคงจำเป็น หากโลกหวังว่าจะลดการปล่อยคาร์บอนลงอย่างสิ้นเชิงให้จงได้ ..

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 16 เมื่อราคาค่าฟืนที่เพิ่มขึ้นได้บังคับให้ชาวลอนดอน เปลี่ยนมาใช้ถ่านหินอย่างไม่เต็มใจ นักเทศน์ กล่าวโจมตีผู้คนที่ใช้ถ่านหินแทนการใช้ฟืน เชื้อเพลิงถ่านหินนั้น เหล่านักบวชเชื่อว่ามันคือสิ่งขับถ่ายของปีศาจ ถ่านหินสีดำสกปรกพบในชั้นใต้ดินลงไปยังนรกสู่ใจกลางโลก มันมีกลิ่นกำมะถันฉุนแรงเมื่อถูกเผา การเปลี่ยนไปใช้ถ่านหินในบ้านที่มักไม่มีปล่องไฟเป็นเรื่องยากพอสมควร การประณามอย่างตรงไปตรงมาของเหล่าพระ

ในขณะเดียวกันมันก็มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจริง ๆ มันเป็นสถานการณ์ที่ซับซ้อนในช่วงเวลานั้น และเหตุผลหนึ่งที่สำคัญซึ่งเป็นที่มาประเด็นขัดแย้งทางสังคมนี้ ได้แก่ ความล่าช้าการแก้ไขปัญหาเร่งด่วนของภาครัฐในการจัดหาพลังงานให้เพียงพอแก่ประชาชนอย่างทันท่วงที นั่นเอง

สำหรับนักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมจำนวนมากที่ต่อสู้เพื่อหยุดยั้งภาวะโลกร้อน เชื่อว่าพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบันนั้น มันเป็นเสมือนสิ่งขับถ่ายของปีศาจเช่นกัน พวกเขาประณามการผลิต และการใช้เชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสี และยกปัญหาที่คาดว่าจะประสบความยากลำบากในการกำจัดของเสีย

การตัดสินประณามมันทั้งที่มันคือแหล่งพลังงานพื้นฐานที่มีคาร์บอนต่ำอย่างยิ่งนี้ ถูกต้องจริง แต่ผิดฝาผิดตัว ผิดเวลา ผิดยุค เพราะนอกเหนือจากมันจะเป็นสิ่งขับถ่ายของปีศาจแล้ว ในทางตรงข้าม พลังงานนิวเคลียร์ ยังมีความเป็นไปได้ในการใช้งานมันอย่างปลอดภัยในอนาคต และมันควรถูกเลือกเป็นองค์ประกอบหลักสำคัญตัวหนึ่งในการช่วยมนุษยชาติจากโลกที่กำลังร้อนขึ้น ขณะที่โลกเรายังคงถูกระดมทำลายล้างภูมิอากาศในทางอุตุนิยมวิทยาอย่างต่อเนื่องมากขึ้นเช่นในปัจจุบัน ด้วยการบริโภคเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลกันอย่างเมามัน

เช่นเดียวกับแหล่งพลังงานทั้งหลาย พลังงานนิวเคลียร์ มีทั้งข้อดี และข้อเสีย พลังงานนิวเคลียร์ มีประโยชน์อย่างไรนั้น ประการแรก และสำคัญที่สุด เนื่องจากมันผลิตพลังงานผ่านกระบวนนิวเคลียร์ฟิชชัน หรือนิวเคลียร์ฟิวชั่น มิใช่การเผาไหม้ทางเคมี จึงให้กำลังผลิตไฟฟ้าพื้นฐานโดยไม่จำกัด และในกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้านั้น มันไม่มีการปล่อยคาร์บอนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายต่อภาวะโลกร้อน

การเปลี่ยนจากถ่านหินเป็นก๊าซธรรมชาติเป็นขั้นตอนหนึ่งในการลดคาร์บอน เนื่องจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติก่อให้เกิด CO₂ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณครึ่งหนึ่งของการเผาไหม้ถ่านหิน แต่การเปลี่ยนจากถ่านหินมาเป็นพลังงานนิวเคลียร์นั้น เป็นการลดปริมาณคาร์บอน และไม่มีการปล่อย CO₂ โดยสิ้นเชิง

เนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในระหว่างการก่อสร้าง การขุด การแปรรูปเชื้อเพลิง การบำรุงรักษา และการรื้อถอน เท่านั้น โดยประมาณเทียบเท่ากับเพียง 4 – 5 % ของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ทำ และน้อยกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอย่างมากมาย

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทำงานด้วยอัตรากำลังผลิตเทียบกับเวลา สูงกว่าโรงไฟฟ้าแหล่งพลังงานอื่น ๆ

