弥合差距：在“行星边界框架”下分析放射性物质

《Ecological Economics》：Bridging a gap: Analyzing radioactive materials within the planetary boundary framework

人类活动与地球系统界限的协调机制研究。基于行星边界框架，提出人造放射性材料积累的系统性分析，构建控制变量模型并探讨安全运营空间内涵。

　　

Fanny B?se|Julia Neugebauer|Theresa L?sel|Marie-Sophie Nickel|Alexander Wimmers|Christian von Hirschhausen

德国柏林Wegelystra?e 8号，联邦核废料安全管理办公室（BASE）

摘要

人类活动本质上与环境紧密相连，必须保持在地球的承载能力范围内。核能作为一种低碳技术，在工业界、学术界和政治领域中常被强调用于减缓气候变化。从系统角度来看，有必要关注核电站运行过程中产生的长寿命和有害放射性物质的累积问题。最近，行星边界（PB）框架重新强调了放射性物质的问题，但尚未进行进一步研究。本文旨在通过将人为产生的放射性物质纳入行星边界框架来填补这一概念上的空白。首先，我们回顾了行星边界概念的发展历程，重点介绍了“新实体边界”的概念，并总结了以往的研究方法和变量。接着，我们从行星视角出发，提出将放射性核素作为需要关注的对象，并建议将其作为“新实体边界”的一个子边界。因此，本文定义了“人为移动的放射性物质”，提出了潜在的控制变量，并首次对此进行了详细分析。最后，我们讨论了预防原则以及“安全操作空间”概念在应对全球可持续性挑战中的重要性。

引言

正如生态经济学文献所强调的，所有人类活动都与环境紧密相连，因此必须在地球的承载能力范围内进行（Georgescu-Roegen, 1971; Daly, 1980; Norgaard, 2008; Cumberland et al., 2015）。地球的承载能力在行星边界（PB）框架中得到了体现，该框架首次提出于2009年（Rockstr?m et al., 2009a）。自那时起，这一框架成为分析生态极限及其与经济增长相互依赖关系的基础（Biermann, 2012; Raworth, 2017; Sol, 2019; Meran, 2023）。此外，该框架越来越多地被纳入环境和可持续性政策中，例如在联合国（UN）关于实施《21世纪议程》的评估研究中（Dodds et al., 2012），或者欧盟（EU）的第八个环境行动计划中，该计划呼吁“对欧盟经济进行系统性改革，以确保其在行星边界内的可持续发展”（欧洲议会、欧盟理事会，2022年，第24页）。

行星边界框架为人类定义了一个“安全操作空间”（Rockstr?m et al., 2009a），旨在防止跨越可能导致地球系统不可逆损害的临界点。目前已确定了九个行星边界，以界定安全操作空间的范围以及风险逐渐增加的区域。并非所有边界从一开始就得到了明确定义。例如，化学污染的边界（后来被称为“新实体”）最初仅被列为一个需要关注的问题（Rockstr?m et al., 2009a）。此后，通过识别具有全球威胁性的物质、开发控制变量以及评估安全操作空间的超越情况，这一边界得到了进一步细化（Persson et al., 2013; Steffen et al., 2015; Persson et al., 2022a; Richardson et al., 2023）。由于边界的复杂性，某些物质（如塑料）成为了研究重点，而其他物质仍需进一步探索（Persson et al., 2022a; MacLeod et al., 2021）。放射性物质特别受到关注，尽管最近才重新受到重视。然而，目前尚缺乏对其在行星边界框架下相关性的全面分析（Richardson et al., 2023）。尽管20世纪90年代的国际可持续发展政策已经认识到储存放射性物质的挑战（例如《21世纪议程》），但这些努力已从全球可持续发展政策议程中消失（B?se et al., 2024a; Wimmers et al., 2024）。

