エネルギー
第4世代原子力発電: より安価で、よりクリーン、より安全
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サイエンスフィクションから停滞へ
原子力エネルギーが物議を醸すと言うのは控えめな表現です。多くの人はそれを極めて危険な考えだと見なし、チェルノブイリや福島の恐怖を証拠として挙げ、核廃棄物の問題は解決不可能だと考えています。一方で、極めて低い炭素排出と小さな土地フットプリントでベースロード電力を供給できることから、文明を救う可能性のある技術と見る人もいます。
この分裂は、気候変動が話題になる前から早くに存在していました。
世界はまず広島と長崎への原子爆弾投下により核の驚異的な力を認識し、続いて水素爆弾の発明と冷戦が続きました。これらの起源から、原子を新たに掌握したことによる破壊的可能性は明らかでした。
やがて、平和利用のためにそれを活用しようという考えも広がりました。最初は「原子力平和利用（Atoms for Peace）」イニシアチブがあり、続いて世界中で原子力発電所の大規模建設が進みました。一時期は、将来は原子力が主流となり、石炭・石油・ガスの燃焼はオランダの風車のように時代遅れになると考えられていました。
実際には、チェルノブイリ事故後の1990年代後半から原子力発電の成長は止まり、以降は世界的に停滞しています。中国の生産増加が、衰退する欧州の原子力産業を補っている状況です。
長らく、核エネルギーの開発に前向きだったのは中国とロシアだけのように見えました。
特に中国は、「他のどの国よりも速く原子炉を建設している」とエコノミストに評されました。
出典: The Economist
現在、核エネルギーは数年前には考えられなかった規模で世界的に復活しつつあり、多くの報道が政策転換を指摘しています：
- 日本、世界最大の原子力発電所再稼働に向けて承認取得を加速
- 米エネルギー長官ジェニファー・グランホルム、米国の原子力艦隊を3倍に増やすよう呼びかけ
- 韓国のエネルギー計画案に新たな原子力が組み込まれる
- フランス、再生可能エネルギー目標を放棄し新エネルギー法で原子力を優先
- 英国、スコットランドで新原子炉建設を計画
- インド、2032年までに13.8GWの容量を持つ18基の原子炉を建設予定
脱炭素の欠けたリンクは？
安全性への懸念は依然として根強く、ドイツが原子力発電所を閉鎖した決定の根拠となっています。
しかし、炭素排出と気候変動への懸念が高まる中、原子力はすべてのエネルギー源の中で最も排出が少なく、風力や太陽光よりもはるかに少ない土地と原材料で済むことが分かっています。
壮大で長期的な影響がある一方で、実際には原子力は大災害を含めても死亡者数で測れば再生可能エネルギーと同程度に安全です。
したがって客観的に見れば、原子力は電力網と経済全体の脱炭素化に用いるべきツールの一つと言えるでしょう。特に、輸送（電気自動車）や暖房（ヒートポンプ）の電化、さらにはAIデータセンターといった新たな需要が増大する中で重要です。
石炭・石油・ガスの置き換え量は膨大です。再生可能エネルギーと電気自動車の導入が進んでも、依然としてエネルギー消費の大部分は化石燃料が占めています。
核廃棄物はどうする？
核エネルギーの実際の安全性は、核廃棄物の問題を残します。
将来世代に対して、ピラミッドが立っているよりはるかに長い期間危険な有毒廃棄物を残すという考えは、少なくとも不安を抱かせます。
気候を守るために未来を毒するべきでしょうか？ 幸いにも、技術進歩により少なくとも二つの解決策が浮上しています。
第一の選択肢は核廃棄物のリサイクル、第二はほぼ核廃棄物を出さないことです。どちらもいわゆる第4世代原子力発電所の一部です。
詳細は以下の高速炉とチオシン炉をご参照ください。
もちろん、将来的には超信頼性ロケットで宇宙へ持ち出すといった解決策も考えられますが、現在のところ打ち上げ失敗時に大陸半分に核廃棄物が散布されるリスクは受け入れられそうにありません。
原子力発電所の世代別概要
第1世代原子力発電所は実質的に試作機で、商業利用はされていませんでした。
第2世代原子力発電所は現在の主力で、1965年から1996年にかけて建設されました。
第3世代は第2世代から得た教訓を踏まえ、稀に起こる壊滅的事故を防ぐことを目的に設計され、1996年から2016年に建設されました。時に、2017年から2021年に建設された第3+世代は安全性向上に重点を置くと説明されます。
第4世代はまだ始まったばかりで、従来とは異なる新設計・概念、場合によっては核燃料自体の変更を目指しています。
第5世代についても議論がありますが、経済的実現性や技術的課題、安全性への懸念から実用化は進んでいません。
第4世代原子力発電所
何が第4世代に該当するかは業界専門家の間で激しく議論されています。
本稿では主に第3世代設計から根本的に逸脱したプラント設計について論じます。
必要に応じて一部詳細は省略し、できるだけシンプルに説明します。
超高温炉（VHTR）