ประการที่สอง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทำงานด้วยปัจจัยด้านกำลังการผลิตที่สูงกว่าโรงไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน หรือเชื้อเพลิงฟอสซิล ปัจจัยด้านกำลังการผลิต คือการวัดเปอร์เซ็นต์ของระยะเวลาที่โรงไฟฟ้าผลิตพลังงานได้จริง มันเป็นปัญหาสำหรับแหล่งพลังงานที่แปรผันไม่ต่อเนื่องทั้งหมด ดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องแสงเสมอไป และลมก็ไม่พัดตลอดเวลา รวมทั้งน้ำก็จะไม่ตกลงผ่านกังหันของเขื่อนเสมอไป

ในสหรัฐฯ ปี 2559 ปีเดียว โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งผลิตไฟฟ้าได้เกือบ 20 เปอร์เซ็นต์ของสหรัฐฯ มันมีกำลังการผลิตเทียบกับวันทำงานต่อปีเฉลี่ย 92.3 % ซึ่งหมายความว่าโรงไฟฟ้าเหล่านี้ ทำงานเต็มกำลัง 336 วันจาก 365 วันต่อปี โดยอีก 29 วันที่เหลือพวกมันถูกถอดออกจากระบบกริด หรือระบบสายส่งเพื่อการซ่อมบำรุง

ในทางตรงกันข้าม ระบบไฟฟ้าพลังน้ำของสหรัฐฯ ให้กำลังผลิต 38.2 % ของเวลา 138 วันต่อปี กังหันลม 34.5 % ของเวลา 127 วันต่อปี และพลังงานแสงอาทิตย์ ผลิตไฟฟ้าได้เพียง 25.1 % ของเวลารวม 92 วันต่อปี หรือหมายถึงมันทำงานจริงๆได้เฉลี่ยประมาณไม่เกิน 2,200 ชั่วโมงต่อปี

แม้แต่โรงงานที่ขับเคลื่อนด้วยถ่านหิน หรือก๊าซธรรมชาติ ก็ผลิตไฟฟ้าได้เพียงครึ่งเดียวด้วยเหตุผล เช่น ต้นทุนเชื้อเพลิง และความต้องการที่แปรผันตามฤดูกาล และในเวลากลางคืน

นิวเคลียร์ ได้กลายเป็นผู้ชนะที่ชัดเจนในเรื่องความน่าเชื่อถือ มันสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแทบไม่มีการต้องหยุดพัก ..

พลังงานนิวเคลียร์ อาจปล่อยรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อมน้อยกว่าแหล่งพลังงานหลักอื่น ๆ ..

ประการที่สาม พลังงานนิวเคลียร์ อาจมิได้ปล่อยรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อมมากไปกว่าแหล่งพลังงานหลักอื่น ๆ นัก คำแถลงนี้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับผู้อ่านจำนวนมาก เนื่องจากไม่ทราบกันโดยทั่วไปว่า แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่นิวเคลียร์จะปล่อยรังสีใด ๆ ออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งในข้อเท็จจริงมันทำ ผู้กระทำผิดที่เลวร้ายที่สุด คือ ถ่านหินซึ่งเป็นแร่ธาตุของเปลือกโลกที่มียูเรเนียม Uranium และทอเรียม Thorium ของธาตุกัมมันตภาพรังสีอยู่เป็นจำนวนมาก

การเผาถ่านหินจะทำให้วัสดุอินทรีย์กลายเป็นแก๊สโดยมุ่งเน้นส่วนประกอบแร่ไปยังของเสียที่เหลือ เรียกว่าเถ้าลอย มีการเผาถ่านหินจำนวนมากในโลก และเถ้าลอยจำนวนมากทำให้ถ่านหินเป็นแหล่งสำคัญของการปล่อยกัมมันตภาพรังสีสู่สิ่งแวดล้อม

ปัญหาการจัดการขยะนิวเคลียร์ ปัญหาหมื่นปีที่สุดท้าทาย ..

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดก๊าซมลพิษต่าง ๆ เหมือนกับโรงไฟฟ้าน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ แต่มันมีของเสียอันตรายจากกระบวนผลิตพลังงาน กากกัมมันตรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะต้องมีกระบวนการจัดเก็บที่ดี เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ในแต่ละปี โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ จะมีกากกัมมันตรังสีที่ได้จากการทำความสะอาดระบบอุปกรณ์ต่าง ๆ ประมาณ 200 – 600 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งเป็นกากกัมมันตรังสีที่มีระดับรังสีต่ำ และสลายตัวได้อย่างรวดเร็ว กากกัมมันตรังสีเหล่านี้ จะถูกทำให้มีปริมาตรลดลงและเก็บไว้ให้สลายตัวไปจนกระทั่งมีระดับรังสีเท่ากับธรรมชาติ

