โดย อนุช อาภาภิรม คอลัมน์ วิกฤติศตวรรษที่21
ในมติชนสุดสัปดาห์ วันศุกร์ที่ 19 ตุลาคม พ.ศ. 2555 ปีที่ 32 ฉบับที่ 1679 หน้า 38
ขยะและของเสียทั้งหลายเกิดจากการใช้หรือการบริโภควัตถุสิ่งของและพลังงานอย่างใดอย่างหนึ่ง ขยะของเสียเหล่านี้มักไม่น่าดู น่ารังเกียจ หรืออาจก่อภัยอันตรายได้หลายอย่าง ต่างกับในสภาพก่อนการใช้หรือการบริโภค
เช่น อาหารที่จัดในจานก็ดูสวยงามดี แต่เมื่อกินเหลือเทมารวมกันแล้วก็ไม่น่าดูเลย ทิ้งไว้ไม่นานก็บูดเน่าได้
ขยะนิวเคลียร์ยิ่งหนักขึ้นไปอีก เมื่อตอนเป็นแท่งเชื้อเพลิงอยู่ก็มีอันตรายพอสมควร แต่แท่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วกลายเป็นของเสียที่มีอันตรายยิ่ง ทั้งร้อนจัดและมีสารกัมมันตรังสีมากมาย ที่ก่ออันตรายได้นับพันปี
การเข้าใจเรื่องขยะนิวเคลียร์อย่างง่ายก็คือ การรู้เรื่องวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (Nuclear Fuel Cycle) ตั้งแต่เริ่มการทำเหมือง จนกลายเป็นขยะ
และในตอนนี้จะทำความเข้าใจต่อไปถึงความจำเป็นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่เริ่มจากไม่กี่โรง จนปัจจุบันมีหลายร้อยโรงทั่วโลก ที่ผลิตขยะนิวเคลียร์สะสมเพิ่มขึ้น
วงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีหลายชนิดด้วยกัน แต่ที่สำคัญ ได้แก่ ยูเรเนียม ยูเรเนียมนั้นเป็นแร่ที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งของในโลก แต่ที่ปรากฏเป็นแหล่งแร่ใหญ่ และมีการผลิตปริมาณมากมีไม่กี่ประเทศ ได้แก่ คาซัคสถาน (ราวร้อยละ 33 ของการผลิตทั้งโลก) แคนาดา (ร้อยละ 18) ออสเตรเลีย (ร้อยละ 11) นามิเบีย (ร้อยละ 8.4) ไนเจอร์ (ร้อยละ 8) รัสเซีย (ร้อยละ 6.6) อุซเบกิสถาน (ร้อยละ 4.5) สหรัฐ (ร้อยละ 3) ยูเครน (ร้อยละ 1.6) จีน (ร้อยละ 1.5)
รวม 10 ประเทศเกือบร้อยละ 96 ของโลกในปี 2010 ที่มีปริมาณรวม 53,663 ตัน นับว่ามีลักษณะกระจุกตัวเช่นเดียวกับแหล่งเชื้อเพลิงอื่น อย่างเช่น น้ำมันและถ่านหิน เป็นต้น และคงไม่มีชาติอื่นขึ้นมาผลิตแทนที่ได้มาก
เชื้อเพลิงที่ใช้ผลิตพลังงาน ได้แก่ ถ่านหิน น้ำมันและก๊าซธรรมชาติมีกระบวนการของมันเพื่อใช้ผลิตไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ แต่วงจรเชื้อเพลิงยูเรเนียมมีความซับซ้อนกว่ากันมาก ตั้งแต่การขุดและการแยกมาจนกลายเป็นขยะ มีอยู่ 9 ขั้นด้วยกันดังนี้
1. การขุดและการแยกแร่เพื่อให้ได้ยูเรเนียมออกไซด์ การขุดนี้ทั้งเป็นเหมืองเปิดและเหมืองใต้ดิน เหมือนใต้ดินบางแห่งผลิตทองแดง ทองคำและเงินพร้อมกันไปด้วย สินแร่ยูเรเนียมที่ได้มาจะส่งไปยังโรงแยกแร่ซึ่งมักตั้งไม่ห่างกัน ที่โรงงานนี้จะบดสินแร่ให้เป็นชิ้นเล็ก ใช้สารทำลายเช่นน้ำและกรดกำมะถัน จนได้ยูเรเนียมเข้มข้นออกมา
