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核聚变能源商业化还需等待 但贝佐斯和微软已押注这个10万亿美元市场

编辑:官网首页    时间:2019-03-08    浏览:66

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不列颠哥伦比亚省本拿比与大多数北美“睡房社区”相似。大多数居民每天早上都会到邻近的温哥华上班,然后晚上返回郊区的家。然而,有一件事让它与众不同:镇上两个Costcos之一的拐角处,有一个小型初创公司,它正着眼于解决地球能源问题,并进入一个尚未触及的万亿美元市场。

这家初创公司General Fusion,不像你在硅谷听到的崭露头角的公司,有着古怪的创始人,快速增长的用户和数百万的收入,不过亚马逊杰夫·贝佐斯、微软和许多其他公司确实是它的投资者和合作伙伴。相反,General Fusion创建于2002年,当时40岁的物理学家Michel Laberge发起,他辞去了一家激光印刷公司利润丰厚的工作,投身于一种非传统的激情:核聚变开发。

Laberge现在是该公司的首席科学家,他之所以被核聚变吸引,是因为它具有改变世界的可能性。核裂变涉及分裂较重的原子以产生较轻的原子,并且会产生放射性废物,还能制成核弹。与核裂变不同的是,核聚变不产生对环境有害的气体,没有核废料,也不能制成武器,而且永远不会导致核电站熔毁。

当两个轻原子融合在一起形成一个较重的原子时,就会发生聚变,并在此过程中产生能量。这和为太阳和恒星提供能量的过程是一样的。它还使用了氘,一种在氢中发现的原子,氢是水的关键成分,所以核聚变所需的原子几乎没有耗尽的风险。根据Live Science的说法,一加仑海水可以产生相当300加仑汽油的能量。

因此,根据Crunchbase的数据,无怪乎像贝佐斯这样的人以及Cenovus Energy这样的公司为这家公司投入了超过1.27亿美元的资金,而在其他二十多家核聚变初创公司、政府计划和大型公司项目投入了数十亿美元的资金,如洛克希德马丁公司的紧凑型聚变反应堆。

到目前为止,还没有人将核聚变商业化,但赢得这场竞赛已经在展开了。无论谁这样做,都将能够为10多亿无法用电、无法为汽车供电的人提供电力,并帮助企业在不产生有害排放的情况下运营业务。

他们的投资也将获得巨大回报。

“市场规模无限大。”General Fusion首席执行官Christofer Mowry说。 “对能源领域来说,没有什么比核聚变更具有变革性了。这就像Facebook如何接管社交媒体,或者有人开发出真正实用的自动驾驶汽车一样。”

核聚变概念由来已久

核聚变的概念已经存在了将近一个世纪,俄罗斯人在20世纪60年代制造了第一座核反应堆,以此测试各种科学理论。

虽然这个概念已被证明,但核聚变商业化仍然是难以实现。为什么?因为这是一个复杂的过程,只能在1亿摄氏度的温度下发生。粒子之间也必须保持紧密的距离,并且必须包含等离子体,否则存在漂移的危险,该等离子体是在聚变过程中产生的电离气体。

这个过程还必须以足够低的成本和高效率完成,以便全世界的人都能使用它。

“在能源流出方面,我们还没有一个能量为正的反应堆。”大西洋理事会的核聚变专家兼高级研究员Ariel Cohen说,“控制等离子体需要很多能量,但我们希望有人能够做到,并使其在经济上可行。”

让事情变得更复杂的是,可能有几种方法可以为核聚变创造条件,每家公司都在尝试一些不同的东西。

有的像国际热核实验反应堆,是一个由各国政府组成的联盟,它们正努力使核聚变成为可能,使用托卡马克装置,利用磁铁来防止等离子体逃逸和冷却。

有的使用激光将氢快速压缩成比普通物质密度高1000倍的冷冻颗粒,并能实现瞬间的聚变脉冲。

而General Fusion使用两者的混合,不过它不使用激光。它将被液态金属包围的等离子体注入压缩室,在该压缩室中磁体有助于容纳气体。然后,活塞对腔室施加压力以将等离子体压缩到熔化状态。然后加热液态金属转化成热量,然后又转化成电。

一场商业化的竞赛

关于核聚变是否以及何时可以商业化,这仍然是一个悬而未决的问题。 Mowry表示,General Fusion已经建立了所有组件以创建一个反应堆,但现在它需要开发一个原型,这得耗时五年。

“以汽车类比,我们建造了一个发动机、变速器和车轮;现在我们必须把它们组装在一起,然后上路全速行驶。”他说。

在那之后,还需要更多的时间来建造可为整个城市供电的大规模发电厂。如果以美式橄榄球来比较,Mowry说他在25码线上。

其他公司取得了不同程度的进展。例如,由麻省理工学院分拆出来的商业企业Commonwealth Fusion Systems距离创建一个更节能的托卡马克反应堆还有大约七年的时间。

它与麻省理工学院合作,用稀土钡铜氧化物制造磁体,氧化铜是一种最近商业化的超导材料。它有可能抢先一步吗?