นอกจากนี้ เชื้อเพลิงใช้แล้วปีละ 27 – 30 ตัน ภายในจะมีกากกัมมันตรังสีประมาณ 5 % ซึ่งมีระดับรังสีสูง และอายุยาวนานนับหมื่นปี จึงจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วไว้ภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 1 – 5 ปี เพื่อปล่อยให้เย็นลง หลังจากนั้นนำไปเก็บไว้ภายนอกอาคาร ซึ่งได้ก่อสร้างสถานที่เก็บไว้โดยเฉพาะ โดยเก็บได้ตลอดอายุการใช้งานโรงไฟฟ้านานถึง 50 ปี

นอกจากนี้อาจส่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วไปสกัดให้เหลือเฉพาะกากกัมมันตรังสี แล้วนำไปหลอมรวมกับแก้วลดปริมาตรลงเหลือเพียงปีละ 3 ลูกบาศก์เมตร สามารถจัดเก็บได้สะดวกยิ่งขึ้น โดยมีความทนทานต่อการสึกกร่อนป้องกันการรั่วสู่สิ่งแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม กากกัมมันตรังสีบางชนิดซึ่งมีอายุยาวนานเป็นหมื่นปี จำเป็นต้องมีแผนงานที่จะหาสถานที่เก็บถาวร เพื่อป้องกันปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคต โดยในปัจจุบันได้มีการวิจัยและพัฒนาเพื่อจะสร้างสถานที่เก็บกากกัมมันตรังสีถาวรลึกลงไปในพื้นดินตามชั้นหินแกรนิต หินเกลือ ดินเหนียว และหินภูเขาไฟ ซึ่งดำเนินการในประเทศแคนาดา อังกฤษ สหรัฐฯ สวีเดน สวิตเซอร์แลนด์ และฝรั่งเศส

ทั้งนี้ เชื่อว่า โรงไฟฟ้าปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้ารุ่นดั่งเดิมมากกว่า 400 แห่งทั่วโลก ในกว่า 30 ประเทศ ที่มีกากของเสียเชื้อเพลิงใช้แล้วจำนวนมากต่อปี จะทยอยปิดตัวถาวรลงทั้งหมดภายในปี 2025 (พ.ศ.2568) หรืออาจเร็วกว่านั้น หากการวิจัยและพัฒนาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ที่ก้าวหน้ากว่า และปลอดภัยกว่า จะเข้ามาแทนที่ หรือการพัฒนาแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน เติบโตได้อย่างเพียงพอต่อความต้องการพลังงานสำหรับทุก ๆ กิจกรรมทางสังคม และเศรษฐกิจของมนุษยศาสตร์ ยกเว้นกิจกรรมที่เกี่ยวข้องการสำรวจอวกาศ หรือการเข้าสู่ของยุคของการเดินทางไปสู่ห้วงอวกาศของมนุษยชาติ ซึ่งปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ ๆ จะเป็นคำตอบในอนาคตได้

ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Fission จาก Thorium และ Fusion จาก Deuterium หรือ ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Generation IV & V Reactor อาจเป็นคำตอบของอนาคต ..

ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ .. เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเริ่มต้น และควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบฟิชชัน หรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และเป็นแหล่งพลังงานให้แก่อุปกรณ์ เครื่องมือสำคัญของมนุษย์อีกมากมาย ความร้อนจากนิวเคลียร์ฟิชชันจะถูกส่งผ่านไปยังของเหลว เช่น น้ำ หรือก๊าซ ซึ่งจะไหลผ่านกังหันไอน้ำ สิ่งเหล่านี้ขับเคลื่อนใบพัดของเรือ หรือหมุนเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โดยหลักการแล้วไอน้ำที่เกิดจากพลังงานนิวเคลียร์ สามารถใช้สำหรับความร้อนในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม หรือเพื่อให้ความร้อนในพื้นที่ชุมชน ที่อยู่อาศัย เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางชนิดใช้ในการผลิตไอโซโทปสำหรับใช้ในทางการแพทย์ การผลิตยา การเกษตร การเพิ่มมูลค่าอัญมณี หรือสำหรับการผลิตอาวุธฯ ในช่วงต้นปี 2019 IAEA รายงานว่าทั่วโลก มีปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตพลังงาน 454 เครื่อง และปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อการวิจัย 226 เครื่อง ยังคงใช้งานอยู่

ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รุ่นที่ 4 Generation IV Reactor ถือเป็นทางเลือกสำคัญอันหนึ่ง และเป็นอนาคตของมนุษยชาติที่หมายถึงพลังงานที่มีอย่างไม่จำกัดในอนาคต .. การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ Gen IV ที่พัฒนามากที่สุดซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบ Sodium Fast Reactor ได้รับส่วนแบ่งการระดมทุนมากที่สุดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา โดยมีสิ่งอำนวยความสะดวก และลักษณะสำคัญของ Gen IV นั้น เป็นการออกแบบเกี่ยวข้องกับการพัฒนา วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบปิดที่ยั่งยืน Sustainable Closed Fuel Cycle สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์ The Molten – Salt Reactor ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาน้อยกว่า แต่ถือว่ามีความปลอดภัยโดยธรรมชาติมากที่สุดในหกรุ่น นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาออกแบบเครื่องปฏิกรณ์รูปแบบ The Very – High – Temperature Reactor ที่จะทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก ซึ่งจะช่วยให้เกิดการอิเล็กโทรลิซิสที่อุณหภูมิสูง หรือวัฏจักรกำมะถัน – ไอโอดีน Sulfur – Iodine Cycle มันเหมาะสมมาก สำหรับการผลิตไฮโดรเจน และการสังเคราะห์เชื้อเพลิง Carbon – Neutral Fuels ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นต้น

World Nuclear Association ได้เคยรายงานไว้ว่า เครื่องปฏิกรณ์ Gen IV อาจเข้าสู่การดำเนินการเชิงพาณิชย์ระหว่างปี 2020 ถึง 2030 อย่างไรก็ตาม จนถึงต้นปี 2021 ยังไม่มีโครงการ Gen IV ที่ก้าวหน้าไปไกลกว่าขั้นตอนการออกแบบอย่างมีนัยสำคัญ และหลายโครงการถูกทิ้งร้างลง ผู้คน ยังคงหวาดหวั่นต่อภัยพิบัตินิวเคลียร์ที่เชอร์โนบิล และฟุกุชิมา .. ไม่มีใครไว้วางใจปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน ทุกคนอยากได้พลังนิวเคลียร์มาใช้งาน เพียงแต่ไม่อยากให้มันมาตั้งอยู่หลังบ้านพวกเขาก็เท่านั้นเอง

ปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ที่ใช้งานอยู่ทั่วโลก เป็นระบบเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สอง เนื่องจากระบบรุ่นแรกส่วนใหญ่ถูกยกเลิกไปทั้งหมดเมื่อไม่นานมานี้ รวมถึงปฏิกรณ์รุ่นที่ 2 ส่วนหนึ่งก็ทยอยปิดก่อนกำหนดเช่นกัน .. มีเครื่องปฏิกรณ์ Generation III เพียงไม่กี่เครื่องที่ใช้งานได้ในปี 2021 หมายถึงปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รุ่นที่ 4 ยังเป็นเพียงทฤษฎีล้วน ๆ ดังนั้น จึงยังไม่ถือว่ามีความเป็นไปได้ในระยะสั้น ส่งผลให้การระดมทุนด้านการวิจัย และพัฒนา ยังคงมีอยู่อย่างจำกัด

ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ทอเรียม Thorium Based Nuclear Reactor เป็นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันอีกรูปแบบหนึ่งในอนาคตที่น่าสนใจ มันมิใช่เทคโนโลยีใหม่ มันมีการวิจัยที่ได้ข้อค้นพบที่สมบูรณ์มาก่อนแล้ว มันปลอดภัยกว่า มีกากกัมมันตภาพรังสีน้อยกว่าปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ Uranium 235 และ Plutonium 239 รวมทั้งตัวเชื้อเพลิง Thorium 232 ในธรรมชาติ ก็มีอยู่อย่างมากมาย และมันปล่อยรังสีเพียง Alpha Particles พลังงานต่ำ ไม่สามารถผ่านทะลุแม้ผิวหนังของสิ่งมีชีวิตได้ด้วยซ้ำไป ด้วยครึ่งชีวิตของมันยาวนาน

นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อ ทอเรียม Thorium 232 เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ที่สะอาด และปลอดภัยกว่า .. ในปี 2011 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ของสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย ชี้ผลการวิจัยให้เห็นว่า เมื่อพิจารณาถึงศักยภาพโดยรวมแล้ว พลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ทอเรียม Thorium 232 ” มันอาจหมายถึงการแก้ปัญหาพลังงานของโลกไปในอนาคตมากกว่า 1,000 ปี เพราะมันคือ พลังงานคาร์บอนต่ำคุณภาพ ที่สามารถเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนได้อย่างแท้จริง รวมถึงการแก้ปัญหาผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมของมนุษยชาติอีกด้วย ”

ดังนั้น เชื่อได้ว่า การพัฒนาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Thorium จะกลับมาดำเนินการต่อเนื่องต่อไปหลังจากหยุดไปช่วงหนึ่ง กับโครงการสร้างโรงงานต้นแบบขนาดเล็ก ก็กำลังจะเกิดขึ้นพร้อมไป ทั้งใน สหรัฐฯ สหราชอาณาจักรเยอรมนี บราซิล อินเดีย จีน ฝรั่งเศส สาธารณรัฐเช็ก ญี่ปุ่น รัสเซีย แคนาดา อิสราเอล เดนมาร์ก และเนเธอร์แลนด์ มีการจัดการประชุมกับผู้เชี่ยวชาญจาก 32 ประเทศ โดย European Organization for Nuclear Research (CERN) ในปี 2013 ที่ผ่านมา ซึ่งมุ่งเน้นที่ Thorium 232 กับเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ทางเลือกที่ไร้กากนิวเคลียร์

ตัวอย่างปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่เป็นทางเลือกของมนุษยชาติในอนาคตที่น่าสนใจอีกรูปแบบ ซึ่งไม่อาจไม่กล่าวถึงได้ คือ ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น Fusion Reactor .. เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นนั้น เรียกอีกอย่างว่าโรงไฟฟ้าฟิวชั่น หรือ ปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ Thermonuclear Reactor เป็นระบบอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น การใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในการผลิตกระแสไฟฟ้า ยังคงเป็นไปตามทฤษฎี

อย่างไรก็ตาม มันมีความเป็นไปได้สูง มันไม่มีของเสียที่เป็นกากนิวเคลียร์ มันไม่มีเชื้อเพลิงใช้แล้วเหลือทิ้ง และมันสามารถปิดเปิดได้ในทันที ไม่เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ Nuclear Chain Reaction ต่อเนื่องที่หยุดมันไม่ได้ กลายเป็นอันตรายร้ายแรงหากเกิดอุบัติเหตุขึ้น เช่นเดียวกับ ภัยพิบัติจากอุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เชอร์โนบิล Chernobyl Disaster กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ฟุกุชิมา Fukushima Daiichi Nuclear Disaster  

พลังงานฟิวชั่น มีศักยภาพในการจัดหาเชื้อเพลิงพลังงานที่ปลอดภัย สะอาด เกือบไร้ขีดจำกัด แม้ว่าปฏิกิริยาฟิวชั่นจะเกิดขึ้นได้สำหรับธาตุนิวเคลียสเบาที่มีน้ำหนักน้อยกว่าเหล็ก แต่องค์ประกอบส่วนใหญ่จะไม่หลอมรวมกันเว้นแต่จะอยู่ภายในดาวฤกษ์

ในการสร้างพลาสมา Plasma ที่ลุกโชนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบฟิวชั่นทดลอง เช่น โทคามัค Tokamak และ สเตลลาแรตเตอร์ Stellarator .. นักวิทยาศาสตร์ แสวงหาเชื้อเพลิงที่ค่อนข้างง่ายในการผลิต จัดเก็บ และนำไปหลอมรวม .. เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดในปัจจุบันสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น คือ ดิวเทอเรียม Deuterium และ ทริเทียม Tritium .. เชื้อเพลิงนี้ เข้าสู่สภาวะฟิวชั่นที่อุณหภูมิต่ำกว่า เมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่น ๆ และปล่อยพลังงานออกมามากกว่าปฏิกิริยาฟิวชั่นอื่น ๆ อีกด้วย

ดิวเทอเรียม Deuterium และไอโซโทปของไฮโดรเจนตัวอื่น ๆ เป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากที่สุดในเอกภพ Universe .. ดิวเทอเรียม มีนิวตรอนหนึ่งตัว และทริเทียมมีนิวตรอนสองตัว ดังนั้น มวลไอออนของพวกมันจึงหนักกว่าโปรเทียม Protium ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่ไม่มีนิวตรอน

เมื่อ ดิวเทอเรียม ทริเทียม หรือ ไอโซโทปของไฮโดรเจนตัวอื่น ๆ หลอมรวมกัน พวกมันจะสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม ซึ่งมีโปรตอนสองตัว และนิวตรอนสองตัว ปฏิกิริยาดังกล่าว จะปลดปล่อยนิวตรอนที่มีพลังออกมาพร้อมกับพลังงานมหาศาล

โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ฟิวชั่น จะเปลี่ยนพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาฟิวชั่นเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนเศรษฐกิจ สังคม และทุก ๆ กิจกรรมของมนุษยชาติได้อย่างไม่มีขีดจำกัด โดยแหล่งที่มาของมันนั้น มาจากน้ำ หรือน้ำทะเลนั่นเอง

