Почти 20% сегодняшней электроэнергии в Соединенных Штатах приходится на атомную энергетику. У США самый большой ядерный флот в мире: по всей стране разбросано 92 реактора. Многие из этих электростанций работают уже более полувека и приближаются к концу ожидаемого срока службы.

Политики обсуждают, следует ли вывести стареющие реакторы из эксплуатации или укрепить их конструкции для продолжения производства ядерной энергии , которую многие считают низкоуглеродной альтернативой согревающим климат углю, нефти и природному газу.

Исследователи Массачусетского технологического института говорят, что есть еще один фактор, который следует учитывать при взвешивании будущего ядерной энергетики: качество воздуха . Помимо того, что ядерная энергетика является источником с низким уровнем выбросов углерода, она является относительно чистой с точки зрения загрязнения воздуха, которое она производит. Как изменится структура загрязнения воздуха без ядерной энергетики и кто почувствует его последствия?

Команда Массачусетского технологического института рассмотрела эти вопросы в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy. Они излагают сценарий, при котором все атомные электростанции в стране закрыты, и рассматривают, как другие источники, такие как уголь, природный газ и возобновляемые источники энергии, будут удовлетворять возникающие потребности в энергии в течение всего года.

Их анализ показывает, что загрязнение воздуха действительно увеличится, поскольку источники угля, газа и нефти будут увеличиваться, чтобы компенсировать отсутствие ядерной энергии. Это само по себе, возможно, неудивительно, но команда подсчитала цифры для прогноза, оценив, 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 этом более благоприятном сценарии возобновляемых источников энергии в некоторых частях страны все еще наблюдается небольшое увеличение загрязнения воздуха, что приводит к 260 смертельным случаям, связанным с загрязнением, в течение одного года.

Когда они посмотрели на население, непосредственно пострадавшее от повышенного загрязнения, они обнаружили, что чернокожие или афроамериканские общины — непропорционально большое количество которых живут рядом с заводами по производству ископаемого топлива — испытали наибольшее воздействие.

«Это добавляет еще один слой к уравнению экологических и социальных последствий, когда вы думаете об остановке атомных станций, когда разговор часто фокусируется на местных рисках из-за аварий и горных работ или долгосрочных климатических воздействий», — говорит ведущий автор Лисса Фриз. аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS).

«В дебатах о том, чтобы атомные электростанции оставались 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, отключение атомной станции, будет иметь существенные последствия, причем для одних людей больше, чем для других».

Среди соавторов исследования, связанных с Массачусетским технологическим институтом, также главный научный сотрудник Себастьян Истхэм и Гийом Шосьер SM ’17, доктор философии. 20 лет вместе с Аланом Дженном из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Будущий поэтапный отказ

Когда в прошлом атомные электростанции закрывались, в ответ увеличивалось использование ископаемого топлива. В 1985 году закрытие реакторов в долине Теннесси вызвало всплеск использования угля, а закрытие завода в Калифорнии в 2012 году привело к увеличению потребления природного газа. В Германии, где ядерная энергетика была почти полностью прекращена, сначала увеличилась угольная энергетика, чтобы восполнить этот пробел.

Отметив эти тенденции, команда Массачусетского технологического института задалась вопросом, как отреагирует энергосистема США, если ядерная энергетика будет полностью прекращена.

«Мы хотели подумать о том, какие будущие изменения ожидаются в энергосистеме», — говорит Фриз. «Мы знали, что использование угля сокращается, и уже было проделано много работы по изучению того, как это повлияет на качество воздуха. Но никто не смотрел на качество воздуха и ядерную энергию, 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 ядерной энергетики. Модель имитирует производство каждой электростанции в стране и непрерывно работает для оценки, час за часом, потребностей в энергии в 64 регионах по всей стране.

Подобно тому, как работает реальный энергетический рынок, модель выбирает увеличение или уменьшение производства электростанции в зависимости от затрат: электростанции, производящие самую дешевую энергию в любой момент времени, имеют приоритет для снабжения сети по сравнению с более дорогостоящими источниками энергии.

Команда предоставила модели доступные данные об изменении выбросов и затрат на энергию каждого завода в течение всего года. Затем они запустили модель в различных сценариях, в том числе: энергосистема без ядерной энергии, базовая сеть, аналогичная 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 каждую симуляцию с моделью химии атмосферы, чтобы смоделировать, как различные выбросы каждого завода перемещаются по стране, и наложить эти следы на карты плотности населения. Для населения, находящегося на пути загрязнения, они рассчитали риск преждевременной смерти в зависимости от степени воздействия.

Ответ 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 станций команда наблюдала всплеск производства на угольных и газовых электростанциях, что привело к 5200 смертям, связанным с загрязнением, по всей стране по сравнению с базовым сценарием.

Они также подсчитали, что больше людей, вероятно, умрут преждевременно из-за воздействия на климат увеличения выбросов углекислого газа, поскольку энергосистема компенсирует отсутствие ядерной энергии. Связанные с климатом последствия этого дополнительного притока углекислого газа могут привести к 160 000 дополнительных смертей 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-то, что само по себе не имеет прямых выбросов, все равно может привести к увеличению выбросов, потому что система энергоснабжения отреагирует».

«Это может означать, что нам нужно использовать еще больше возобновляемых источников энергии, чтобы заполнить дыру, оставленную ядерной энергией, которая, по сути, является источником энергии с нулевым уровнем выбросов», — добавляет Селин. «В противном случае у нас будет снижение качества воздуха, на которое мы не обязательно рассчитывали».