ตอนแรกมีสีเหลือง เรียกกันว่า "เค้กเหลือง" (Yellowcake) ต่อมาจะเปลี่ยนสีเป็นกากี น้ำตาลเข้ม ถึงดำ ยูเรเนียมออกไซด์ที่ได้มานี้นำออกขายในตลาดได้ สินแร่ยูเรเนียมแบบฉบับราว 45-50,000 ตัน จะได้ยูเรเนียมเข้มข้นราว 170 ตัน
2. การแปลงผันยูเรเนียมออกไซด์นี้ ยังไม่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ทั้งนี้ เพราะยูเรเนียมในธรรมชาติเกือบทั้งหมดคือกว่าร้อยละ 99 เป็นยูเรเนียม 238 ที่ไม่ทำปฏิกิริยาลูกโซ่ จึงต้องทำการเพิ่มค่า (Enrichment) แต่การจะเพิ่มคุณค่าได้ต้องทำให้ยูเรเนียมออกไซด์กลายเป็นแก๊ส ในโรงงานแปลงผัน
3. การเพิ่มค่า คือเพิ่มสัดส่วนของยูเรเนียม 235 ที่มีปฏิกิริยาลูกโซ่ที่จะทำให้เกิดความร้อนมหาศาล ในธรรมชาติมียูเรเนียม 235 อยู่เพียงร้อยละ 0.7 ยูเรเนียมที่ผ่านการเพิ่มคุณค่าแล้วจะมีสัดส่วนยูเรเนียม 235 ระหว่างร้อยละ 3-5 วิธีการก็คือนำก๊าซยูเรเนียมไปผ่านหลอดโลหะเล็กๆ จำนวนพันที่หมุนเป็นแนวตั้ง เก็บส่วนที่เป็นยูเรเนียม 235 ไว้จนได้สัดส่วนตามที่ต้องการ ในการนี้ต้องทิ้งยูเรเนียม 238 ไปถึงราวร้อยละ 85 เป็นยูเรเนียมที่ลดค่า (Deplete Uranium)) หรือหางยูเรเนียม เกือบทั้งหมดเป็นยูเรเนียม 238 มียูเรเนียม 235 หลงเหลืออยู่ไม่ถึงร้อยละ 0.25 สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง
เช่น กระดูกงูเรือยอตช์ที่ใช้เป็นน้ำหนักถ่วงและป้องกันรังสีเนื่องจากหนาแน่นกว่าตะกั่ว 1.7 เท่า
ที่เป็นข่าวดังได้แก่การนำไปใช้ทางทหาร โดยบรรจุในกระสุนปืนที่ทำให้มีอำนาจทะลุทะลวงสูง และมีข่าวว่าเกิดปัญหาสุขภาพต่อทั้งทหารและพลเรือนที่อยู่ในพื้นที่ใช้อาวุธนั้นในหลายประการ ตั้งแต่อาการป่วยไข้ไม่สบาย ไปจนถึงการอยากฆ่าตัวตาย และว่าอาจส่งทอดไปยังลูกได้อีก ยูเรเนียมออกไซด์ 170 ตัน เมื่อผ่านการเพิ่มคุณค่าจะเหลือเพียง 24 ตัน แต่ก็ให้พลังงานมหาศาล
4. การทำแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่เพิ่มค่าแล้วนี้ จะอัดให้มีลักษณะเป็นเม็ดขนาดเท่าเล็บหัวแม่มือ นำไปบรรจุในท่อโลหะผสมที่ทนความร้อน มัดเข้าด้วยกัน ในขั้นการทำแท่งเชื้อเพลิงนี้นิยมเติมพลูโตเนียมปริมาณเล็กน้อยลงไป เพื่อให้ได้พลังมากขึ้น สี่ขั้นนี้เรียกว่ากระบวนการส่วนหน้า (Front End)
5. ขั้นกลางหรือขั้นใช้งานอยู่ในเตาปฏิกรณ์ราว 3 ปีก็ใช้หมด นั่นคือสัดส่วนของยูเรเนียม 235 ลดลงจนเหลือใกล้เคียงกับที่ปรากฏในธรรมชาติ ไม่สามารถใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วถือได้ว่าเป็นขยะนิวเคลียร์ซึ่งต้องการการจัดการหลายขั้นตอน เรียกกันว่า กระบวนการส่วนหลัง (Back End) ประกอบด้วย
6. การเก็บรักษาชั่วคราว แท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วนี้ ตอนถอดจากเตาปฏิกรณ์จะร้อนจัด จึงต้องนำไปเก็บรักษาไว้ชั่วคราวโดยการแช่ในบ่อน้ำเย็น