ดิวทีเรียม ซึ่งเป็นไอโซโปปของไฮโดรเจนในธรรมชาตินั้น สามารถพบได้มากมายในน้ำทะเล .. ประมาณ 1 ใน 5,000 อะตอมของน้ำทะเลอยู่ในรูปของดิวทีเรียม นั่นหมายความว่า มหาสมุทรของเรามีดิวทีเรียมจำนวนมาก .. หากพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น กลายเป็นความจริง .. ‘ น้ำทะเลเพียงหนึ่งแกลลอน จะสามารถผลิตพลังงานได้มากเท่ากับน้ำมันเบนซิน 300 แกลลอน ’

การสกัดดิวทีเรียม Deuterium จากน้ำทะเล เป็นอีกกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่น่าสนใจ เรียบง่าย และได้รับการพิสูจน์แล้วเป็นอย่างดี .. ” Heavy Water น้ำหนัก หรือ D₂O ” จะถูกแยกออกจากน้ำปกติโดยกระบวนการแลกเปลี่ยนทางเคมีก่อน จากนั้นจึงส่งเข้ากระบวนการ Electrolysis เพื่อให้ได้ก๊าซดิวทีเรียม ซึ่งมันคือ Isotope รูปแบบหนึ่งของไฮโดรเจน ที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการใช้เป็นเชื้อเพลิงปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่จะใช้ในอนาคตได้เป็นอย่างดี

สรุปส่งท้าย ..

พลังงานนิวเคลียร์ และพลังน้ำ ถือเป็นกระดูกสันหลังของการผลิตไฟฟ้าคาร์บอนต่ำ เมื่อรวมกับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทนด้วยแล้ว การผลิตพลังงานไฟฟ้าทั่วโลกปัจจุบันสามในสี่ส่วน ใช้กระบวนการผลิตกำลังไฟฟ้าคาร์บอนต่ำ

ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา การใช้พลังงานนิวเคลียร์ ได้ช่วยลดการปล่อย CO₂ ลงได้กว่า 60 GT ซึ่งเป็นจำนวนเท่ากับการปล่อย CO₂ จากการบริโภคพลังงานทั่วโลกเกือบสองปี อย่างไรก็ตามในประเทศเศรษฐกิจก้าวหน้า พลังงานนิวเคลียร์เริ่มมีการปิดโรงงานลง และมีการลงทุนใหม่เพียงเล็กน้อยขณะที่โลกยังต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าคาร์บอนต่ำมากขึ้น

รายงานนี้มุ่งเน้นไปที่บทบาทของพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศพัฒนาแล้ว และปัจจัยที่ทำให้พลังงานนิวเคลียร์มีความเสี่ยงต่อการลดลงในอนาคต แสดงให้เห็นว่า หากไม่มีการดำเนินการใด ๆ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศพัฒนาแล้ว จะทยอยปิดตัวก่อนอายุใช้งาน

อย่างไรก็ตาม ความมุ่งมั่นในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นไปตามข้อตกลงปารีส ถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ ดังนั้น ในสถานการณ์การพัฒนาด้านพลังงานที่ยั่งยืน ต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพ และการลงทุนเกี่ยวกับ พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน อย่างมาก รวมทั้งการเพิ่มขึ้นของพลังงานนิวเคลียร์ด้วยปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ที่ปลอดภัยนั้น คือ หนึ่งในทางเลือกที่จำต้องคำนึงถึง

ปัจจุบัน ภาพรวมการใช้นิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานผลิตไฟฟ้าคาร์บอนต่ำ ทั่วโลก มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสอง มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใช้ปฏิบัติการอยู่ 452 เครื่อง ใน กว่า 30 ประเทศ สำหรับกำลังผลิตพลังงานไฟฟ้า 2,700 TWh หรือ 10% ของปริมาณพลังงานไฟฟ้าทั่วโลก

พลังงานนิวเคลียร์หลีกเลี่ยงการปล่อย CO₂ ประมาณ 60 GT ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ซึ่งเกือบเท่ากับ 2 ปีของการปล่อย CO₂ ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานทั่วโลก อย่างไรก็ตาม แม้จะมีการสนับสนุนจากนิวเคลียร์ และการเติบโตอย่างรวดเร็วของพลังงานหมุนเวียน แต่การปล่อย CO₂ ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานก็ทำสถิติสูงสุดในปี 2018 เนื่องจากการเติบโตของความต้องการพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแซงหน้าการพัฒนาพลังทดแทน พลังงานทางเลือกคาร์บอนต่ำ

