核能与缺乏创新的现象

在成规模的能源创新方面，20世纪只见证了一种，那就是核能。虽然风能和太阳能有了很大的改善并且也有广阔的前景，但是它们所提供的能源只占不到全球能源的2%。就能量密度来说，核能无可匹敌。只要恰当地接入行李箱大小的一块核燃料，便可以为一个城镇或者一艘航母提供不竭的动力。民用核能的发展是应用科学的胜利，这场胜利始于核裂变和链式反应的发现，一路经历了把理论转换成核弹的曼哈顿计划，逐步发展出了可控核裂变反应的工程应用，并最终将该工程应用于加热水蒸气。如果利奥·西拉德（Leo Szilard）没有在1933年认识到链式反应的潜力，如果不是莱斯利·格罗夫斯将军（General Leslie Groves）在20世纪40年代主持了曼哈顿计划，如果不是海曼·里科弗上将（Admiral Hyman Rickover）在20世纪50年代开发出了第一个核反应堆，并将它改装到潜艇和航母上，这一切都无从谈起。这些名字恰恰说明，这是军方、国有企业、私人承包商协作的结果。到20世纪60年代，这些成果的积累最终形成了在全球各地建设核电站的大型项目。这些核电站只需要用少量的浓缩铀，就能制造大量的水蒸气，为全世界提供可靠、持续且安全的能源供应。

不过如今，核能作为一种产业，在整体上它在衰退，随着老旧核电站关停的速度超过新电站投产运营的速度，核电的产出开始萎缩。作为一项创新，核能的时代已经过去了，而作为一项技术，核能也已经停滞不前了。这种情况的出现并不是因为缺乏新的想法，而是因为某种不寻常的原因，也就是缺乏试验的机会。核能的发展是一个创新只要畏缩不前就会出现倒退的警示故事。

问题在于成本膨胀。几十年来，核电站的成本在不断地增加，主要是因为在安全性上越来越谨慎。这个行业始终与试错无缘，而这是人类已知的降低成本的最有效办法。就核能来说，一个错误就可能会导致巨大的灾难，而且试验的成本巨大，所以核能无法开启试错流程。我们卡在了一种不成熟且低效的技术上，即压水反应堆技术。而且就连这种技术也要被逐渐扼杀了，因为激进的反核运动让公众倍感焦虑，他们要求监管当局采取相应措施。同时，对于政府向全球推行的核技术，即便推广做好了万全的准备，它们有时候也会踌躇不前，如果任由其进展得缓慢一些，它们可能会表现得更好。横贯美国大陆的铁路满盘皆输，并以破产告终，只有一条私人出资的铁路幸免于难。人们不由得会想，如果核能的开发不那么匆忙，并且如果不是军事副产品的话，那么它可能会发展得更好一些。

核物理学家伯纳德·科恩（Bernard Cohen）在1990年出版的图书《核能选项》（The Nuclear Energy Option）中认为，在20世纪80年代，大多数西方国家停止建设核电站的原因并不是因为害怕出现事故、核泄漏或者放射性废料的扩散，而是因为监管导致成本出现了无法改变的攀升。后来的情况证明了他的判断尤为正确。

实际上，并不缺乏新型核能的想法。工程师们的演示文稿中有数百种裂变反应堆的设计方案，有一些在过去已经达到了工作原型设计的程度，而且如果这些设计方案能够得到像传统的轻水反应堆一样的经费支持的话，它们可能还可以走得更远。液态金属反应堆和熔盐反应堆是两个宽泛的类别。后者可以利用钍基熔盐或氟化铀工作，可能还有包括锂、铍、锆或钠在内的其他元素。这种设计的关键优势在于，燃料以液体形式而非固体棒出现，所以冷却得更均衡，废物的移除也更容易。它的运行不需要高压环境，因而风险也降低了。熔盐既是冷却剂，同时也是燃料，并且它具有有序的性能，随着它逐渐变热，反应会减速，因而不太可能发生堆芯熔毁。此外，这种设计还包括一个插头，它可能会在超过特定温度时熔化，从而可以将燃料排入一个可以终止裂变的腔室，这是第二个安全保障系统。与切尔诺贝利（Chernobyl）核电站相比，这更加安全。