相反，在气候变化和脱碳背景下，核能的迅速扩张正吸引着越来越多的国际关注（NZN, 2024）。然而，这将进一步增加需要长期储存的放射性物质的生产。这是一个漫长、昂贵且具有挑战性的过程，需要数十年才能实现（IAEA, 2022a; Yim, 2022）。特别是在高放射性物质的情况下，建立长期隔离措施的进展一直很缓慢，这导致了临时解决方案的采用，而这些解决方案可能不够安全（Bell and Macfarlane, 2022; R?hlig, 2023）。因此，减少放射性物质释放的障碍面临着越来越多的不确定性，尤其是由于气候变化和地缘政治冲突的加剧（Bonacic et al., 2023; Gwynn et al., 2024; Portugal-Pereira et al., 2024）。

本文旨在将放射性物质的累积问题纳入行星边界框架中进行概念化。我们将基于现有的行星边界文献，并将其应用于放射性物质的研究。文章结构如下：首先，我们回顾了行星边界框架的相关文献，总结了该框架的必要组成部分，并展示了“新实体边界”的演变过程；其次，我们明确了先前文献中使用的“人为移动的放射性物质”这一术语；第三，我们阐述了放射性物质为何构成全球性威胁；第四，我们基于影响路径方法提出了潜在的控制变量；最后，我们讨论了评估放射性物质子边界时应考虑的方面，并得出了初步结论。这项工作并非全面分析，而是试图将行星边界文献与放射性物质累积这一新兴问题联系起来。

章节摘录

行星边界框架

行星边界框架强调了人类生存对生物物理世界的根本依赖性。该框架的目的是维持类似全新世时期的条件，即稳定的生活环境。在全新世时期，环境变化发生在地球系统的自我调节机制之内。然而自工业革命以来，人类活动已成为环境变化的主要驱动力，可能导致全球范围内的系统响应。

定义人为移动的放射性物质（AMRs）

根据Richardson等人（Richardson et al., 2023）的观点，所谓的“人为移动的放射性物质[AMR]”，包括核废料和武器，应被视为“新实体边界”的一部分。然而，他们没有进一步解释这一定义的依据。这需要一个更全面的定义，以揭示放射性物质的复杂性。

“AMRs”一词指的是人为制造和移动的放射性物质，因此排除了其他类型的物质。

AMRs具有全球性威胁

在行星边界文献中，其他“新实体”也被视为全球性威胁，例如塑料和PFAS（MacLeod et al., 2021; Persson et al., 2022b; Cousins et al., 2022; Evich et al., 2022）。全球范围内，塑料的排放量巨大（每年数百万吨），并且在环境中不断积累，因为自然清除或清理过程的速度远低于排放速度。例如，塑料通过人类乱扔垃圾或在农业中使用塑料薄膜等方式被释放到环境中。

提出AMRs的控制变量

接下来，我们将根据Persson等人（Persson et al., 2022b）提出的影响路径方法，提出几个潜在的控制变量（CVs）。根据这种方法，Persson等人（Persson et al., 2022b）确定了涵盖技术领域和环境领域的三类“新实体”（见图2）。

表2展示了Persson等人（Persson et al., 2022b）提出的化学物质和塑料的例子，以及我们为AMRs提出的控制变量。

类似地

在AMR背景下探索“安全操作空间

先前的文献为“新实体”提出了安全操作空间的概念。根据Richardson等人（Richardson et al., 2023）的定义，“新实体”可能对地球系统产生持续的影响，而这些影响尚未得到充分研究或监管。因此，只有当这些物质不存在于生物圈中，或者其潜在影响被评估为无害且受到监测时，才能维持安全操作空间。

CRediT作者贡献声明

Fanny B?se：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论研究、数据分析、概念化。Julia Neugebauer：初稿撰写、验证、方法论研究、概念化。Theresa L?sel：初稿撰写、数据分析、概念化。Marie-Sophie Nickel：初稿撰写、数据分析、概念化。Alexander Wimmers：监督、方法论研究、数据分析。Christian von Hirschhausen：

资金支持

我们感谢柏林工业大学（TU Berlin）的开放获取出版基金以及德国联邦核废料安全管理办公室（BASE）的支持，资助编号为4722B50101。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢2023年和2024年在柏林工业大学举办的AT-OM Day研究研讨会的参与者，以及在第15届欧洲生态经济学会议上发表意见的各位专家，他们的反馈和对本文早期草稿的有益评论极大地提高了本文的质量。我们还要感谢一位匿名审稿人的宝贵建议，这些建议极大地提升了本文的质量。