อย่างไรก็ตาม ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในประเทศมหาอำนาจทางเศรษฐกิจมีอายุเฉลี่ย 35 ปี และโรงงานหลายแห่งใกล้จะสิ้นสุดอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ เมื่อถึงเวลานั้น โรงงานต่าง ๆ ก็จะเริ่มปิดตัวลงโดย 25% ของกำลังการผลิตนิวเคลียร์ที่มีอยู่ในประเทศมหาอำนาจเศรษฐกิจ และคาดหมายว่า โรงงานรุ่นดั้งเดิมจะปิดตัวลงทั้งหมดภายในปี 2025 (พ.ศ.2568) และจะมีปฏิกรณ์รุ่นใหม่ ๆ ที่ปลอดภัยกว่า สามารถเปิดปิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ทันทีทันใดเมื่อต้องการมาแทนที่ เพื่อมิให้เกิดเหตุการณ์ เช่นที่ เชอร์โนบิว หรือ ฟุกุชิมา ที่ถือว่าร้ายแรงอย่างยิ่งในประวัติศาสตร์มนุษยชาติเกิดซ้ำขึ้นอีก

การยืดอายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์ถูกกว่าการสร้างโรงงานใหม่มาก และต้นทุนการขยายความสามารถในการแข่งขัน กับตัวเลือกที่เป็นพลังงานสะอาดอื่น ๆ รวมถึง โครงการ Solar PV และพลังงานลม .. อย่างไรก็ตาม มันยังคงเป็นตัวแทนของการลงทุนจำนวนมาก ค่าใช้จ่ายโดยประมาณในการยืดอายุการใช้งานของกำลังการผลิตนิวเคลียร์ 1 GW เป็นเวลาอย่างน้อย 10 ปีมีตั้งแต่ 500 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ไปจนถึงมากกว่า 1 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ขึ้นอยู่กับสภาพของโรงงาน

อย่างไรก็ตาม ปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ ๆ ที่แตกต่างจากรุ่นดั่งเดิมที่อาจเป็นอันตรายต่อความอยู่รอดของมนุษยชาติ และด้วยเทคโนโลยีล่าสุดนั้น พลังงานนิวเคลียร์ อาจกลับกลายมาเป็นทางเลือกที่น่าสนใจอีกครั้ง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เจนเนอเรชั่นที่ 4 (Gen IV) เป็นชุดของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่กำลังวิจัย เพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์โดย Generation IV International Forum พวกเขาได้รับแรงจูงใจจากเป้าหมายที่หลากหลายรวมถึงการปรับปรุงความปลอดภัยความยั่งยืนประสิทธิภาพ และต้นทุน

เอกสารรายงานของ  World Nuclear Association .. เครื่องปฏิกรณ์ Gen IV อาจเข้าสู่การดำเนินการเชิงพาณิชย์ระหว่างปีนี้ ถึง ปี 2030 อย่างไรก็ตามในปี 2021 ไม่มีโครงการ Gen IV ที่ก้าวหน้าไปไกลกว่าขั้นตอนการออกแบบอย่างมีนัยสำคัญ และหลายโครงการถูกทิ้งร้างเพื่อรอการพิจารณาที่รอบคอบก่อน ..

ปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ที่ใช้งานอยู่ทั่วโลกถือเป็นระบบเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สอง เนื่องจากระบบรุ่นแรกส่วนใหญ่ถูกยกเลิกไปเกือบทั้งหมดเมื่อไม่นานมานี้ มีเครื่องปฏิกรณ์ Generation III เพียงไม่กี่เครื่องที่ใช้งานได้ในปี 2564 หมายถึงเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นรุ่นดั้งเดิมจะถูกเลิกใช้งานทั้งหมดในที่สุด ส่งผลให้กำลังผลิตไฟฟ้าในภาพรวมลดลงอย่างมาก .. การระดมทุนด้านการวิจัย และพัฒนาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ ๆ ที่ปลอดภัยยังคงมีอยู่อย่างจำกัด ด้วยเหตุผลง่าย ๆ มหาชน ยังคงกังวล และกลัวผลกระทบนิวเคลียร์อย่างมากนั่นเอง

ทั้งนี้ แม้ว่าปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นแรกจะเลิกใช้งานไป แต่ด้วยความต้องการพลังงานของมนุษย์เอง ยังคงมีเครื่องปฏิกรณ์รุ่นหลัง และรุ่นใหม่ ๆ ที่ปลอดภัยกว่า อยู่ระหว่างการก่อสร้าง 55 เครื่อง และเครื่องปฏิกรณ์ที่วางแผนไว้ว่าจะก่อสร้างอีก 109 เครื่องทั่วโลก โดยมีกำลังการผลิตรวมกันที่ 63 GW และ 118 GW ตามลำดับ