钍的含量比铀更丰富一些；实际上，可以通过制造铀-233来几乎无限制地产生钍元素；利用相同数量的燃料，钍可以产生的电力几乎是铀的100倍；它不会产生裂变钚；它产生的废物更少，半衰期也更短。尽管美国在20世纪50年代下水了一艘装有钠冷却剂的潜艇，并且在60年代建造了两个试验性的钍基熔盐反应堆，但是因为所有的经费、教育培训和兴趣都着眼于轻水铀的设计，所以这个项目最终终止了。各国都在思考如何扭转这个决定，但是没有一个国家真的敢冒险一试。

即便尝试了，他们似乎也不太可能实现20世纪60年代做出的那个臭名昭著的承诺，即核能终有一天会“便宜到可以忽略不计”。问题仅仅在于，核能是一种不太适合在做中学的技术，而这对于创新实践来说是最关键的。因为每一个核电站都十分巨大且造价不菲，所以不太可能通过试验来降低成本。即便是在施工的半路改变设计方案都不太可能，因为在施工之前，每一种设计方案都要通过大量的盘根错节的监管。你必须提前设计好，并且在施工中始终坚持那种设计，或者就只能回到原点，推倒重来。在任何一种技术中，这样的行事风格都无法降低成本和提高性能，这会让计算机芯片停留在1960年的阶段。我们像建设埃及金字塔一样，把核电站看成了一个一次性的项目。

在1979年三哩岛（Three-Mile Island）事故和1986年切尔诺贝利事故之后，环保激进分子和公众提出了更高的安全标准。他们也确实得到了这样的标准。根据一项估算，以生产每单位电力计算的话，燃煤、生物能、天然气、水电和太阳能（人们在安装电池板时从屋顶跌落）导致的死亡人数分别是核能的2000倍、50倍、40倍、15倍和5倍，甚至风能造成的死亡人数也几乎是核能的2倍。上述统计包括切尔诺贝利事故和福岛（Fukushima）核事故造成的死亡人数。额外的安全要求只不过是把核电站从一个非常安全的系统变成了一个极其安全的系统。

又或许，他们让核电站变得更不安全了。不妨想一下2011年的福岛事故。福岛核电站的设计存在着巨大的安全漏洞。它的水泵安装在一个非常容易被海啸淹没的地下室里，而在更现代的设计中，不太可能出现这种简单的设计错误。这是一个陈旧的反应堆，如果日本仍然在建设新的核反应堆的话，那么福岛的方案会在此后被逐步淘汰掉。被费用巨大的过度监管所扼杀的核电扩建和创新使得福岛核电站超期运行，因而降低了这个系统的安全性。

监管者所要求的额外的安全性带来了很高的代价。投入到核电站施工现场的人力大为增加，但绝大多数都是在文件上签字的白领。据一项研究显示，20世纪70年代期间，新的监管使得每兆瓦电能所需的钢材、水泥、管道和电缆的数量各自增加了41%、27%、50%和36%。实际上，随着监管矛头的转向，这些项目开始增加新的功能来预测规则的变化，尽管这些变化有时候甚至根本不会出现。至关重要的是，这种监管环境迫使核电站的建设者们抛弃了解决意料之外问题的现场创新实践，以免导致监管造成的项目重置，这进一步增加了成本。

当然，出路在于把核能做成一个模块化系统，提前在生产线上大量生产小型的、预制的反应堆，然后在每个核电站现场进行组装，就像把鸡蛋放在篮子里一样。就像对福特的T型车所做的那样，这可以降低成本。问题在于，验证一个新反应堆的设计，需要3年的时间，对于轻型的反应堆来说，很少有或者说没有捷径，所以认证费用更多地落在了轻型的设计上。

同时，核聚变，即氢原子聚变形成氦原子并释放能量的过程，可能最终会兑现它的承诺，开始在接下来的几十年里提供几乎用之不竭的能量。高温超导体的发现以及球形托卡马克的设计可能会最终平息“我们离核聚变永远还差30年”这个古老的笑话，而今自这两样发明出现以来已经又过去30年了。现在，利用很多相对较小的反应堆产生电能的方式，核聚变可能会结出商业上的硕果，每一个小型反应堆的发电量都可能会达到400兆瓦。这是一种几乎不会产生任何爆炸风险或堆芯熔毁风险的技术，它产生的放射性废物极少，也不用担心它会成为制造核武器的材料。它的燃料主要是氢的同位素，而这种燃料可以使用反应堆自身的电力从水中分解出来，所以它在地球上的印迹会很小。与核裂变一样，核聚变仍然需要解决的主要问题是，如何通过大规模量产反应堆来降低成本，并有能力在前进的道路上根据经验进行再设计，以便吸取削减成本的经验。