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争取能源天下的“圣杯”:用核聚变发电!

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几十年来,地球上无数天才都梦想有朝一日能像太阳和星星一样,通过核聚变产生终极的无碳能源。

然而,迄今为止,还没有人能从核聚变过程中获取净能量。不过,努力实现这一目标的 Commonwealth Fusion Systems 公司凭借着强悍的科技实力,在近期已经吸引到了比尔盖茨、索罗斯等一众大佬的目光。

12 月 1 日,核聚变初创公司 Commonwealth Fusion Systems 表示,它已经筹集到了超过 18 亿美元的资金。这一数字,刷新了人类历史上核聚变私人投资额的新纪录。

据华尔街日报,包括比尔盖茨、索罗斯、Marc Benioff、谷歌的母公司 Alphabet、DFJ Growth 等一众投资大佬纷纷参投。

作为 Salesforce 的首席执行官和 TIME Ventures 的创始人,Marc Benioff 在谈及自己的投资原因时解释道:

"Commonwealth 是一家非常重要的公司,如果它成功了,它将帮助整个世界加速实现其能源转型。"

在如今 ESG 投资大热的背景下,清洁能源产业备受青睐,核聚变初创公司也受到了资本的热捧。据美国聚变产业协会 ( FIA ) 和英国原子能管理局 ( UKAEA ) 的数据统计,近期投资机构向核聚变初创公司注资规模已超过 19 亿美元。

这一市场背景下,Commonwealth Fusion Systems 与其众多竞争对手近期皆获投巨额资金。例如,Helion Energy 在 11 月初宣布已成功筹集 5 亿美元、加拿大的 General Fusion 也本周结束了一轮约 1.3 亿美元规模的融资等等。

对此,Helion Energy 的首席执行官 Christofer Mowry 表示:

"(获取投资),是(核聚变)行业开始成长的标志。"

是未来还是骗局?

(1)技术上可行吗?

核聚变发生在两个轻原子核形成一个更重的原子核时。这个过程能释放出大量的能量,无碳排放。同时,与核裂变不同,该过程的放射性非常有限。

目前,核聚变反映大多发生在 " 等离子体 " 的状态下,该状态是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,这一过程的实现基础是超过 1 亿摄氏度的实验环境,这就需要大量能量的投入。

从技术大背景上看,Commonwealth Fusion Systems 的联合创始人兼首席执行官 Bob Mumgaard 认为,如同其他众多科学一样,核工业已经有了数十年的历史,已凝聚下无数科学家的心血。如今,前人积攒下的经验已经将核聚变商业化推至临门一脚。他表示:

" 时间,已经将科学和工程推进至人们能想象出,未来的核聚变发电站样貌的地步。现在虽然距(核聚变商业化)非常接近,但尚未到达。"

其中,最大的阻碍是:迄今为止,地球上还没人能从核聚变过程中获取净能量。换句话说,在目前的科技水平下,人造核聚变过程中,产生核聚变消耗掉的能量远比核聚变产生的能量多,当下仍处于 " 入不敷出 " 的状态。

因此,若改变了这一情况,核聚变技术便有望实现商用。因此,如今众多初创公司正争先恐后地研发从核聚变过程中获取净能源的机器。

目前,世界上最大的聚变项目为全球多国联合开发的 ITER 项目,该项目位于法国南部。ITER 项目的目的不是发电,而是希望通过产生净能量增益、保持更长时间的反应时长来证明核聚变产生能量的可行性。其核心装置是被称作 " 人造小太阳 " 的托卡马克装置,通过磁场挤压等离子体产生聚变,也被称为 " 磁约束核聚变 "。

从麻省理工实验室中走出来的 Commonwealth Fusion Systems 公司大受资本追捧的原因,就是因为该公司曾在今年 9 月,联合麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(PSFC)研制出了同类最强大的,且体积大幅缩小聚变磁铁。该装置是 " 磁约束核聚变 " 中非常重要的一项关键技术,能大大节约 " 磁约束核聚变 " 中的能耗,在核聚变从实验室走向商业化进程中迈出了关键的一步。