其首席执行官Bob Mumgaard表示:“我们的愿望是尽快建成一座能正常运转的发电厂,以应对气候变化。”该公司已从意大利能源公司埃尼(Eni)获得了5000万美元的资金支持。“我们认为我们有足够的科学、速度和规模在15年内将无碳聚变发电应用到电网中。”

“我们需要设计下一代机器......它可以产生比加热它所需能量更多的聚变能力。” 麻省理工学院等离子体科学与融合中心副主任Martin Greenwald博士说,“我们认为我们可以在相对较短的时间内完成这项工作。”

Greenwald说,即使它的零部件已经创造出来 - 它目前处于研发阶段,可能还要两年半才能开始生产零部件,但它仍需要建立一个试点工厂,看看它是否能发挥作用。然后再想商业化。

洛克希德·马丁拥有数十年的工程经验和政府关系,希望通过创建一个比现有反应堆小10倍的紧凑型反应堆来解锁聚变动力。该公司在其网站上说,它将非常小,可以放在卡车的后面。

虽然该公司拒绝接受采访,但网上称,它正试图模仿太阳创造核聚变的方式。它的圆柱形反应堆,被称为小磁瓶,类似于托卡马克装置,但它更小,使用不同的磁性技术。

洛克希德对其进展一直保持沉默,但Cohen表示,尽管这不是白日梦,但也不太接近现实

“这是一个经过几十年被证明难以掌握的领域。”他说,“每10年就会有关于我们如何接近突破的传言,我真的希望如此。”

不过,Greenwald认为该行业正在接近把所有的碎片拼凑起来。当然,他认为麻省理工学院的磁性技术将起作用,但更重要的是,他只是希望有人将这项技术带给公众。

“核聚变太重要了,不能只射进一球。”他说,“就像你开发药物一样,人们尝试不同的方法也很好。”

Mowry也相信,他的技术将率先推向市场,并认同方法越多越好。 虽然商业化的尝试已持续进行了数十年,但他认为企业或投资者并没有厌倦等待。

“投资者喜欢核聚变。”他说,“它解决了气候变化带来的生存挑战,它激励了许多私人投资者。他们喜欢这种核聚变,不能制造炸弹且没有长期浪费,他们希望能够进入10万亿美元的市场机会。这是一个伟大的想法。”

去年夏天,一家私人核聚变公司首次在一个新反应堆中将氢等离子体加热到2700万华氏度(1500万摄氏度)——比太阳的核心温度还要高。

总部位于英国的Tokamak Energy表示,等离子体测试是该公司寻求成为全球首个利用核聚变发电生产商用电力的里程碑,有望在2030年实现这一目标。

该公司以在强磁场中包含聚变反应的真空室命名,于6月初宣布在其实验ST40聚变反应堆中创造出超高温等离子体。

这次成功的试验是Tokamak Energy迄今为止所达到的最高等离子体温度,这意味着该反应堆今年将准备进行一次温度更高的等离子体试验,温度将超过1.8亿华氏度(1亿摄氏度)。

这将使ST40反应堆处于可控核聚变所需的运行温度范围内; 该公司计划在2025年之前再建造一座反应堆,将产生数兆瓦的核聚变电力。

Tokamak Energy联合创始人大卫·金厄姆在接受Live Science采访时说:“这真是太令人兴奋了。”“很高兴看到数据的通过,并能够得到高温等离子体——这可能超出了我们的预期。”

Tokamak Energy是几家私人投资的公司之一,正在竞相开发一种能够向电网供电的聚变反应堆,时间可能要等到本世纪40年代中期,届时法国的ITER聚变反应堆项目甚至有望实现其“第一个等离子体”。

在实验性ITER反应器准备好产生持续的核聚变之前,可能还需要十年,即使这样,反应也不会用于产生任何电力。

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