Политики обсуждают, выводить ли из эксплуатации стареющие реакторы или укреплять их конструкции, чтобы продолжать производить ядерную энергию, которую многие считают низкоуглеродной альтернативой углю, нефти и природному газу, способствующим потеплению климата.

Теперь исследователи Массачусетского технологического института говорят, что есть еще один фактор, который следует учитывать при оценке будущего ядерной энергетики: качество воздуха. Помимо того, что атомная энергетика является источником с низким уровнем выбросов углерода, она относительно чиста с точки зрения загрязнения воздуха, которое она генерирует. Как изменилась бы структура загрязнения воздуха без ядерной энергетики и кто почувствовал бы его последствия?

Команда Массачусетского технологического института ответила на эти вопросы в новом исследовании, опубликованном в Природная энергия Они излагают сценарий, при котором все атомные электростанции в стране остановились, и рассматривают, как другие источники, такие как уголь, природный газ и возобновляемые источники энергии, могли бы удовлетворить возникающие потребности в энергии в течение всего года.

Их анализ показывает, что действительно, загрязнение воздуха будет увеличиваться по мере увеличения добычи угля, газа и нефти, чтобы компенсировать отсутствие ядерной энергетики. Само по себе это, возможно, неудивительно, но команда подкрепила прогноз цифрами, подсчитав, что увеличение загрязнения воздуха будет иметь серьезные последствия для здоровья, что приведет к дополнительным 5200 смертям, связанным с загрязнением, в течение одного года.

Однако, если для снабжения энергосистемы станет доступно больше возобновляемых источников энергии, как ожидается, к 2030 году, загрязнение воздуха сократится, хотя и не полностью. Команда обнаружила, что даже при таком благоприятном сценарии использования возобновляемых источников энергии в некоторых частях страны все еще наблюдается небольшое увеличение загрязнения воздуха, что привело в общей сложности к 260 смертям, связанным с загрязнением окружающей среды, за один год.

Когда они изучили население, непосредственно пострадавшее от возросшего загрязнения, они обнаружили, что общины чернокожих или афроамериканцев, непропорционально большое число которых живет вблизи заводов, работающих на ископаемом топливе, подверглись наибольшему воздействию.

"Это добавляет еще один слой к уравнению воздействия на здоровье окружающей среды и социальные последствия, когда вы думаете об остановках АЭС, где разговор часто фокусируется на местных рисках из-за аварий и добычи полезных ископаемых или долгосрочных климатических воздействий", - говорит ведущий автор Лисса Фриз, аспирант кафедры земли и атмосферы Массачусетского технологического института. и планетарные науки (EAPS).

"В дебатах о сохранении атомных электростанций открытыми качество воздуха не было в центре внимания", - добавляет автор исследования Ноэль Селин, профессор Института данных, систем и общества Массачусетского технологического института (IDSS) и EAPS. "Мы обнаружили, что загрязнение воздуха заводами, работающими на ископаемом топливе, настолько разрушительно, что все, что его увеличивает, например остановка атомной электростанции, будет иметь существенные последствия, причем для некоторых людей больше, чем для других".

В число соавторов исследования, связанных с Массачусетским технологическим институтом, также входят главный научный сотрудник Себастьян Истхэм и Гийом Шоссьер, 17 лет, доктор философии 20 лет, а также Алан Дженн из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Будущие поэтапные отказы

Когда в прошлом закрывались атомные электростанции, в ответ на это увеличивалось потребление ископаемого топлива. В 1985 году закрытие реакторов в долине Теннесси привело к резкому росту использования угля, в то время как остановка завода в Калифорнии в 2012 году привела к увеличению потребления природного газа. В Германии, где атомная энергетика почти полностью прекращена, первоначально увеличили использование угля, чтобы восполнить этот пробел.

Отметив эти тенденции, команда Массачусетского технологического института задалась вопросом, как отреагирует энергетическая система США, если полностью отказаться от ядерной энергетики.

"Мы хотели подумать о том, какие будущие изменения ожидаются в энергосистеме", - говорит Фриз. "Мы знали, что потребление угля сокращается, и уже была проделана большая работа по изучению влияния этого на качество воздуха. Но никто не обращал внимания на качество воздуха и ядерную энергетику, которая, как мы также заметили, находится в упадке".

В новом исследовании команда использовала модель диспетчеризации энергосистемы, разработанную Дженн, чтобы оценить, как энергетическая система США отреагирует на отключение атомной энергетики. Модель имитирует работу каждой электростанции в стране и работает непрерывно, чтобы ежечасно оценивать потребности в энергии в 64 регионах по всей стране.

Очень похоже на то, как работает реальный энергетический рынок, модель позволяет увеличить или уменьшить производство на заводе в зависимости от затрат: заводам, производящим самую дешевую энергию в любой момент времени, отдается приоритет в снабжении сети по сравнению с более дорогостоящими источниками энергии.

Команда использовала в модели доступные данные об изменении выбросов и затрат на электроэнергию на каждом заводе в течение всего года. Затем они запустили модель в различных сценариях, включая: энергетическую сеть без ядерной энергии, базовую сеть, аналогичную сегодняшней, которая включает ядерную энергию, и сеть без ядерной энергии, которая также включает дополнительные возобновляемые источники, которые, как ожидается, будут добавлены к 2030 году.

Они объединили каждое моделирование с моделью химического состава атмосферы, чтобы смоделировать, как различные выбросы каждого завода распространяются по стране, и наложить эти следы на карты плотности населения. Для групп населения, находящихся на пути загрязнения, они рассчитали риск преждевременной смерти в зависимости от степени их воздействия.

Реакция системы

Их анализ показал четкую закономерность: без ядерной энергетики загрязнение воздуха в целом ухудшилось, в основном затронув регионы Восточного побережья, где в основном сосредоточены атомные электростанции. Без этих установок команда наблюдала резкий рост производства на угольных и газовых заводах, что привело к 5200 смертям, связанным с загрязнением окружающей среды, по всей стране по сравнению с базовым сценарием.

Они также подсчитали, что больше людей, вероятно, также умрут преждевременно из-за климатических последствий увеличения выбросов углекислого газа, поскольку энергосистема компенсирует отсутствие ядерной энергии. Связанные с климатом последствия этого дополнительного притока углекислого газа могут привести к дополнительным 160 000 смертям в течение следующего столетия.

"Нам нужно подумать о том, как мы выводим из эксплуатации атомные электростанции, если мы пытаемся думать о них как о части энергетической системы", - говорит Фриз. "Отключение чего-либо, что само по себе не имеет прямых выбросов, все равно может привести к увеличению выбросов, потому что сетевая система отреагирует".

"Это может означать, что нам нужно использовать еще больше возобновляемых источников энергии, чтобы заполнить дыру, оставленную ядерной энергетикой, которая, по сути, является источником энергии с нулевым уровнем выбросов", - добавляет Селин. "В противном случае мы столкнемся с ухудшением качества воздуха, на которое мы не обязательно рассчитывали".

Это исследование было частично поддержано Агентством по охране окружающей среды США.