この設計は1,000°Cという非常に高温で動作することが特徴です。2023年に中国東部で華能山東石島湾原子力発電所が商業運転を開始したことにより、実用化された唯一の第4世代原子力発電所です。
設計は「ペブルベッド」方式を採用し、手で握れるほどの小さなセラミック球がウランコアを保護し、1つのリアクターに数万個の球が配置されます。
出典: CGTN
X-Energy (XE ) も米国で同様の技術を開発しています。
高温で受動的に冷却されるため、3世代原子力発電所に比べて本質的に安全性が高い設計です。
ペブルベッドの利点は、リアクターの稼働を中断せずに球体を交換できる点と、セラミックが放射性物質の漏洩リスクを低減する点です。
溶融塩炉（MSR）
このタイプのリアクターでは、冷却材として水やガスではなく溶融塩混合物を使用します。場合によっては燃料自体も溶融塩に溶解させます。
溶融塩炉は出力効率が高く、燃料をより効率的に燃焼させ、核廃棄物を少なくします。高温であるため、しばしばVHTRと共に「熱炉」カテゴリに分類されます。
しかし、溶融塩は腐食性があり、放射線による構造劣化が加わると配管やポンプ等のメンテナンスが極めて慎重に行われる必要があります。
チオシン
1950年代以降、ほとんどのリアクターはウランを燃料として使用してきました。そのためウランが唯一の選択肢と考えられがちです。
しかし、これは主に政治的な選択であり、ウランリアクターはプルトニウムを生成します。当時は核兵器材料の供給源として好まれました。
代替として、ウランの約3倍の資源量を持つチオシンがあります。チオシンリアクターの副産物は核兵器材料に転用される可能性が極めて低いです。
出典: ACS
チオシンのもう一つの大きな利点は、液体フッ化物チオシン炉設計（溶融塩チオシン炉）を使用すれば、廃棄物を最大100倍削減できる点です。
中国は水なしで稼働できるチオシン炉で砂漠地域への適用を進めています。また、チオシン炉で動くコンテナ船の開発も発表しています。
高速・ブレーダー・バーナー炉
高速炉は「高速中性子」を利用し、減速材を使用しないことで、ウランやプルトニウムなどアクチニド族元素を直接燃焼させることができます。
出典: Sciences Notes
従来の燃料は長寿命のアクチニド混合物となり、核廃棄物の主な問題となります。
バーナー炉は使用済み核燃料中の問題アクチニドをほぼ全て転換し、処理後の廃棄物は体積が90〜98％減少し、数十年から数世紀程度で放射能が低下するレベルにまで削減します。
このタイプの炉は冷却方式により分類され、ガス冷却、ナトリウム冷却、鉛冷却があります。
第4世代と呼ばれますが、実は新技術というわけではありません。フランスのフェニックスとスーパーフェニックスは1970年代から1990年代にかけて核廃棄物を燃焼させましたが、運転コストと緑の党からの政治的圧力で最終的に閉鎖されました。
現代の高速ブレーダー炉の例として、GE-日立のPRISMがあります（設計はされましたが未建設）。
小型モジュラー炉（SMR）とマイクロリアクター
従来の原子炉は大規模な発電所として設計されています。
新たな設計コンセプトは、トラックで運搬可能なサイズ（SMR）や標準コンテナサイズ（マイクロリアクター）に小型化することです。
出典: Nuscale
全体として、SMRは電力網や大規模産業プロセスへの供給に、マイクロリアクターは遠隔地、軍事施設、宇宙探査に利用される可能性が高いです。
小型化と標準化された設計は、規模の小さい国でも導入しやすくします。
SMRのもう一つの利点は、トラックや船舶のようにシリーズ生産が可能で、カスタム設計に比べて規模の経済とコスト削減が期待できる点です。
実際には、プロトタイプ段階で予想以上のコストがかかることもあり、熱意がやや低下した時期もありました。
それでも、フィンランドフィンランド、ノルウェーノルウェー、ポーランドポーランド、米国米国、カナダカナダ、アルゼンチンアルゼンチンなどでプロジェクトが進行中です。
SMR技術の現状については、当社記事「SMR（小型モジュラーリアクター）に関する最新情報 – 依然として核エネルギーの未来」をご覧ください。
浮体式原子力ステーション
第4世代とは技術的に完全に一致しないかもしれませんが、浮体式発電所は従来の原子力発電所概念から大きく逸脱した新コンセプトです。
主にロシアのロサトムが提唱しており、航空母艦などの核動力船とは異なる概念です。
この船舶の目的は、移動可能な浮体式発電所になることです。サイズ的制約から、非常に大型のSMRと見なすこともできます。
出典: Power Technology
この概念はロシア北極圏で、主に鉱業や石油・ガス採掘に従事する沿岸都市に電力を供給するために利用されました。この環境では、ステーションの「余熱」を地区暖房に利用でき、無駄になりません。
より広範な応用として、核技術運用経験のない途上国へ電力を提供する手段となり得ます。ステーションはメーカーが運転し、電力は本土に「プラグイン」するだけで供給できます。