对此,在微软前董事局主席比尔盖茨创立的可持续能源投资基金 Breakthrough Energy Ventures 中,有专家认为,最近的技术进步意味着核聚变已经不再是一个理论科学实验,开始慢慢展现出商业化的潜力。

Breakthrough Energy Ventures 的专家认为,正如晶体管将计算机从令人好奇的玩具变为改变世界的机器一样,规模只有 ITER 托卡马克装置的 50 分之一大小的小型托卡马克反应堆,可以彻底改变能源行业。就这一技术的重要性,该机构的专家 Phil Larochelle 认为:

" 聚变是人类获取能量方式的一步改变。在人类历史上,重要性可能与掌握火种并驾齐驱。"

不过,有正必有反,有看好的投资人也自然有认为这是骗局的专家。

退休的普林斯顿大学物理学家 Daniel Jassby 就对核聚变 " 生意 " 发出抨击,他将最近的私人投资趋势称为 " 核聚变狂潮 ",对这件事持有非常怀疑的态度。此外,他还表示:

" 在你成功之前,这都是假的。"

(2)如何实现商业化?

Commonwealth Fusion Systems 的联合创始人兼首席执行官 Bob Mumgaard 在今年 11 月接受采访时表示,公司接下来的任务就是制造一台名为 "Spark" 的 " 净能量聚变机 ",避免能量的 " 入不敷出 ",希望能够在 2025、2026 年前后实现这一目标。

待该目标完成后,公司将设计建造一款名为 "Arc" 的电机,以此来替代目前规模庞大的化石燃料发电市场。同时,该公司希望在 2030 年前后建立一个小型聚变发电厂,实现并网发电,开启商业化进程。

对此,一些科学家认为该时间表或许过于乐观了。

欧洲核研究组织 CERN 的前技术主任 Fr é d é rick Bordry 表示,2030 年就让核聚变发电厂并网供电是不现实的,因为这还需要申请政府许可、完成监管程序,对安全问题和废物管理问题做好评估和处理方案。他认为,到 2050 年或者 2060 年左右核聚变发电并网才有实现的希望。

美国 Breakthrough Institute 的高级核能分析师 Adam Stein 也警示到:虽然一些领先的私营聚变公司在未来十年中可能获得成功,但很多公司终将失败。另外从技术层面分析,他也提醒到:

" 净正能量与净正功率相距甚远,净正功率是一个系统,可以输出比使用更多的电力,并最终并入电网。这也是我们正在研究的示范项目。"

我国的发展现状

对于核聚变这一前沿研究领域,我国也一直走在世界前列。

国际合作方面,一直以来,我国便是 ITER 的深度参与伙伴。

自主技术方面,由中国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克 EAST(原名 HT--7U)核聚变实验装置(又称 " 人造太阳 ")2006 年成功完成首次工程调试,此后,我国核聚变技术便一直走在世界前列,我国自研的托卡马克核装置屡次刷新世界纪录。

据上海证券报,2021 年 5 月 28 日,中科院合肥物质科学研究院有 " 人造太阳 " 之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录,成功实现可重复的 1.2 亿摄氏度 101 秒和 1.6 亿摄氏度 20 秒等离子体运行,向核聚变能源应用迈出重要一步。

同时,我国在政策方面也给予了积极的引导,由国务院印发 2030 年前碳达峰行动方案中便提及,应积极研发先进核电技术,加强可控核聚变等前沿颠覆性技术研究。

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图片来源 @视觉中国文 | 商业与生活,作者|朱晓培,编辑|大道格11 月 29 日,对大部分人来说,这不过是平凡的一天。但某一天我们回头看,或许赫然发现,这是中国互联网的发展史上具有里程碑意义的一谈——万软资讯wruan

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