7. จากนั้นขยะนิวเคลียร์นี้อาจนำเข้าสู่กระบวนการใหม่ (Reprocessing) คือเพิ่มค่ายูเรเนียมอีกครั้ง เพื่อการเวียนใช้ใหม่ แต่บางทีก็ก้าวไปสู่ขั้นที่ 9 เลย
8. การทำให้เป็นเหมือนผงแก้ว ยูเรเนียมที่ผ่านกรรมวิธีเพิ่มค่าใหม่อีกครั้งหนึ่งก็จะทำให้เป็นเหมือนผงแก้วบรรจุในท่อเหล็กปลอดสนิม
9. การกำจัดอย่างถาวร ขยะเชื้อเพลิงเคลียร์ทั้งหมดที่ไม่ใช้ประโยชน์แล้วก็จะนำไปกำจัดอย่างถาวร ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องง่าย (ดูบทความชื่อ The Nuclear Fuel Cycle ใน worldnuclear.org กุมภาพันธ์ 2011)
ในทั้ง 9 ขั้นตอนนี้ ขั้นตอนที่ 5 ของการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์นับว่าล่อแหลมและเกิดอันตรายร้ายแรงมากที่สุด
มีการรวบรวมข้อมูลว่า นับตั้งแต่ปี 1952 เป็นต้นมาถึงสิ้นปี 2011 ได้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงในโรงไฟฟ้าหรือเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รวม 33 ครั้งด้วยกัน เฉลี่ยเกือบ 2 ปีต่อครั้ง นอกจากนี้ ยังเกิดอุบัติเหตุและปัญหาทางเทคนิคมากมายอีกนับร้อยครั้งที่มักปกปิดไว้
เช่นกรณีในเกาหลีใต้มีอุบัติเหตุและปัญหาทางเทคนิคในโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ถึง 105 ครั้งระหว่างปี 2000 จนถึงเดือนกันยายนปีนี้ ร้อยละ 37 เกิดในโรงงานมาตรฐานเกาหลีใต้เอง และมักมีการปิดบังข้อเท็จจริง
ในวันที่ 2 ตุลาคม 2012 ก็ได้มีการประกาศเกี่ยวกับปัญหาทางเทคนิคซึ่งแม้ว่าไม่ร้ายแรง แต่ก็ทำให้ความเชื่อมั่นของสาธารณชนต่อความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลดลง (ดูบทความของ Lee Keun-young ชื่อ More technical problems at nuclear reactors ใน The Hankyoreh 031012)
ในสหภาพยุโรป เมื่อได้เกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุคุชิมาที่ 1 ในญี่ปุ่น ก็ได้มีการตั้งคณะกรรมาธิการเพื่อทดสอบความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้งาน 143 หน่วย พบว่าโรงไฟฟ้าเหล่านี้ยังไม่ได้มาตรฐานความปลอดภัย เช่น การระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวและอุปกรณ์สนับสนุนเวลาเกิดเรื่องฉุกเฉิน กับทั้งมีปัญหาอื่นนับร้อย ต้องใช้เงินถึง 25 พันล้านยูโรเพื่อเสริมมาตรการความปลอดภัย
(ดูบทความของ Tony Paterson ชื่อ Europe"s "Dangerous" nuclear plants need 25bn Euro safety refit ใน independent.co.uk 041012)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
: ความจำเป็น การผูกขาด และการขยายตัว
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เริ่มต้นในประเทศมหาอำนาจไม่กี่ชาติที่รู้ความลับของพลังงานปรมาณู ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ค่าย ได้แก่ ฝ่ายสหรัฐและพันธมิตรรวม 4 ชาติ ได้แก่ สหรัฐ แคนาดา อังกฤษ ที่ได้ร่วมโครงการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์มาแล้ว กับฝรั่งเศส
