当地时间12月5日,在阿联酋迪拜COP28大会(《联合国气候变化框架公约》第28次缔约方大会)的大西洋理事会全球能源论坛上,美国总统气候问题特使约翰·克里称,美国将与其他国家合作,推出一项推动核聚变发展的国际合作计划,以此加快核聚变的商业化进程,促进全球范围内的清洁能源转型,加强人类应对气候危机的能力。根据克里的介绍,目前这项计划涉及35个国家,将在研究开发、供应链和市场、人力资源、监管和安全、公众参与这五大领域展开合作。
据悉,这是美国首次提出类似的推动核聚变发电商业化的国际战略合作计划,如果事情能够按其计划的方向发展,核聚变商业化实现之日或能大幅提前,或许不到10年,人们就能见到核聚变发电的规模化应用。
“终极能源”发展之路坎坷
根据中国核工业第五建设有限公司此前对核聚变的一篇专业科普文章介绍,核聚变是由质量较小的原子在一定条件下(如超高温、高压等)发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。
相比于目前的核电(核裂变发电),核聚变不仅能够提供几乎无限的电力供应,而且不存在令人困扰的放射性污染物问题,也正由于其能量来源无限、几乎不产生碳排放及其他有毒物质、可控性强等特点,获得了“人类终极能源”“人造太阳”等蕴含了人们美好愿景的称号。
时至今日,核聚变这一概念被提出已有百余年,距离美国在核试验中完成人类历史上的首次核聚变也过去了70余年,但还是远未达到商业化应用阶段,甚至连何时能够实现商业化应用,都成为众说纷纭难有定论的难题。
究其原因,除了技术发展上面临的瓶颈外(如能量控制、燃料自持、抗辐照材料等问题),核聚变在政策、资金、工程等领域也遭遇了诸多困难。而且,随着风电、光伏等清洁能源的快速发展,一定程度上削弱了人们对主打清洁性、旨在应对环境问题,但同时发展难度更大的核能的期待。在钛媒体2022 T-EDGE全球创新大会上,中国工程院院士杜祥琬就曾表示,无论从概念还是从最终结果上来看,人类距离实现可控核聚变的实用化还有很远距离,本世纪内或能有所突破。
近来利好消息不断
虽然不像风电、光伏一样以惊人的速度刷新着装机量纪录,相比于氢能、绿醇等蓄势待发的“准风口”也关注度稍逊,但近来核聚变领域还是传出了不少好消息。
首先是资金的持续涌入,根据聚变行业协会(FIA)发布的数据,2022年全球私营核聚变公司获得了超过48亿美元的投资,同比增长139%,该领域的私人投资额也首次超过了政府的资助额,而2023年上半年,这一数字增加到了62.1亿美元。同时,FIA还在今年最新的《全球核聚变行业报告》中指出,有4家公司表示他们将在2030年之前向电网供电,19家公司认为在2035年前能够实现投产运营,但需要注意的是,报告也同时提示,能够并网供电不等同于能够产生经济效益、实现商业化应用。
但私人投资领域的关注度提升与真金白银的涌入对信心提振、产业提速都有十分明显的带动作用,根据钛媒体App此前报道,今年5月,核聚变初创公司Helion Energy宣布,微软已同意从公司首座核聚变发电站购买电力(继ChatGPT以后,微软再次下注“核聚变”),当时即有业内人士评论称,此举或将为世界上第一座核聚变电厂的运行铺平道路。此外,国内、国际的巨头,如谷歌、亚马逊、腾讯等近年来都在核聚变领域有投资布局。
从政策角度来说,相关政策支持力度也有所加强。今年4月,日本公布了该国首个核聚变能源开发战略方案,提出要推进企业参与研发实验用的核聚变反应堆,并争取在2050年左右实现核聚变发电。9月份,美国能源部长曾公开表示,美国政府希望在十年内建造一座商业核聚变设施,为家庭和企业提供电力,并表示未来将加大支持力度。上文提及的国际核聚变合作计划,也有望推动更多支持政策出台。
从项目建设角度来说,就在COP28大会开幕次日(12月1日),欧洲聚变能组织(F4E)官宣称,目前全球最新、规模最大的核聚变反应堆JT-60SA成功点火投运。该项目负责人之一Sam Davis表示,这一成功让人类离核聚变时代更近了一步。我国国内核聚变发展也处于由实验装置转入工程化堆建设的阶段,今年陆续传出“中国环流三号”取得重大科研进展,刷新我国磁约束聚变装置运行纪录等好消息。
商业化进程仍面临诸多待解难题
不断传出的好消息显然增强了人们的期待,“核聚变”一词背后隐含着的宏大、充满科幻感的关于未来的憧憬再次引发了大量讨论。
据钛媒体App观察,在克里公布国际合作计划后,不少核聚变领域的初创公司、投资者或业内人士表达了积极态度和乐观预期,通用原子能集团副总裁Anantha Krishnan 发布声明称,国际合作将在推进核聚变发展方面发挥重要作用,世界也将认识到聚变能源的巨大潜力。
但这一美好梦想走进现实之路显然不会仅仅因为上述利好而变成一片坦途,关于“终极能源”的商业化之路,“泼冷水”的也大有人在。
忧思科学家联盟(UCS)核电安全主管Edwin Lyman即表示,尽管宣传声量越来越大,但可靠且廉价的核聚变能源目前仍是距离人类比较遥远的梦想。在应对气候变化的时间期限越来越紧张的当下,发展其他可再生能源或许更加实际。而就目前的成本来说,过度强调核聚变的发展,可能还会挤占其他可再生能源所需的资金、政策、人才等资源。
国际律师事务所Womble Bond Dickinson的合伙人Belton Zeigler则表示,核聚变的发展需要一套新的监管架构和安全标准,而且,在商业化的核聚变工厂逐步落地的过程中,很有可能会遭遇当地民众的抗议、抵制。
除了技术瓶颈、经济性、监管、安全性等老生常谈的话题外,各国在发展路径、未来产业布局上的博弈可能也会给核聚变的前景带来不少不确定性因素。比如来自坦桑尼亚的青年生存组织主席Humphrey Mrema就表示,如果他是非洲地区的领导人,就绝对不会支持核聚变的发展,因为这对非洲当前的经济状况和发展路径来说根本不现实。
而在对核聚变未来的宏伟规划中,也伴随着主导权、话语权等的权衡与博弈。在法国南部,由多个国家合作开展的国际热核聚变实验反应堆计划(ITER,又称“人造太阳计划”)是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本、韩国都是该计划重要的共同实施方。而根据美联社报道,FIA首席执行官Andrew Holland就曾在采访中提及,作为ITER的合作方,中国和俄国近年来正积极推动核聚变的研究和开发,美国需要建立一个全球团队,进一步稳固自身在新技术主导权方面的优势地位。
就像哈佛大学教授沙希利·浦洛基在《原子与灰烬》等有关核工业、核安全事故的研究专著中提及的,核能这样的项目本来就需要广泛的国际合作和尽量公开透明的信息披露机制,但又因为核的特殊性,其发展中往往伴随的是权力博弈、保密文化。对于正在成熟之路上艰难爬坡的核聚变来说,想必这同样是绕不开的难题。
(本文首发于钛媒体APP,作者|胡珈萌,编辑|刘洋雪)
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核聚能,清洁高效又没有碳排和污染物排放,终极能源。