裂变到聚变:资本正流向核技术的新前沿

今年的麻省理工学院能源会议都是关于将彻底改变能源领域的“强硬”技术和想法。4月，学者、商人和政策制定者齐聚波士顿，讨论能源技术发展的现状，并展示新的想法。

通用核聚变公司的首席执行官克里斯·莫里和联邦核聚变系统公司的首席执行官鲍勃·芒加德在一项尚未在当前的能源市场上出现的技术——聚变能源上向人们开了绿灯。

核聚变可以被认为是核电站现在使用的核裂变的对立面，核裂变是指原子核分裂成两个或更多更小的部分。在核聚变过程中，两个较轻的原子核相撞，形成一个较重的原子核，释放出天文数字的热量，可以用来发电。

核聚变已经在实验环境中进行，但是研究人员还不能从这个过程中产生净正能量。研究人员经常使用Q的概念来衡量聚变能是否能产生净正能量。这里，Q是“由氢聚变产生的热能与注入的热能之比，”根据国际热核实验反应堆(ITER)项目。目标是让Q大于1。据Mowry说，许多研究项目都达到了保本水平(Q=1)。

芒加德指出，人类“对深度脱碳的渴望”推动了对核聚变的兴趣。核聚变过程几乎没有排放物——只有氦作为废气。如果聚变技术能够成功地商业化并集成到电网中，它将在解决气候变化和未来能源危机方面大有作为。

芒加德指出，人类“对深度脱碳的渴望”推动了对核聚变的兴趣。

与其他低碳能源相比，核聚变也具有优势。例如，核聚变不受间歇性问题的影响，而太阳能和风能曾因间歇性问题而受到批评，而且核聚变也不会像2011年福岛核灾难那样给裂变带来公众的污名。

然而，核聚变仍有技术和经济障碍需要克服。越来越多的私营企业正在迎接这一挑战——正如《纽约时报》所报道的最近把它在美国，这项技术“吸引了有科学头脑的企业家和愿意长线投资的投资者”。这些项目旨在帮助证明核聚变技术的实际可行性。

私营企业正在政府支持的聚变科学研究的基础上发展壮大。现在，“将‘我知道如何实现核聚变’转变为‘如何实现核聚变?是私营企业的角色，因为他们可以做得更好、更快、更便宜。”Mowry在CEFF的后续采访中说。

现在什么?私人资本是如何将核聚变能源从一个有前景的想法转变为商业现实的呢?

融合需要资本和耐心

核聚变是太阳的动力。它是太阳系中所有能量的基本来源。为了模拟地球上的核聚变过程，我们还需要创造同样高的温度和密度，并能够将等离子控制在1亿至1.5亿摄氏度，以便发生长期反应。约束对于在足够长的时间内保持系统的热度和密度以进行反应尤为重要。

由于这些强烈的技术要求，核聚变需要大量的资本投资来开发部署核聚变所需的技术和基础设施。马加德强调，用于核聚变研究和实验的机器耗资数十亿美元。因此，聚变能源初创企业需要大量的资金支持来投资设备和人力资本，以弥合研究和商业化之间的差距。

由于这些强烈的技术要求，核聚变需要大量的资本投资来开发部署核聚变所需的技术和基础设施。

幸运的是，核聚变的投资真的“起飞了”，Mowry说。他说，自2002年以来，已经有近10亿美元的风险资本投资于核聚变。此外，私营核聚变企业每年都在启动。

有一个例子可以说明，越来越多的资源正流向核聚变的努力，那就是由比尔·盖茨(Bill Gates)和杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)等亿万富翁创办的风险基金突破性能源风险投资公司(Breakthrough Energy Ventures)。它特别支持帮助应对气候变化的技术，通常需要大量资金和较长的时间。最近,它做出了贡献联邦聚变系统的一个未指明的数额，以支持其研究活动。

