ゼロ炭素エネルギー源である原子力は、世界の電力の10%を供給している。
世界がクリーンエネルギーへ移行するなか、原子力は風力や太陽光に固有の出力変動を補えるが、イノベーションが必要だ。
CERNで開発された新しいタイプの原子炉は、原子力に伴う主な障壁の克服に役立つ可能性がある。
地球には、信頼できる途切れない電力供給を持続可能な形で実現できる新たなエネルギーシステムが必要だ。原子力は現在利用できるエネルギー技術のなかでも温室効果ガス（GHG）排出量が最も少ないものの一つで、排出量はわずか1kWhあたりCO2換算15グラムであり、発電所のライフサイクル全体で評価した場合の数値である。
によると、国際エネルギー機関（IEA）、1970年から2013年の間に、低炭素エネルギー源の利用によってCO2排出量を1,630億トン回避できた。原子力の寄与は41%で、太陽光と風力は合わせて6%だった。発電技術のライフサイクル全体で見ると、原子力はGHG排出量が最も少ない電源の一つであり、数多くの独立した分析がこれを示している。
現在、原子力発電所は世界の電力の10%を供給しており、そのすべてが炭素を排出しない。これは太陽光と風力の合計のほぼ2倍にあたる。国連の持続可能な開発目標（SDGs）の主要なエネルギー目標を達成するため、パリ協定は原子力について具体的な目標を掲げ、2050年までに現在の設備容量を倍増させることを目指している。原子力産業が直面する課題は二重である。寿命を迎える発電所を段階的に置き換えるとともに、既存の発電設備群に新たな発電所を加えなければならない。しかし、イノベーションが必要だ。
エネルギーミックスの課題とコスト
脱炭素化には、現在、化石燃料から生産されるエネルギーの81%を2050年までに置き換えるための現実的な提案が必要だ。適切なエネルギー構成を選ぶのは難しく、核融合発電や炭素回収・貯留のように、2050年までに影響を及ぼせるほど成熟していない技術に頼るべきではない。現在導入可能な低炭素技術は、風力、太陽光、水力、原子力である。これらの技術を除外、制限、または抑制すれば、コスト抑制が損なわれ、排出削減が遅れる。しかし、成長の余地はきわめて限られている。
太陽光と風力の技術的進歩では、その出力変動も、効率に限界を課す物理法則も克服できない。エネルギー貯蔵システムで風力と太陽光の変動を緩和するのは難しく、近い将来、妥当なコストで利用できる費用対効果の高い電力貯蔵は少量にとどまると考えられる。最も有望な電池はリチウム、コバルト、マグネシウムなどの金属を基盤とするが、その採掘には大量のエネルギーが必要であり、埋蔵量は理論上の世界需要を満たせない。
原子力がエネルギー転換に貢献できるのは、再生可能エネルギーの出力変動によって生じるシステムコストを引き受け、対応できるからだ。需要と供給の恒常的な均衡を確保し、原子力のベースロード電源は「負荷追従」を行い、季節、日、時間単位の需要変動に迅速に対応できる。再生可能エネルギーの市場浸透率が高まるほど、こうした要件は重要性を増す。
原子力に懐疑的な人々はコストを問題にする。原子力発電所ではコスト超過や工期遅延の例が数多くあり、風力と太陽光のコストが下がり続けているのも事実だ。しかし、あらゆる要因を考慮し、特定技術の市場浸透率を測ると、コスト分析からは異なる姿が浮かび上がる。発電所は孤立して存在するのではなく、送電網を通じて相互に、また需要家と結びつき、周囲の経済、社会、自然環境のなかで機能する。そのため総コストの評価には、資本コストだけでなく、送電網への接続、拡張、増強のコスト、出力変動に伴う技術面・財務面のコスト、供給安定性を確保するコストとその影響、地域および地球規模の環境影響も含めるべきだ。