また、島嶼や遠隔地域への電力供給、迅速に展開できる災害救援システムとしても活用可能です。
例えば、ギニアはロシアとこのプロジェクトで協力する意向を示しています。
ウェスティングハウスとプロディジーもこのアイデアを検討しており、韓国のKSOEとKepco、さらにはデンマークのSeaborgが溶融塩技術と海上発電所を組み合わせた案を提示しています。
コスト
核電力に対する最後の批判はコストです。
これは主に米国と欧州で最近の核プロジェクトが大幅なコスト超過に見舞われたことに起因します。例えば、ジョージア州のヴォグルト発電所は総額370億ドル、うち200億ドルがコスト超過しました。また、フィンランドのオルキルオト3号機は当初予想の30億ユーロに対し、最終的に110億ユーロに膨らみました。
ヴォグルトが建設に14年、オルキルオトが当初見積もりから12年遅れて稼働したことが、コスト膨張の大きな要因です。
しかし、これは致命的な問題ではありません。同期間にブルームバーグは中国がわずか170億ドルで6基の原子炉を建設したと報じました。
西側でのコスト上昇は主に以下の3つの要因に起因しています：
- 規制負担の増大。
- 安全性への審査強化が一因である一方、業界は官僚的な手続きや政治的な妨害と批判しています。
- 資本コストの上昇。
- 原子力発電所は建設費が前払い中心であるため、低金利の資本コストが最終価格を大幅に下げます。中国の核プロジェクトは国家から低金利融資を受けられることが多いです。
- プロジェクト数の不足。
- 連続して多数のプラントを建設すれば、メーカーは生産を標準化し、シリーズ生産が可能になります。
- 安定したプロジェクト供給は熟練技術者の育成・維持にも寄与します。
これらの課題はすべて解決可能です。過剰な規制は緩和でき、政府が資本を動員すればコストは抑制できます。さらに、プロジェクト数を増やし安定したエネルギー政策を実施すれば、サプライチェーンは再構築されます。
原子力エネルギー企業
1. Cameco Corporation
CCJ 価格チャート
原子力発電はウラン供給に依存しています。ウランは希少資源ではありませんが、高濃度埋蔵体は容易に見つかりません。
市場はカザフスタンのカザトムプロムとカナダのCamecoが支配しています。他のウラン生産者も存在しますが、規模とコスト面で圧倒的に上回ります。そのため、Camecoは既存・将来の原子力発電所に必要な原料供給の中心となります。
出典: Cameco
しかし、Camecoの採掘事業は全体の半分に過ぎません。2022年にCamecoは米国最大手原子力プラント建設会社Westinghouseの過半数支配権取得を決定し、投資大手Brookfieldと提携しました。
これにより、Camecoは既存プラントの保守から得られる安定収益と、原子力サプライチェーンの大部分を掌握できるようになりました。厳しい規制の下では、新規プラント（従来型でもSMRでも）に必要な部品や装置はすべてこのサプライチェーンから調達されます。
Westinghouseのイノベーション例として、最近公開されたAP300 SMR設計があり、これはスロバキア、フィンランド、スウェーデンで展開される見込みです。
したがってCamecoはウラン価格へのベットであると同時に、Westinghouseを通じて原子力プラント建設市場への確固たる支配権を保持しています。Brookfieldとの共同所有は、同社が19億ドル規模のBrookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) （BEP）という大規模な再生可能・低炭素発電部門を有している点でもプラスに働くでしょう。
2. Mirion Technologies, Inc.
MIR 価格チャート
リアクターや燃料技術以外にも、原子力発電は多数の「小さな」部品や装置に依存しており、これらは完璧に機能することが求められます。
その一例が放射線検出で、Mirion（米国）はこの分野の中核事業です。原子力規制は作業員・環境・潜在的な漏洩や汚染の早期検知に対し、極めて厳しいチェックを要求します。医療分野での放射性化合物の使用（がん治療や画像診断）にも同様です。
出典: Mirion
同社は科学分析や研究向けの物理測定、軍事産業向けの廃止・除染装置、サイバーセキュリティ、トレーニングサービスにも携わっています。2020年にIPOを実施しました。
Mirionの収益は医療部門と産業顧客部門の両方から安定的に伸びています。
Mirionは新しいリアクター設計や高濃度燃料、軍事応用を開発するわけではなく、放射線を監視・測定する「掘り出し物」のような役割です。しかし、財務的観点からは決して魅力が薄いわけではありません。
したがってMirionは、核エネルギーへの関心と投資が再燃することで恩恵を受ける「ピック＆ショベル」銘柄と言えます。また、核電力への公共的懸念が根強い中で、実績あるサプライヤーが提供する常時設置型・高効率・信頼性の高い放射線センサーとモニターの要件が強化されることで、同社は更なる利益を得るでしょう。
