พลังงานนิวเคลียร์ ทางเลือกในการผลิตไฟฟ้า พัฒนาแบตเตอรี่ ที่หากศึกษาและมีแนวทางป้องกันอย่างดี จะมีประโยชน์ รวมถึงช่วยเรื่องสิ่งแวดล้อมได้ไม่แพ้พลังงานอื่นๆ
เกิน 50 ปีมาแล้วที่โลกนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมีแนวโน้มจะเพิ่มมากขึ้น เพราะราคาน้ำมันและก๊าซธรรมชาติมีความผันผวน และเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งหลักการผลิตไฟฟ้าคล้ายกับโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่วไป คือมีการสร้างพลังงานความร้อนเพื่อนำไปผลิตไอน้ำ และผลิตไฟฟ้าผ่านการหมุนกังหันไอน้ำ ที่เชื่อมต่อกับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่วไป โดยจะใช้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เพื่อสร้างความร้อนแทนการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง
สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เกิดจากอนุภาคนิวตรอนวิ่งชนกับนิวเคลียสของธาตุยูเรเนียมหรือธาตุพลูโตเนียมที่เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ทำให้เกิดการแยกตัวหรือแตกตัวของนิวเคลียสของธาตุ ซึ่งการแตกตัวแต่ละครั้งจะให้พลังงานความร้อนออกมามากมาย และมีอนุภาคนิวตรอนออกมาด้วย 2-3 ตัว ซึ่งจะวิ่งชนกับนิวเคลียสของอะตอมอื่นได้อีก ก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันอย่างต่อเนื่องเรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เแห่งแรกของโลกคือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ Obninsk ของสหภาพโซเวียต จ่ายไฟฟ้าเข้าระบบในปี พ.ศ. 2497 ต่อมาโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์โรงที่ 2 ของโลกถูกสร้างขึ้นที่เมือง Calder Hall ในประเทศอังกฤษ จ่ายกระแสไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์เมื่อปี พ.ศ. 2499
ต่อมาในปี พ.ศ. 2500 สหรัฐอเมริกาก็จ่ายกระแสไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์โรงแรกที่เมือง Shipping port รัฐเพนซิลวาเนีย และในปี พ.ศ. 2502 ฝรั่งเศสก็เริ่มมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเทคโนโลยีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง
ทั้งนี้ ปัจจุบันทั่วโลกใช้กระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานนิวเคลียร์จำนวน 371,989 เมกะวัตต์ หรือคิดเป็น 16% ของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ทั่วโลก (ข้อมูลเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2564) โดยมาจากโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์จำนวน 436 โรง กระจายอยู่ใน 30 ประเทศ และ 1 เขตเศรษฐกิจ หรืออาจจะกล่าวได้ว่ามีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เกิดขึ้น 8 โรงทุกปี
นอกจากนี้ ยังมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่อยู่ระหว่างกำลังก่อสร้าง 45 โรง ใน 13 ประเทศ อยู่ในแผนการก่อสร้าง 94 โรง และอยู่ในข้อเสนอขอก่อสร้างอีก 222 โรง ซึ่งในเอเชียเองก็มีหลายประเทศที่มีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ได้แก่ จีน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ อิหร่าน บังคลาเทศ ปากีสถาน และ อินเดีย
ขณะเดียวกัน พลังงานนิวเคลียร์ ยังถูกนำไปใช้ในเรื่องอื่นๆ อีก เช่น ผลิตแบตเตอรี่ ผลิตไฮโดรเจน ใช้ทางการแพทย์ ตรวจจับมลพิษ ขับเคลื่อนยานสำรวจอวกาศ แยกเกลือออกจากน้ำ และ การขุดค้นทางโบราณคดีและบรรพชีวินวิทยา เป็นต้น
แม้ว่าคำว่า นิวเคลียร์ จะฟังดูน่ากลัว อันตราย เพราะเกี่ยวข้องกับสารกัมมันตรังสี แต่หากผ่านการศึกษา ควบคุม ดูแลอย่างดี พลังงานนิวเคลียร์ ก็ยังถือว่าเป็นพลังงานสะอาด เมื่อเทียบกับพลังงานอื่นๆ