公共部门和政府也继续支持学术融合研究活动和私人创业。美国在资金融合度上的预算一直是增加近年来，与加拿大政府投资有关3800万年以美元计算的通用核聚变。

现在，有了更大的智力和资本，商业聚变能源的发展有望加快。

研究仍然存在

今天，研究仍在继续推进这项技术。ITER值得注意的是:一项国际核聚变研究倡议和世界上最大的磁约束等离子体物理实验。ITER反应堆的目标是获得10倍的能源回报:50兆瓦的输入加热功率产生500兆瓦的热输出功率。这个长达几十年的项目正处于组装和集成阶段，第一次试验计划在2025年进行。

通用核聚变公司有一个为期五年的示范项目，旨在展示核聚变——目前的Q水平——可以在电厂规模上运行，并证实其背后的经济效益。

在私营方面，企业正远离关于Q的对话，转而采取示范项目的行动，以实现实用性。例如，通用核聚变公司有一个为期五年的示范项目，旨在展示核聚变——目前的Q水平——可以在电厂规模上运行，并证实其背后的经济效益;该公司的目标是利用这样的示范向公用事业公司销售聚变发电厂的“建筑”，并推出首个这种类型的发电厂。

许多初创公司还在早期与学术机构和行业合作伙伴建立长期合作关系。Mumgaard补充说，将学术界和创业界的精华结合起来，可以帮助“加速穿越死亡之谷”。

挑战仍然领先

然而，指望核聚变很快就能实现并成为未来所有能源问题的超级英雄还为时过早。

除了产生净正能量外，有关全面商业化的其他不确定性仍需解决。例如，对于大气中大量氦(聚变的唯一废气)的潜在影响，没有人能给出明确的答案。核聚变是否能够扩大规模，产生足够的能源回报，以满足日益增长的人类需求，也是悬而未决的问题。

但是，一旦能大规模产生净正能量，“聚变技术还会出什么问题呢?”麻省理工学院能源倡议主任鲍勃·阿姆斯特朗在会议上问道。

尽管聚变能本质上是非常安全的，但“很多能量集中在小系统中，这可能会产生标准的工业危险问题，”马加德回答说。此外，由于核聚变涉及到原子粒子的重排，中子激活可能会有潜在的危险。因此，通过限制来跟踪动态原子反应是非常重要的。

核聚变值得等待吗?

尽管所有关于核聚变的不确定性，会议的发言者认为，如果我们能使核聚变能源成为现实，它可以提供除了气候友好型能源之外的许多优势。

Mowry强调说，一升聚变燃料可以替代55,000桶石油(和23,500吨二氧化碳)，可以为10,000户家庭提供一年的电力(约100,000兆瓦时的能源)。聚变燃料的高能量密度使其在人口密集地区特别受欢迎。此外，由于核聚变不需要特殊的天气条件或地形(像太阳能和风能)来运行，核聚变燃料预计可以独立于地理位置工作。

据Mowry说，当这项技术成熟后，聚变燃料的批发价格预计将在每兆瓦时50-60美元左右。

聚变燃料的电力供应实际上也是取之不尽，用之不竭的。聚变最常用的燃料是氘和氚。氘同位素可以从海水中蒸馏，氚可以在反应堆中“繁殖”。因此，聚变燃料很容易制造和使用。

据Mowry说，当这项技术成熟后，聚变燃料的批发价格预计将在每兆瓦时50-60美元左右。以这样的价格，聚变燃料也许能够与诸如此类的传统燃料竞争原油在北美能源批发市场。

据发言者说，核聚变的另一个好处是，熔毁场景或可能重演灾难的不可控连锁反应事件的可能性为零。其废料放射性低，寿命短，寿命不到100年。

如果核聚变能在市场上实现商业可行性，其清洁、安全、无排放的电力将很快重塑世界的能源结构。要唤醒这种潜力，聚变将需要更多的创新、科学突破，以及来自政府的监管和财政支持来继续向前发展。