淺談核能電廠對海洋的影響

楊起/中山大學海洋生物科技暨資源學系

近年來,臺灣供電吃緊,在需電量連年增加的情況下,常造成電網的不穩定。去(2017)年8 月15 日,適逢夏季用電高峰加上颱風吹壞輸送電塔和人為操作失誤,造成了815 大停電。因為這次事件,人們想起迄今已完工的2 部核四機組,為此,核能電廠的使用與否又成了一大熱門話題。

核能發電的影響
核能電廠的好處,不外乎發電過程幾近零的空氣汙染、排碳和便宜的電價,但民眾在乎的多屬電廠對環境帶來的負面衝擊,因此核能問題常登上新聞版面引發各式輿論。在此列舉三項國內外報告指出,核能電廠在運作過程的常見影響:

一、溫排水
溫度,是近數十年世界才注意到的「能量」汙染,不同於其他的物質汙染,如:重金屬和有機物,根據人們數百年的研究經驗,溫度影響所有的物理和化學性質。簡言之,溫度的改變,將使生物面臨一個陌生環境,也因此全球暖化議題發燒,生物和溫度關係的研究從不間斷。
為什麼核電廠會排放溫水?根據熱力學第二定律,能量間的轉換不可能為100%,而不能轉換的能量將以熱的形式放出。而為避免發電機組因過熱導致故障,核能發電使用大量的水來降溫,以致溫水就這麼被製造出來。臺灣河川流量多四季不均,故臺灣除水力發電等大型電廠多興建於濱海地區(圖一),是為冷卻水和原料的取得便利。


國外另有核電廠坐落於湖泊或大型河川左右,但上述淡水水體較海洋來得封閉,溫排水的影響必然比海水大,故以海水為主要冷卻水來源,可降低對自然生態的衝擊。

溫排水影響,最廣為人知的是民國70、80 年代核三廠的珊瑚白化事件。珊瑚礁生態系為海洋多樣性最高的生態系,珊瑚的死亡造就其他物種的遷徙甚至滅絕。不過,後續針對溫排水的相關規範落實後,墾丁地區珊瑚白化現象幾乎已得到復育。以核三廠出水口為中心,半徑500~700 公尺的溫排水溫度和外部海水僅小於1℃(圖二),半徑1000 公尺以外則水溫無異,故核三廠所排放出的溫水對於絕大部分墾丁海域中的珊瑚礁較無影響。


另一個著名溫排水影響是核二廠封閉防波堤的秘雕魚事件,主因是高溫海水(≧ 37℃)使花身鯻(Terapon jarbua,俗名花身雞魚)和大鱗鮻(Liza macrolepis,俗名豆仔魚)體內的維生素C 遭破壞,進而干擾骨骼和肌肉生長,成了人們眼中的畸形魚類。民國83 年新堤防竣工後,雖然秘雕魚比例已下降不少,但至今仍有相關的紀錄,其中又以夏季的比例最為顯著,而在其餘季節秘雕魚則較少,顯示高溫是造成秘雕魚的最主要影響因子。有趣的是,有些研究指出夏季溫排水對生物有害(>32℃),但在冬天反而增加了出水口的基礎生產力。在中國杭州灣一帶的核電廠周圍,就有發現溫排水製造了一個讓魚過冬的好棲所,提供食物和無風浪的良好環境。不過,現今在臺灣有關溫排水有其相關規範,需符合環保署公布的放流水標準〔註一〕

縱使看到這現象,仍有不少專家指出魚類畸形可能由其他汙染導致,如有機錫(organotin compounds, OTC),為一環境賀爾蒙〔註二〕、輻射或重金屬等。不過,秘雕魚在常溫下飼養,即可復原至正常狀態,而上述其他汙染導致的畸形則多屬不可逆,且無相關證據指出其餘汙染對秘雕魚有直接或間接的影響。

除了以上看得見的生物和事件外,再來是對海洋浮游生物的影響,經核電廠冷卻循環系統等相關機械應力(mechanical stress)後,海水中的浮游動物紡綞水蚤(Acartia tonsa)無明顯下降,拖網調查也沒有發現該生物有構造上的受損,因此,可推測機械應力非浮游生物減少的主要原因。但高溫冷卻水排出後,越高的水溫(>32℃)使植物性浮游生物死亡和抑制光合作用的進行(溫度越高,死亡率越高、多樣性越低),同時使動物性浮游生物死亡和生長代謝速率改變,如橈足類卵的孵化速率加快;影響以溫度為生長依據的生物,如藤壺的浮游幼生,當溫度升高時,會固著成海邊常見的外型,即為其成體。

最後,值得關注的是溫度變化,多項多個地區的長期分析報告或期刊中,多年來不管是湖泊還是海洋,年均溫不斷地些微上升。雖然短期不明顯,但是動輒3、40年的資料整理發現,全球暖化已是一種趨勢。有學者指出溫度的上升,使珊瑚礁更容易生病,也會增加颱風和颶風的頻率,更不用說人類過度排放二氧化碳引發的海洋酸化一再打擊珊瑚的生存空間,也大大加速了珊瑚的滅絕,值得我們深加探討、思索。

