علاقة الطاقة النووية بجودة الهواء.. علماء يحذرون من أن إغلاق الطاقة النووية يزيد من تلوث الهواء

ما يقرب من 20٪ من الكهرباء اليوم في الولايات المتحدة تأتي من الطاقة النووية، تمتلك الولايات المتحدة أكبر أسطول نووي في العالم، حيث يوجد 92 مفاعلًا منتشرًا في جميع أنحاء البلاد، تم تشغيل العديد من محطات الطاقة هذه لأكثر من نصف قرن وتقترب من نهاية عمرها المتوقع.

يناقش صانعو السياسات ما إذا كان يتعين إيقاف المفاعلات القديمة أو تعزيز هياكلها لمواصلة إنتاج الطاقة النووية، والتي يعتبرها الكثيرون بديلاً منخفض الكربون عن الفحم والنفط والغاز الطبيعي الذي يعمل على تسخين المناخ.

الآن، يقول باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إن هناك عاملًا آخر يجب مراعاته عند تقييم مستقبل الطاقة النووية: جودة الهواء، بالإضافة إلى كونها مصدرًا منخفضًا للانبعاثات الكربونية، فإن الطاقة النووية نظيفة نسبيًا من حيث تلوث الهواء الذي تولده، بدون الطاقة النووية، كيف سيتغير نمط تلوث الهواء، ومن سيشعر بآثاره؟

سيناريوهات إغلاق المحطات النووية

تولى فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هذه الأسئلة في دراسة جديدة ظهرت في Nature Energy ، حيث وضعوا سيناريو يتم فيه إغلاق كل محطة للطاقة النووية، والنظر في كيفية تلبية المصادر الأخرى مثل الفحم والغاز الطبيعي والطاقة المتجددة لاحتياجات الطاقة الناتجة على مدار عام كامل.

يكشف تحليلهم أن تلوث الهواء سيزداد بالفعل، مع تكثيف مصادر الفحم والغاز والنفط للتعويض عن غياب الطاقة النووية، قد لا يكون هذا في حد ذاته مفاجئًا  لكن الفريق وضع أرقامًا للتنبؤ، ويقدر أن الزيادة في تلوث الهواء سيكون لها آثار صحية خطيرة ، مما يؤدي إلى وفاة 5200 إضافية مرتبطة بالتلوث على مدار عام واحد.

وإذا تم توفير المزيد من مصادر الطاقة المتجددة لتزويد شبكة الطاقة، كما هو متوقع بحلول عام 2030 ، فسيتم الحد من تلوث الهواء، ولكن ليس بالكامل.

وجد الفريق أنه حتى في ظل هذا السيناريو المتجدد الأكثر حيوية، لا تزال هناك زيادة طفيفة في تلوث الهواء في بعض أجزاء البلاد، مما أدى إلى إجمالي 260 حالة وفاة مرتبطة بالتلوث على مدار عام واحد.

عندما نظروا إلى السكان المتأثرين بشكل مباشر بالتلوث المتزايد، وجدوا أن مجتمعات السود أو الأمريكيين من أصل أفريقي – عدد غير متناسب منهم يعيشون بالقرب من محطات الوقود الأحفوري – تعرضوا لأكبر قدر من التعرض.

معادلة التأثيرات الاجتماعية والصحية البيئية

يقول المؤلف الرئيسي ليسسا فريز، طالب دراسات عليا في علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، “يضيف هذا طبقة أخرى إلى معادلة التأثيرات الاجتماعية والصحية البيئية عندما تفكر في الإغلاق النووي ، حيث تركز المحادثة غالبًا على المخاطر المحلية بسبب الحوادث والتعدين أو التأثيرات المناخية طويلة المدى” .

تضيف مؤلفة الدراسة نويل سيلين، الأستاذة في معهد MIT للبيانات والأنظمة والمجتمع (IDSS) و EAPS: ” في الجدل الدائر حول إبقاء محطات الطاقة النووية مفتوحة، لم تكن جودة الهواء محور تلك المناقشة”، “ما وجدناه هو أن تلوث الهواء من محطات الوقود الأحفوري ضار جدًا، وأن أي شيء يزيده، مثل الإغلاق النووي، سيكون له تأثيرات كبيرة، وبالنسبة لبعض الناس أكثر من غيرهم.”

عمليات التخلص التدريجي في المستقبل

عندما أغلقت محطات الطاقة النووية في الماضي ، زاد استخدام الوقود الأحفوري استجابة لذلك. في عام 1985 ، أدى إغلاق المفاعلات في وادي تينيسي إلى ارتفاع حاد في استخدام الفحم ، بينما أدى إغلاق مصنع في كاليفورنيا عام 2012 إلى زيادة الغاز الطبيعي.