ประเทศแคนาดาได้เปิดโรงงานนิวเคลียร์และเกิดอุบัติเหตุสำคัญเป็นครั้งแรกของโลกในปี 1952
สหรัฐได้ตั้งโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ ในปี 1954
และอังกฤษกับฝรั่งเศสได้เปิดโรงงานนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ในปี 1957
ในส่วนของค่ายสังคมนิยมที่นำโดย สหภาพโซเวียตมีการเปิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปี 1954 ซึ่งถือกันได้ว่าเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก
เป็นที่สังเกตว่าการสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในระยะเริ่มแรกทศวรรษ 1950 มีลักษณะดำเนินควบคู่กันไปทั้งการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์และการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
สหภาพโซเวียตเป็นกำลังสำคัญในการผลักดันให้มีการใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์ในยุโรปตะวันออก และค่ายของตนได้แก่ประเทศจีนเป็นต้น ส่วนสหรัฐเป็นกำลังหลักในโลกเสรี
ในปี 1960 มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพียง 17 หน่วย และเพิ่มขึ้นอย่างค่อนข้างเร็ว ส่วนหนึ่งจากวิกฤติน้ำมันในทศวรรษ 1970 ถึงปี 1980 มีโรงฟ้านิวเคลียร์ 253 แห่งใน 22 ประเทศ (ดูบทความของ N. : Char and B.J. Csik ชื่อ Nuclear power development : History and outlook ใน iaea.org 1987 ระลึกครบรอบ 30 ปีขององค์กร)
จากปัญหาและอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นหลายครั้ง ทำให้ความสนใจเปลี่ยนจากการเน้นในเรื่องการออกแบบและการก่อสร้างไปให้ความสำคัญแก่การปฏิบัติการที่มีสมรรถนะใน 3 มิติมากขึ้น ได้แก่ ความปลอดภัย การเชื่อถือได้ และคุณภาพ
ในทศวรรษ 1990 โลกที่แบ่งเป็น 2 ค่ายยุติลง แต่ก็เกิดปัญหาใหม่ได้แก่ วิกฤติน้ำมันเกิดขึ้นซ้ำหลายครั้ง และเกิดความตระหนักในปัญหาก๊าซเรือนกระจกและภาวะโลกร้อน
มีการทำปฏิญญาเกียวโตเพื่อลดการส่งก๊าซเรือนกระจก กับทั้งความคิดเก็บภาษีคาร์บอน
นอกจากนี้ ยังมีประเทศใหญ่ อย่างเช่น จีน และอินเดีย เป็นต้น ที่หันมาพัฒนาประเทศแบบทุนนิยม ต้องการใช้พลังงานมากขึ้นในการสร้างอุตสาหกรรมของตนให้เข้มแข็ง
เหล่านี้ทำให้ความสนใจด้านไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์สูงขึ้น
ขณะที่เสียงต่อต้านก็ยังหนาแน่น ต้นศตวรรษที่ 21 ในปี 2005 ฟินแลนด์สร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหญ่ที่สุดของโลก ปลุกกำลังใจในวงการเป็นอันมาก