พลังงานนิวเคลียร์ คือเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อนำพลังงานจากอะตอมของสสารมาใช้งาน ซึ่งอาศัยเตาปฏิกรณ์ปรมาณู แม้ว่าในปัจจุบันพลังงานนิวเคลียร์ที่มีการนำมาใช้จะได้มาโดยอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบแตกตัวเพียงอย่างเดียว แต่ในอนาคตอาจจะสามารถนำประโยชน์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบอื่นมาใช้ได้ เช่น ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบรวมตัว พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู จะใช้ในการต้มน้ำเพื่อผลิตไอน้ำที่จะใช้เปลี่ยนไปเป็นพลังงานกลสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าหรือจุดประสงค์อื่น
ดังนั้น พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่น เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอมแตกตัวออกเป็นส่วนเล็กๆ สองส่วน ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นเมื่อนิวตรอนชนเข้ากับนิวเคลียสของธาตุที่สามารถแตกตัวได้ อาทิ ยูเรเนียม หรือ พลูโตเนียม จะเกิดการแตกตัวเป็นสองส่วนกลายเป็นธาตุใหม่ พร้อมทั้งปลดปล่อยอนุภาคนิวตรอนและพลังงานจำนวนหนึ่งออกมา
อย่างไรก็ตาม โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ เป็นระบบที่จะนำพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์มาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปประกอบด้วยส่วนหลักๆ 4 ส่วนคือ เตาปฏิกรณ์ ระบบระบายความร้อน ระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้า และระบบความปลอดภัย ซึ่งพลังงานนิวเคลียร์มีข้อดีคือ สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก มีความคุ้มค่าสูง สร้างความมั่นคงทางพลังงานได้ดี รวมถึง การปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ ควันที่ถูกปล่อยออกจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในความเป็นจริงแล้วคือไอน้ำที่เกิดจากระบบระบายความร้อนรวมถึงการผลิตไฟฟ้าจึงไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะยาวหากเทียบกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่นๆ อีกทั้งยังมีปริมาณของเสียโดยรวมน้อยกว่าด้วย
1.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน คือโรงไฟฟ้าที่นิยมใช้มากที่สุด โรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็น และสารหน่วงนิวตรอน ให้กับเครื่องปฏิกรณ์ และมีระบบการทำงานเป็นสองวงจร โดยวงจรแรกเป็นระบบระบายความร้อนจากแกนปฏิกรณ์ ซึ่งระบบน้ำในวงจรนี้จะมีอุณหภูมิสูงถึง 325 องศาเซลเซียส จำเป็นต้องทำงานภายใต้ความดันที่สูงมากเพื่อป้องกันการเดือดของน้ำ และมีเครื่องควบคุมความดัน ทำหน้าที่ควบคุมความดันภายในระบบ
วงจรที่สองจะทำงานภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าวงจรแรก ซึ่งน้ำในวงจรนี้จะถูกผลิตเป็นไอน้ำที่เครื่องกำเนิดไอน้ำ เพื่อไปขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ ที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และไอน้ำที่ผ่านกังหันไอน้ำจะผ่านเครื่องควบแน่นกลับเป็นน้ำแล้วจะกลับไปรับความร้อนที่เครื่องผลิตไอน้ำอีกครั้ง
2.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด โรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็นและสารหน่วงนิวตรอน และมีระบบการผลิตไอน้ำหมุนเวียนเป็นวงจรเดียว โดยความร้อนจากปฏิกิริยาฟิชชันจะทำให้น้ำภายในเครื่องปฎิกรณ์เดือดกลายเป็นไอน้ำ โดยมีอุณหภูมิสูงประมาณ 285 องศาเซลเซียส ซึ่งไอน้ำที่เกิดขึ้นจะถูกส่งไปที่กังหันไอน้ำเพื่อไปขับหมุนกังหันไอน้ำที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หลังจากนั้นไอน้ำจะผ่านเครื่องควบแน่นกลับเป็นน้ำเพื่อไปรับความร้อนจากแกนปฏิกรณ์อีกครั้ง
ระบบของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือดถูกออกแบบให้ทำงานที่ความดันต่ำกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำอัดความดัน และเนื่องจากน้ำที่ไหลผ่านแกนปฏิกรณ์มีการปนเปื้อนสารกัมมันตรังสี ทำให้อุปกรณ์ในส่วนของกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) ปนเปื้อนสารกัมมันตรังสีด้วย ทำให้ระบบการป้องกันอันตรายและการควบคุมสารกัมมันตรังสีและการบำรุงรักษาอุปกรณ์ค่อนข้างยุ่งยากกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบอื่น