في ألمانيا ، حيث تم التخلص التدريجي من الطاقة النووية تقريبًا ، زادت الطاقة التي تعمل بالفحم في البداية لسد الفجوة.

مع ملاحظة هذه الاتجاهات ، تساءل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن كيفية استجابة شبكة الطاقة الأمريكية إذا تم التخلص التدريجي من الطاقة النووية تمامًا.

يقول فريز: “أردنا التفكير في التغييرات المستقبلية المتوقعة في شبكة الطاقة”. “كنا نعلم أن استخدام الفحم آخذ في الانخفاض ، وكان هناك الكثير من العمل الذي يبحث بالفعل في تأثير ما قد يحدث على جودة الهواء. ولكن لم ينظر أحد إلى جودة الهواء والطاقة النووية ، والتي لاحظنا أيضًا أنها كانت في انخفاض”.

تقييم كيفية استجابة نظام الطاقة

في الدراسة الجديدة، استخدم الفريق نموذج إرسال شبكة الطاقة الذي طوره جين لتقييم كيفية استجابة نظام الطاقة الأمريكي لإغلاق الطاقة النووية، يحاكي النموذج إنتاج كل محطة طاقة في الدولة ويعمل بشكل مستمر لتقدير، ساعة بساعة، متطلبات الطاقة في 64 منطقة في جميع أنحاء البلاد.

يشبه إلى حد كبير الطريقة التي يعمل بها سوق الطاقة الفعلي، يختار النموذج رفع أو خفض إنتاج المصنع بناءً على التكلفة: تُعطى المصانع التي تنتج أرخص طاقة في أي وقت الأولوية لتزويد الشبكة على مصادر طاقة أكثر تكلفة.

قام الفريق بتغذية البيانات النموذجية المتاحة حول الانبعاثات المتغيرة لكل مصنع وتكاليف الطاقة على مدار عام كامل. ثم قاموا بتشغيل النموذج في ظل سيناريوهات مختلفة ، بما في ذلك: شبكة طاقة بدون طاقة نووية ، وشبكة أساسية مماثلة لشبكة اليوم التي تتضمن الطاقة النووية، وشبكة بدون طاقة نووية تتضمن أيضًا مصادر متجددة إضافية من المتوقع إضافتها بحلول عام 2030.

قاموا بدمج كل محاكاة مع نموذج كيمياء الغلاف الجوي لمحاكاة كيفية انتقال الانبعاثات المختلفة لكل مصنع في جميع أنحاء البلاد وتراكب هذه المسارات على خرائط الكثافة السكانية. بالنسبة للسكان في مسار التلوث، قاموا بحساب مخاطر الوفاة المبكرة بناءً على درجة تعرضهم.

استجابة النظام

أظهر تحليلهم نمطًا واضحًا: بدون الطاقة النووية، ساء تلوث الهواء بشكل عام ، مما أثر بشكل أساسي على مناطق في الساحل الشرقي، حيث تتركز محطات الطاقة النووية في الغالب. بدون هذه المصانع ، لاحظ الفريق زيادة طفيفة في الإنتاج من محطات الفحم والغاز، مما أدى إلى 5200 حالة وفاة مرتبطة بالتلوث في جميع أنحاء البلاد، مقارنةً بالسيناريو الأساسي.

كما حسبوا أن المزيد من الناس من المحتمل أيضًا أن يموتوا قبل الأوان بسبب التأثيرات المناخية من زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، حيث تعوض الشبكة غياب الطاقة النووية، يمكن أن تؤدي التأثيرات المرتبطة بالمناخ من هذا التدفق الإضافي لثاني أكسيد الكربون إلى 160.000 حالة وفاة إضافية خلال القرن المقبل.

يقول فريز : “نحتاج إلى التفكير مليًا في كيفية تقاعدنا من محطات الطاقة النووية إذا كنا نحاول التفكير فيها كجزء من نظام للطاقة”،”إغلاق شيء ليس له انبعاثات مباشرة بحد ذاته يمكن أن يؤدي إلى زيادة في الانبعاثات ، لأن نظام الشبكة سيستجيب.”

ويضيف سيلين: “قد يعني هذا أننا بحاجة إلى نشر المزيد من مصادر الطاقة المتجددة، من أجل ملء الحفرة التي خلفتها الطاقة النووية ، والتي تعد في الأساس مصدر طاقة خالٍ من الانبعاثات”ـ وبخلاف ذلك، سيكون لدينا انخفاض في جودة الهواء لم نكن نعتمد عليه بالضرورة. ”

تابعنا على تطبيق نبض