ในขณะที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อีก 329 เครื่อง สำหรับใช้เพื่อการวิจัย ซึ่งข้อมูลทั้งหมดสามารถสืบค้นได้จากระบบข้อมูลเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ PRIS ของสำนักงานปรมาณูระหว่างประเทศ IAEA

พลังงานนิวเคลียร์ ยังคงหนึ่งในตัวเลือกสำคัญสำหรับอนาคตทางพลังงานของมนุษยชาติ .. จนถึงขณะนี้ พลังงานของโลก ยังถูกครอบงำโดยการเผาไหม้สารไฮโดรคาร์บอนในรูปของถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ

อย่างไรก็ตาม ก๊าซเรือนกระจก เช่น CO₂ ที่เพิ่มสูงขึ้น ได้สร้างความเสียหายร้ายแรงต่อสภาพภูมิอากาศโลกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ กระตุ้นให้เกิดการค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ ๆ ซึ่งหนึ่งในนั้น คือ นิวเคลียร์ .. อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบันซึ่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าประมาณ 20% ในสหรัฐฯ และประมาณ 16% ของพลังงานไฟฟ้าทั่วโลกนั้น ขึ้นอยู่กับฟิชชันนิวตรอนความร้อนของ Uranium 295 และ Plutonium 239 ทั้งหมด

โดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในสหรัฐฯ จะแบ่งประเภทเป็น เครื่องปฏิกรณ์ Boiling Light Water Reactors : BWRs ประมาณ 40% และเครื่องปฏิกรณ์ Pressurized Light Water Reactors : PWRs อีกประมาณ 60% ..

ปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ Generation II และ III เหล่านี้ยังคงมีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ และผลิตพลังงานไฟฟ้าได้อย่างประหยัด .. เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงรุ่นที่ 4 Generation IV Reactors ซึ่งขณะนี้ได้รับการพัฒนาให้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และมีของเสียน้อยลง เชื้อเพลิง มีความยืดหยุ่น และความปลอดภัยแบบ Passive .. อย่างไรก็ตาม ความท้าทายด้านวัสดุนั้น ยังคงเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องวิจัยและพัฒนาต่อเนื่องต่อไป

ดังนั้น อาจไม่ใช่พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชัน .. แต่ในระยะยาวกว่า 100 ปีขึ้นไปนั้น แหล่งพลังงานที่ปลอดภัยกว่า และไร้กากกัมมันตรังสี ซึ่งหมายถึง พลังนิวเคลียร์ฟิวชั่น Fusion Power คาดว่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับความมั่นคงทางพลังงานในอนาคต .. นักวิทยาศาสตร์ เชื่อ ฟิวชั่น Fusion ไม่เพียงยังคงเป็นส่วนหนึ่งของคำตอบด้านพลังงานเท่านั้น แต่มัน คือ แหล่งพลังงาน ” ความฝัน “ ซึ่งจะช่วยให้มนุษยชาติมีแหล่งพลังงานเหลือเฟือไม่มีขีดจำกัด มันหมายถึงอนาคต รวมทั้งมันสามารถยกระดับมาตรฐานการดำรงชีวิตของมนุษยชาติ ในขณะที่มันผลิตของเสียน้อยมากในรูปของฮีเลียม

นอกจากนี้ ยังเป็นการยุติการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลของมนุษยชาติ สามารถยุติการคุกคามของภาวะโลกร้อนได้อย่างเด็ดขาด โดยไม่มีการขาดแคลนพลังงานที่จำเป็นอีกต่อไป แม้เข้าสู่ยุคของการท่องไปในอวกาศของมนุษยชาติด้วยซ้ำไปอีกด้วย ..

……………………………………..

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

International Atomic Energy Agency

Climate Change and the Role of Nuclear Power | IAEA

Why Nuclear Power Must Be Part of the Energy Solution

List of Nuclear Reactors | Wikipedia

Thorium – World Nuclear Association

Role of Thorium to Supplement Fuel Cycles of Future Nuclear Energy Systems .. By IAEA

ITER – the Way to New Energy

Nuclear Fusion : WNA – World Nuclear Association

Pathways to Energy from Inertial Fusion: Structural Materials for Inertial Fusion Facilities .. By IAEA

Deuterium และการผลิตน้ำมวลหนัก Heavy Water Production

Graphene sieves Deuterium from Hydrogen

Separation of Hydrogen Isotopes : Selecting Heavy Water

Nuclear Power in a Clean Energy System

3 Advanced Reactor Systems to Watch by 2030

Generation IV Nuclear Reactors : Current Status and Future Prospects

Generation IV Nuclear Reactors

Next Generation Nuclear Reactors : IAEA and GIF Call for Faster Deployment

US DOE Explains | Deuterium – Tritium Fusion Reactor Fuel