ในปัจจุบันทั่วโลกมีโรงงานไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ 435 โรง ใน 30 ประเทศ (ตัวเลขเมื่อ 020612) ประเทศที่ใช้ไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์มากที่สุดยังคงเป็นสหรัฐอเมริกาและยุโรป โดยสหรัฐใช้สูงสุดในโลกกว่า 1 แสนเมกะวัตต์ แต่มีสัดส่วนเพียงเกือบร้อยละ 20 ของไฟฟ้าที่ใช้
ประเทศที่ผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์มากเป็นที่ 2 ของโลก ได้แก่ ฝรั่งเศส แต่มีสัดส่วนการใช้สูงเป็นอันดับ 1 ของโลกถึงเกือบร้อยละ 80 ของไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมด
ประเทศในยุโรปอื่นที่ใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นสัดส่วนสูง ได้แก่ เบลเยียม สโลวัก ยูเครน ฮังการี สโลเวเนีย สวิตเซอร์แลนด์ สวีเดน แอลเบเนีย บัลแกเรีย ฟินแลนด์ สเปน เยอรมนี อังกฤษ และแคนาดา ในอเมริกาเหนือ
ประเทศในเอเชียที่มีการใช้ไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์สูงอันดับ 1 ได้แก่ ญี่ปุ่น แต่เมื่อคิดเป็นสัดส่วนการใช้แล้วตกเป็นอันดับสอง เกาหลีใต้เป็นประเทศที่ใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์สูงมากอย่างไม่คาดคิด โดยสูงเป็นอันดับ 2 แต่เมื่อคิดเป็นสัดส่วนการใช้แล้วสูงเป็นอันดับ 1
ไต้หวันที่เป็นส่วนหนึ่งของจีนก็ใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นสัดส่วนสูงกว่าประเทศจีนมาก
นอกจากนี้ ยังมีโรงไฟฟ้าที่อยู่ในการก่อสร้างอีกถึง 62 หน่วยใน 14 ประเทศมีกำลังผลิตรวมเกือบ 6 หมื่นเมกะวัตต์
ประเทศที่กำลังก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สูงสุด 3 อันดับแรกได้แก่ จีน (26 หน่วย) รัสเซีย (11 หน่วย) และอินเดีย (7 หน่วย) ขณะที่เกาหลีใต้ (กำลังก่อสร้าง 3 หน่วย) และไต้หวัน (2 หน่วย) ก็ยังคงเดินหน้าสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของตนต่อไป (ดูรายงานชื่อ Nuclear Power Plants, world-wide ใน European nuclear society, 041012)
เป็นที่สังเกตว่า แม้ความลับเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ได้ล่วงรู้กันไปทั่วโลก แต่ก็ยังคงปรากฏว่าเทคโนโลยีนิวเคลียร์ยังจำกัดอยู่ในประเทศมหาอำนาจเดิม ได้แก่ สหรัฐ ยุโรปตะวันตก และรัสเซีย
แต่ก็มีประเทศมหาอำนาจใหม่ขึ้นมา ได้แก่ จีน และอินเดีย ประเทศกำลังพัฒนาขนาดเล็กที่แข็งข้อกับสหรัฐถ้าหากต้องการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ของตนเองอย่างอิหร่าน และเกาเหลีเหนือก็จะถูกขัดขวาง
อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะกำจัดความรู้ทางพลังงานนิวเคลียร์ รวมทั้งการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ในปัจจุบันได้ผลน้อยลงทุกที ค่าใช้จ่ายที่แพงต่างหากที่ดูจะเป็นสิ่งระงับไม่ให้ความรู้และเทคโนโลยีนี้กระจายตัวไปได้มาก
.
