コラム

<技術解説③> 原子力発電の仕組みと取り巻く環境

2022.04.18

はじめに

エネルギー資源の乏しく、島国であることから隣国からの電力供給も難しい日本では、特定のエネルギーに依存せず、多様なエネルギー資源を確保しておくことが重要になります。過去、2度のオイルショックの経験から、省エネルギーに努めてきたことから石炭・石油・天然ガスなどの燃料に代わるエネルギーの開発・導入を進めてきました。また、昨今の脱炭素社会といった背景から、再生可能エネルギーの必要性が叫ばれておりますが、安定性に乏しいという側面を持ちます。このような観点から、外部からの燃料供給が不要かつ安定的に発電できる原子力発電は今後も必要不可欠な電源であるといえます。本コラムでは、原子力発電の仕組みや今後も必要となる背景、現状の課題などについてご紹介させていただきます。

 

原子力発電のしくみ

原子力発電とは、簡単にいうと火力発電の熱を原子力で置き換えたものになります。原子炉と呼ばれる反応を起こさせる炉の中で、ウラン燃料が核分裂を起こして熱を作っています。この熱を利用して水を水蒸気に変換し、タービンを回すことで電気を作っています。この燃料として使われているウランですが、実際に核分裂を起こすのはウラン235になります。ウラン235は天然ウランの中に0.7%程度ふくまれており、これを4%程度まで濃縮し、小さなペレットに焼き固めて使用します。

原子炉の中では、ウラン235が中性子を吸収することで核分裂が起き、大きな熱エネルギーを発生させます。さらにその時、ウラン235の原子核から2~3個の中性子が飛び出し、核分裂が連鎖的に発生します。これにより、1度燃料を入れると、数年の間連続運転が可能となります。

 

環境問題(カーボンニュートラル)と原子力発電

CO₂などの温室効果ガスは地球温暖化の原因を言われており、これら温室効果ガスの排出を全体としてゼロにすることをカーボンニュートラルという。2015年のパリ協定以降、各国は2050年までに温室効果ガスの排出量とゼロにしようと様々な政策を進めている。特に日本においては、2021年の4月に「2030年度の温室効果ガスの総排出量の46%削減(2013年比)を目指し、2050年のカーボンニュートラル達成」を宣言。エネルギー消費大国であり火力発電の多い日本では、これら基準の達成のためにエネルギーの転換を行う必要があります。

原子力発電では、ウラン燃料が核分裂した時に発生する熱を利用して発電するため、太陽光発電や風力発電と同様に、発電時にCO₂を排出しません。原子力発電は地球温暖化防止の観点で、非常に優れた発電方法となります。

 

原子力発電のもつ課題

原子力発電を運用すると様々な廃棄物が出てきます。特に過去より問題となっているのは、発電に使い終わった後の核燃料(使用済み核燃料)です。ガラス固化体と呼ばれる放射性廃棄物は、1960年代の原子力発電稼働以降、長らく問題となっているだけでなく、最終的な処分方法が決定していません。海外では、地下300m以下の固い岩盤や廃鉱跡地に埋設処理することを具体的に実施しているが、日本においては、地震や火山噴火の影響、地下水の多さから、候補地の目途すら立っていない状況にあります。政府も処分地に名乗り出た自治体に対して、数十億円の支援を行うとし候補地の選定を急いでいます。安全を期すため、調査だけでも10年単位の時間をかけることを検討しているとのことだが、2011年以降、国民や自治体の協力は得られにくい状況が続いています。

 

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