二、餘氯問題
在臺灣飲用水的處理過程,經常聽到加氯(Cl2∕HClO)消毒,原理是氯氣溶於水產生鹽酸和次氯酸,次氯酸解離產生的氧自由基可供殺菌,反應式如下:

Cl2 + H2O→HCl + HClO
HCl→H+ + Cl- 
HClO→HCl+[O],[O]為游離氧(自由基)

同理氯應用於核電廠冷卻系統,是為避免浮游生物固著於管線內造成的堵塞。研究顯示0.0003~0.0005 毫克∕升(mg/L)的氯即可使部分魚類和無脊椎動物產生逃避的傾向,但目前全球加入的氯量平均約為0.5毫克∕升,遠遠高過上述將近千倍,更大幅降低了浮游植物光合作用的效率,其同時產生的氧自由基,若含量過高則可能導致生物生理或基因上的永久傷害。

三、核電廠排出的放射物
核能電廠在正常營運、監控下不排放影響生物尺度的放射性元素(歷史上三大核能電廠災害:車諾比、三哩島和福島事件,均是人為、過失或天災造成),如鈽(Pu)、鋂(Am)、鋦(Cm)等已知高放射性核廢料元素。但與放射性物質(燃料棒)直接或間接接觸的管線不斷被其他放射物激發出同位素,如59Fe、60Co(由60Fe經β衰變產生)、54Co等,爾後進入冷卻水再排至海洋,雖極少量但長期而言仍不可忽視,且理論上服役越久的核能電廠此現象應越明顯。

最為民眾誤解的是,諸多有放射性的元素被排入自然中,是否對我們所生長的環境甚至健康有重大影響?答案仍是眾說紛紜,但是許多分析指出就算被激發的同位素隨冷卻水進入大自然中,但其所產生的輻射劑量遠小於自然界的正常背景劑量〔註三〕,僅約自然界的0.01%。換句話說,比起核能電廠正常運轉產生的輻射劑量,更需要擔心的是其他人為活動,如核子試爆或其他醫學放射性治療(進行任何一次X光掃描皆高出核電廠正常運作一年產生數百甚至數千倍的劑量)。

此外,蘭嶼低階核廢料貯存問題也不斷浮現在臺面上。在行政院原子能委員會和臺電數十年的監控下,7Be、40K等核種常見於生物體,且隨溫度、天氣和海況等變化,但鈾系、釷系核種僅出現於沉積物當中,生物體則未檢出。上列的核種常見於地球四周,屬於天然的放射物質,其他人工放射性核種,如54Mn、60Co、137Cs,均未達到申報值,數十年來不曾出現異狀。2011年日本福島核災後,蘭嶼附近海域可測得以往未檢出的134Cs,而測得的137Cs推測多來自1950~1960年的大量核子彈試爆。



〔註一〕
由環保署公布的溫排水規範:
針對廢水的溫度規範,排水出口為海洋時,溫度不能超過42℃,且離排水口500公尺處的表水溫差不得高於4℃。
 〔註二〕
有機錫化合物:
存在於部分塑膠中以維持穩定度、農藥、船隻底部塗料(防止固著性生物吸附造成損壞,如藤壺、固著性藻類;同時保護船體不受海水侵蝕)。有機錫為環境賀爾蒙之一,影響人體的神經系統運作,部分嚴重案例中甚至有死亡的例子;對海洋生物而言,易累積於甲殼、貝類體內造成傷害,部分貝類會出現雄化現象。最後,這些受汙染的生物,再由食物的方式進入人體。
  〔註三〕
自然界中的背景輻射,主要來自四個面向:
1. 空氣中的放射性氣體,如222Rn。
2. 地表輻射,土壤中其他放射性元素,如238U、232Th。
3. 宇宙射線,如太陽風、其他星體的放射線。
4. 人體中的放射物,由自然呼吸和飲食攝入,如14C、40K、7Be。
以上全球平均每年約為2.4毫西弗(mSv)。

延伸閱讀
1. 臺灣電力公司,〈第三核能發電廠及蘭嶼貯存場附近海域之生態調查〉,2016年。
2. Chen C. Y., K. T. Shao and Y. Y. Tu, Effect of thermal discharges on the fish assemblages of a nuclear power plant in northern Taiwan, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 12(5): 404-410, 2004.
3. Choi K. H. et al., Thermal impacts of a coal power plant on the plankton in an open coastal water environment, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 20(2): 187-194, 2012.
4. Briand F. J. P., Effects of power-plant cooling systems on marine phytoplankton, Marine Biology, Vol. 33: 135-146, 1975.
5. Eppley R.W., E.H. Renger and P.M. Williams, Chlorine reactions with seawater constituents and the inhibition of photosynthesis of natural marine phytoplankton, Estuarine and Coastal Marine Science, Vol. 4:147-161, 1976.


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