專家詳解鈾利用率從1%提高到95%：商業化探索在路上
專家表示，加速器驅動先進核能系統（ADANES）能夠在進口端（乏燃料）和出口端（電力）雙線獲利，并產生盈余。雖然這種商業模式還是設想，但其實已經瞄準了千億級的乏燃料處理市場。
可燃冰之后，又一項“不明覺厲”的技術在能源圈刷屏。
6月8日，中國科學院近代物理研究所等在加速器驅動先進核能系統（ADANES）項目中取得的重大階段進展。ADANES系統可將壓水堆乏燃料再生處理為ADANES核燃料，從而將鈾資源利用率由目前技術的“不到1%”提高到“超過95%”，所排出的核廢料的放射性壽命也由數十萬年縮短到約500年。
據了解，2011年中科院啟動了戰略性先導科技專項（A類）“未來先進核裂變能-加速器驅動次臨界（ADS）嬗變系統”的研究，在ADS先導專項實施的基礎上，在2015年正式提出了ADANES的新概念方案。
6月15日，記者專訪了一位接近項目研究組的專業人士龍子鵬（化名），他告訴記者，ADANES系統不僅能夠提高鈾資源的利用率，而且未來在商業化運營中具有盈利能力，具備商業可行性。
“ADANES最大的價值在于能解決目前的核能系統遺留下來的問題，同時大幅提高鈾資源的利用率。對全人類和平利用核能來說，將會是一個里程碑。”龍子鵬說。
從1%到95%
上世紀80年代末90年代初，國際上提出ADS概念，我國也基本同期開始及時跟進部署相關研究。ADS是國際上公認的一種最有前景的核廢料安全處理技術途徑，可大幅縮短核廢料的放射性壽命，并產生能量維持系統運行，但尚未有建成的裝置。
“自2011年ADS先導專項正式實施6年以來，我國ADS系統的研究在國際上已經處于第一方陣，在質子超導直線加速器等部分核心技術上甚至達到國際領先水平。”龍子鵬說。
即便如此，中科院在前期研究中一直覺得ADS技術方案后期仍有很多難點，在思考能否另辟蹊徑的過程中，逐步形成了ADANES的概念。
“如果把ADANES看作一個嬰兒，在2014年其實已經‘懷上’了，一些細節開始逐步成型，‘出生’也就是正式提出是在2015年初。”龍子鵬說。
而ADANES也深孚眾望地探索出了一條清潔利用鈾資源的路徑，將鈾資源利用率由目前技術的“不到1%”提高到“超過95%”，實現“吃干榨盡”。
對于這兩數字，龍子鵬給記者算了一筆賬。
天然鈾是鈾-238、鈾-235為主的混合物，其中鈾-238約占99.27%，鈾-235約占0.712%。現有壓水堆技術使用的燃料主要是鈾-235。龍子鵬告訴記者，天然鈾經過濃縮后制成的燃料棒中鈾-235的濃度約為3%-5%，經壓水堆“燃燒”后卸出的乏燃料中鈾-235的含量大約為1%。
所以，若以濃縮后的燃料棒中鈾-235濃度為5%估算，相當于燃燒過程消耗了80%的鈾-235，而鈾-235本身只占天然鈾的0.712%，也就是說天然鈾只利用了不到0.6%。
“即使滿打滿算加上少量的鈾-238的增殖帶來的利用率增量，這個數字至多也在0.6%左右，1%是高估的。”龍子鵬說。
而ADANES系統可增殖鈾-238，并且是閉式再生循環，即只要鈾資源沒有被利用便在系統內循環，所以除了在排出核廢料時被夾帶出來的鈾之外，其余鈾資源都是被利用的。根據計算，ADANES系統的天然鈾利用率能超過95%。
雖然該數據目前也只是原理計算加部分原理實驗驗證得出的結果，最后是否能達到還需要看實際情況，但龍子鵬相信“大幅提高”應該是沒有問題的。
他也坦言，目前該技術還不成熟，還面臨諸多困難，尤其乏燃料再生循環的技術成熟度（約為2）還要落后于ADANES燃燒器（約為4）。一方面，技術難度非常大，技術成熟度的不斷提高還需要國家和企業真金白銀投入科技研發攻關。另外，ADANES與傳統的反應堆系統相比，系統復雜性增加，所以對可靠性的要求也更嚴苛。
商業化設想
此前媒體報道了ADANES的四步走發展戰略：原理研究及關鍵技術攻關（2011年-2020年）——原理驗證（2016年-2023年）——技術驗證（2022年-2030年）——工業推廣（2030年以后）。
龍子鵬介紹，現在ADANES的燃燒器已經有了實驗裝置的建設計劃。依托該實驗裝置，將研究驗證ADANES示范裝置的工程建設等問題。
ADANES系統作為一個核能系統同時具備三個功能，即嬗變核廢料、增殖核燃料以及核能發電。
“傳統的ADS只是把長壽命高放核廢料進行嬗變處理為短壽命或低放核廢料后再進行地質永久處置，也就是深埋處理。從商業上來說只有投入沒有產出，是‘賠錢’的系統，作為單獨的核能裝置在商業上是不能成立的。”龍子鵬表示，ADANES則能夠在進口端（乏燃料）和出口端（電力）雙線獲利，并產生盈余。雖然這種商業模式還是設想，但其實已經瞄準了千億級的乏燃料處理市場。
乏燃料與核廢料的處理一直是核電發展中的難題。目前世界上對于乏燃料的處理大多是在核電站的乏燃料池中暫存10-15年，然后運出核電站進行集中地質處置（以美國為代表）或后處理（以法國為代表）。后者采用“閉式循環”的策略，以高度精細的方式從乏燃料中回收鈾和钚進行再利用。
除了經濟上的因素，安全性是更重要的考慮因素。
據媒體報道，2016年8月，連云港曾因為被定為中法核循環項目的擬選廠址而引起爭議，隨后市政府宣布暫停核循環項目選址前期工作。
“對于核擴散來說，核心是鈾-235和钚-239。ADANES在再生循環的全流程中不對鈾-235或钚-239進行富集或提取，因此天然具有防核擴散的特性。”龍子鵬說。
同時，雖然核燃料成本在壓水堆核電站運營成本中占比不到10%，但我國鈾資源從長遠看是缺乏的，因此中核集團和中廣核等均出海尋鈾。若ADANES系統能夠得到應用，將減少對鈾礦的需求，確保核燃料的供應。
核電企業介入
實際上，該技術已經獲得了中國核工業集團公司（簡稱“中核集團”）與中國廣核集團（簡稱“中廣核”）的青睞。
2011年，中科院與中核集團下屬的中國原子能科學研究院共同向國家發改委建議了ADANES燃燒器的項目，該項目在2015年底得到了批準。
“ADANES涉及眾多學科，中科院內外有數十個單位參與，隨著規模的擴大，合作的研究單位還會增加。同時，企業參與得越早，相當于技術在發展完善的過程中與企業對接的程度越深入，未來商業化會更容易些。在從技術到工程的過程中，中科院作為一個科技創新的研發機構也會逐漸轉換身份。科技創新階段以中科院為主，工程階段是企業為主，到商業應用，中科院可能只是持有股份，由企業來承擔推廣的責任。”龍子鵬說。
龍子鵬認為，ADANES這樣的技術，在商業化過程中應該集合社會上有利的資源。“這也取決于企業對于行業技術前景的判斷，要有一定的膽魄。前期高風險，后期可能是高收益回報。”