3.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนัก โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนัก (พัฒนาโดยประเทศแคนาดา โรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติที่ไม่มีการเสริมสมรรถนะเป็นเชื้อเพลิง และใช้น้ำมวลหนัก เป็นสารหล่อเย็นและสารหน่วงนิวตรอน สำหรับระบบการผลิตไอน้ำเป็นแบบสองวงจรเหมือนโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน
น้ำมวลหนักในวงจรแรกจะถ่ายเทความร้อนออกจากมัดเชื้อเพลิงให้กับน้ำในวงจรที่สองเพื่อนำไปผลิตไอน้ำที่เครื่องกำเนิดไอน้ำ ก่อนส่งไอน้ำไปหมุนกันหันไอน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า และเนื่องจากโรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ทำให้ต้องเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกวัน ดังนั้นจึงมีการออกแบบให้โรงไฟฟ้าประเภทนี้สามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์
4.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบ High Temperature Gas Cooled Reactor (HTGR) โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ประเภทนี้ใช้ก๊าซเป็นตัวระบายความร้อน มีความปลอดภัยในตัวเองสูง กล่าวคือมีแนวโน้มการเกิดอุบัติเหตุต่ำแม้ไม่มีการควบคุม เป้าหมายของเครื่องปฏิกรณ์ลักษณะนี้ไม่ได้มุ่งเน้นการผลิตไฟฟ้า แต่เน้นการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเพื่อใช้กับเครื่องยนต์ โดยหลักการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทนี้สามารถประยุกต์ใช้ได้ทั้งกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนพลังงานต่ำและนิวตรอนพลังงานสูง โดยใช้ U-235, Pu-239 และ U-233 เป็นเชื้อเพลิง
5.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบ Fast Neutron Reactor (FNR) คือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่เน้นปฏิกิริยาการแตกตัวที่เกิดจากนิวตรอนพลังงานสูง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทนี้สามารถใช้ U-238 ซึ่งมีอยู่มากมายในธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งช่วยลดปัญหาเรื่องการจัดหาเชื้อเพลิงและการเสริมสมรรถนะ โดย FNR บางแบบสามารถถูกออกแบบให้แปลง U-238 เป็น Pu-239 ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปได้อีกส่วนหนึ่ง เรียกเครื่องปฏิกรณ์ลักษณะนี้เรียกว่า Fast Breeder Reactor (FBR)
เครื่องปฏิกรณ์แบบ FBR จะใช้นิวตรอนเร็วเป็นตัวกระตุ้นปฏิกิริยาฟิชชัน เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นสารประกอบของ PuO2 และมี U-238 ซึ่งเป็นวัสดุเฟอร์ไทล์ห่อหุ้มรอบแกนปฏิกรณ์ นิวตรอนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิชชันจะเข้าทำปฏิกิริยานิวเคลียร์กับ U-238 ได้พลูโตเนียมเป็นผลผลิต ซึ่งสามารถสกัดเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต่อไปได้อีก โรงไฟฟ้าประเภทนี้มีระบบระบายความร้อนเป็นแบบ 2 วงจรโดยมีโซเดียมเหลวเป็นสารหล่อเย็น
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบโมดูลขนาดเล็ก เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีกำลังการผลิตน้อยกว่า 300 เมกะวัตต์ มีลักษณะเป็นโมดูลที่ผลิตและประกอบเบ็ดเสร็จจากโรงงานผู้ผลิต สามารถขนย้ายโดยรถบรรทุกหรือรถไฟ เพื่อนำไปติดตั้งในพื้นที่ที่ต้องการได้อย่างสะดวก ในบางรุ่นสามารถติดตั้ง SMR หลายโมดูลประกอบกันเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าได้ โรงไฟฟ้าประเภทนี้มีข้อได้เปรียบในเรื่องของความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ใช้เงินลงทุนต่ำกว่า ใช้เวลาก่อสร้างน้อยกว่า และเรื่องความปลอดภัยที่มีกำลังการผลิตต่ำกว่า รวมถึงความซับซ้อนของระบบน้อยกว่า และสามารถนำไปประยุกต์ในภาคอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น การผลิตน้ำจืด การผลิดก๊าซไฮโดรเจนได้
ประเทศไทยเคยมีแนวคิดผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ครั้งแรกในปี 2504 จากการประกาศใช้ พ.ร.บ. พลังงานปรมาณูเพื่อสันติ พ.ศ. 2504 ในสมัยรัฐบาลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ เพื่อวิจัยค้นคว้า และต่อมาในปี 2509 กฟผ. ก็ได้เสนอโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต่อรัฐบาลจอมพลถนอม กิตติขจร
แผนการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ปรากฏในแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้า พ.ศ. 2550-2564 (PDP 2007) เป็นครั้งแรก ซึ่งกำหนดให้มีโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ 4 โรง ในปี 2563 และ 2564 มีกำลังการผลิตไฟฟ้าโรงละ 1,000 เมกะวัตต์ ในแผน PDP 2018 และแผน PDP 2018 ฉบับปรับปรุงครั้งนี้ 1 (แผนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน) ได้ถอดโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ออกไป โดยหันมาเน้นเชื้อเพลิงก๊าซและพลังงานหมุนเวียนเป็นหลัก
ส่วนแผน PDP2024 ที่จะเปิดให้มีการรับฟังความคิดเห็นเร็วๆ นี้ จากการให้สัมภาษณ์ของวีรพัฒน์ เกียรติเฟื่องฟู ผู้อำนวยการสำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) ในแผน PDP ฉบับใหม่ที่จะออกมา มีการกล่าวถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก 70-350 เมกะวัตต์ ในแผน โดยยังไม่ระบุจำนวนโรงและกำลังการผลิต
อนึ่ง ต้องยอมรับว่าภาพลักษณ์ของ นิวเคลียร์ และ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ในสายตาคนไทยถือเป็นเรื่องใหม่ มีแต่ภาพลบ ปัญหาใหญ่คือทำเทที่ตั้งของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในไทยที่ไม่ว่าไปที่ไหนก็จะถูกต่อต้านจากคนในพื้นที่อย่างแน่นอน ยิ่งเมื่อมีอุบัติเหตุเกิดขึ้นในหลายประเทศทั่วโลก โดยเฉพาะที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะในประเทศญี่ปุ่น ก็ยิ่งทำให้หลายฝ่ายกังวล รวมถึงไม่มั่นใจเรื่องความปลอดภัย
แม้ว่าทุกวันนี้ในแถบอาเซียนจะยังไม่มีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ (ฟิลิปปินส์ มีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์บาตาอัน โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แห่งแรกของเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ แต่ไม่เคยถูกใช้งาน) แต่เชื่อว่าในอนาคตโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์จะเป็นทางเลือกที่ภูมิภาคนี้ปฎิเสธไม่ได้ จากความต้องการการใช้ไฟฟ้าที่สูงขึ้น ทั้งจาก จำนวนประชากรที่เพิ่ม การขยายตัวทางเศรษฐกิจ และ ภาวะโลกร้อนที่รุนแรง
พลังงานนิวเคลียร์ ได้ชื่อว่าเป็น พลังงานแห่งอนาคต เพราะถึงจะมีข้อเสียที่ยังไม่ตอบโจทย์ประเทศไทยอย่าง ต้นทุนที่สูงกว่าพลังงานหมุนเวียน 2 – 3 เท่า รวมถึงปัจจุบันยังมีกำลังการผลิตไฟฟ้าในประเทศที่มีส่วนเกินมากกว่า 34% จึงอาจยังไม่ต้องเข้าสู่ความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมของสารกัมมันตรังสี
กระนั้น โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ จึงมีความน่าสนใจในแง่ของความเสถียรภาพ ให้พลังงานไฟฟ้าเพียงพอต่อความต้องการพื้นฐาน เป็นกำลังการผลิตไฟฟ้าเสริม โดยเฉพาะบทบาทในฐานะพลังงานสะอาดที่ไทยยังมีสัดส่วนไม่ถึง 20% ของกำลังการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด เพื่อบรรลุเป้าหมาย Net Zero ของประเทศในปี 2065 ที่จำเป็นต้องมีการลงทุนด้านพลังงานหมุนเวียน
ด้านระดับโลก ในยุโรปเองมีสัดส่วนในการใชช้พลังงานไฟ้ฟ้าอยู่ที่ 20% และเพิ่มขึ้นทุกๆ ปี เนื่องจากพลังงานนิวเคลียร์ไม่มีการเผาไหม้หรือสันดาปภายใน ในกระบวนการผลิตไฟฟ้าจึงไม่ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และไนตรัสออกไซด์ ซึ่งเป็นที่มาของปรากฏการณ์ก๊าซเรือนกระจกหรือภาวะโลกร้อน หากมองในแง่นี้ถือว่าเป็นพลังงานที่รักษ์โลก เป็นประโยชน์ในระยะยาว นับเป็นหนึ่งในพลังงานความหวังของมนุษย์ชาติ ไม่แพ้พลังงานอื่นๆ เลย
สืบค้นและเรียบเรียง สิทธิโชติ สุภาวรรณ์
ภาพ
Millstone Nuclear Power Plant จาก Nuclear Regulatory Commission
ข้อมูลอ้างอิง
สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน
ส่วนงานพลังงานนิวเคลียร์และรังสี การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)