複数の国で分析が実施され、原子力、太陽光、風力を含むエネルギーミックスにおける再生可能エネルギーの浸透率に応じたコストが定量化された。変動型再生可能エネルギーを電力供給全体の最大10%まで導入すると、国によって異なるものの、MWhあたりのコストは5%から50%上昇する。一方、需要の30%を満たす場合、コストは16%から180%上昇する可能性がある。技術間の違いより、国ごとの違いのほうが大きい。以下に、英国と米国という二つの異なる市場の比較を示す。
再生可能エネルギーの割合が高まるにつれて電力コストが上昇するのは、投資コストの増加、需給調整コストと供給力確保コスト、送配電の追加費用が組み合わさるためだ。需給調整コストとは、需要と供給に不確実性があるなかで、需要と供給のバランスを分単位で保ち、システムの性能を確保するために必要な費用である。供給力確保コストは、需要と供給の変動を考慮しながら、常に需要を満たすために発生する。こうしたコストがあるからこそ、曇天や無風の日も含め、パンデミックの最中に病院へ電力を供給できる。
現在、調整可能な電源がある国では、こうしたコストはゼロだ。しかし、古い調整可能電源を廃止しながら再生可能エネルギーを導入し、変動型再生可能エネルギーを利用できないときに発電する新たな調整可能電源を追加すれば、供給力確保コストは大幅に増える。大量の変動型再生可能エネルギーを統合することは、電力システムの構造、資金調達、運用方式に影響する複雑な課題である。多くのOECD諸国では、風力と太陽光の電力に対し、市場価格にかかわらず、電力システムに供給した1MWhごとに固定価格が支払われる。このような非対称な扱いにより、変動型再生可能エネルギーは市場価格に及ぼす影響から切り離されている。これは再生可能エネルギーを損なうためではなく、原子力の寄与がなければエネルギー転換は遅れ、コストがかさみ、失敗のリスクにさらされるという事実を明らかにするためだ。こうしたシステムコストを透明化することは、投資家、顧客、意思決定者にとって意義がある。
原子力の未来
多くの国が、パリ協定の目標達成に向け、原子力発電の割合を高めることを約束している。しかし、政治・経済環境や世論の支持不足により、こうした野心的な目標の実現はきわめて困難だ。前述のとおり、あらゆる要素を含めれば、原子力のコストは障壁ではない。しかし、廃棄物、安全性、核拡散は依然として障害であり、この技術の導入を可能にするには対処が必要だ。
現在、一部の企業は、粒子加速器と未臨界炉を組み合わせた、異なる核分裂エネルギー生産方式に基づく新たな技術アプローチを提案している。「加速器駆動システム」と呼ばれるこの技術は、1990年代にCERNで先駆的に研究され、既存の放射性毒性を持つ核廃棄物の寿命を短縮し、1kWhあたり5セント未満という手頃な価格で炭素を排出しないエネルギーを生産することを目指す。この技術はより安全で、拡張性と持続可能性があり、核拡散にも強い。中核となる革新は、陽子加速器を用いて高強度の中性子源を生成し、炉心で核分裂反応を引き起こすことだ。ただし、加速器が停止すると核分裂反応も停止する。炉心が未臨界であるため本質的に安全で、チェルノブイリ型の暴走事故は起こり得ない。提案されているシステムには受動的な除熱機能が備わっているため、福島やスリーマイル島型のメルトダウン事故も起こり得ない。この発電所で生じる廃棄物は、反応にウランではなくトリウムを燃料として使うため、寿命が短くなる（約30万年に対し約500年）。また、現在の核廃棄物を燃料として利用できる可能性があり、現在大量に蓄積している廃棄物の量と放射能特性を低減できる。トリウム燃料ではプルトニウムの生成がごくわずかで、核爆弾に最も一般的に使われる元素を排除できる。IAEAは、トリウム燃料サイクルは「本質的に核拡散抵抗性がある」と述べている。
結論
実証済みのこの革新的な原子力技術は、安定した安全なベースロード電源を提供して再生可能エネルギーの導入を支え、地球がパリ協定で定められた必要な脱炭素目標を達成するのに役立つ可能性がある。
