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商業(yè)化競速: “人造太陽”如何照進現(xiàn)實?

2025-03-27 07:33 來源:經(jīng)濟參考報
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(責任編輯:劉朋)
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商業(yè)化競速: “人造太陽”如何照進現(xiàn)實?

2025年03月27日 07:33   來源:經(jīng)濟參考報   □記者 盧宥伊 馬曉澄 王璐

  在眾多科幻作品中,無論是《星際迷航》《銀河帝國》還是《三體》,核聚變都被設定為宇宙探索的能源基礎。而如今,曾經(jīng)的幻想已經(jīng)不再遙不可及。權威專家認為,人工智能的未來歸根結底是能源問題,而核聚變是最可能的解決方案!叭嗽焯枴薄o限能源電站,正從實驗室走向工程化。

  在公眾印象中,核聚變一向是“國家隊”的專屬賽道,只有龐大的科學裝置和頂級實驗室才能涉足。然而,在這場競賽中,國內(nèi)一批來自高校、研究所、創(chuàng)投圈的年輕創(chuàng)業(yè)者正悄然崛起。他們的目標是,把巨型“聚變航母”拆解成便攜的“能源無人機”,把復雜的科研轉化成更快落地、更低成本的“小型人造太陽”。

  風口已至,

  “大裝置”與“小裝置”的協(xié)同突圍

  當前,核聚變產(chǎn)業(yè)布局清晰:一邊是以政府為主導的“國家隊”,另一邊則是迅速崛起的商業(yè)化公司。

  “國家隊”建造的是“大型人造太陽”,比如國際合作的ITER、中國的東方超環(huán)和環(huán)流三號、韓國的KSTAR、歐洲的JET等。這些裝置就像是“訓練太陽的實驗室”,正在模擬太陽的燃燒過程,驗證聚變是否可控、能不能持續(xù)、材料能不能扛住高溫高壓——為未來真正點亮“人造太陽”打基礎、做準備。

  商業(yè)化企業(yè)則采取“小型人造太陽”的模式,通過開發(fā)小型、模塊化的聚變反應堆,提供更低成本、更高效率的清潔能源,從而加速全球能源結構的轉型。這相當于在一個集裝箱大小的裝置中馴服一個太陽——聽起來像科幻,做起來是工程。

  近年來,越來越多的私營資本和技術先鋒公司加入這一賽道。

  例如,美國Helion Energy公司正在推進線性裝置路線,強調(diào)緊湊結構和快速能量回收,其提出的50兆瓦商業(yè)供電目標已引發(fā)行業(yè)廣泛關注,背后由山姆·奧特曼、Founders Fund等硅谷資本支持;英國First Light Fusion則探索“子彈撞擊式”聚變方式,即通過高速動能引發(fā)聚變,類似于在靶材上精準“打出火花”。這些技術路徑展現(xiàn)出商業(yè)公司在低成本、快部署上的技術活力,拓寬了全球聚變工程的想象空間。國際組織ITER也計劃與私營公司合作共享知識,推動大科學計劃與商業(yè)創(chuàng)新的融合發(fā)展。

  在國內(nèi),商業(yè)化企業(yè)正以多元技術路線并進的方式展開探索:有的聚焦高溫超導托卡馬克技術,追求能量增益的突破;有的則嘗試結構更為緊湊的直線型路線,力圖在成本和效率之間找到平衡點;還有團隊從實驗室走出,用最短時間完成第一等離子體實驗,將多年科研積淀快速轉化為工程實踐。

  聚變加速,風口已至。2024年,科技部、工業(yè)和信息化部、國務院國資委等七部門聯(lián)合發(fā)布《關于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》,明確提出要加強以核聚變?yōu)榇淼奈磥砟茉搓P鍵核心技術攻關。這一頂層政策信號,被業(yè)內(nèi)視為“吹響了我國可控核聚變邁向落地應用的沖鋒號”。

  各地也在迅速響應。例如,上海提出構建“4+3”先進核能發(fā)展格局,在臨港、浦東、閔行、寶山等地布局核能裝備制造及材料基地,在漕河涇、嘉定等地構建聚變研發(fā)集群,計劃到2025年核電相關產(chǎn)業(yè)保持兩位數(shù)增長,打造全球有影響力的核電產(chǎn)業(yè)集群。

  政策助推之下,核聚變能否真正走出實驗室?2025年全國兩會期間,全國政協(xié)委員、中核集團聚變領域首席科學家段旭如表示,從全球發(fā)展看,聚變商用有望在2050年前后實現(xiàn),但也不排除隨著高溫超導、人工智能、先進材料等技術的突破,商業(yè)落地時間進一步提前。

  從東方超環(huán)千秒放電,到直線型裝置快速迭代,再到Helion喊出2028年前為微軟供電的倒計時計劃,一切都說明:核聚變商業(yè)化“賽道”,已進入工程倒計時階段。當前,“十五五”能源規(guī)劃正緊鑼密鼓地制定中,核聚變或將在未來五年迎來關鍵突破窗口。

  多樣路徑,中國“人造太陽”的創(chuàng)業(yè)群像

  不同路徑匯成了當下中國商業(yè)核聚變的產(chǎn)業(yè)版圖。

  3月,在距離西安古城墻北面30公里左右的陜西星環(huán)聚能科技有限公司所在地,研究人員正在抓緊進行高溫超導磁體的研發(fā),為下一代可控核聚變裝置的建設做準備。

  星環(huán)聚能成立于2021年,由原清華大學的聚變實驗室成員創(chuàng)辦!拔覀儾皇菗Q方向,而是換一種解題方式!眲(chuàng)始人陳銳表示。

  公司成立后,僅用279天,就與清華大學共同完成了SUNIST-2聚變實驗裝置的建設,并成功獲得第一等離子體。2023年10月,他們用三個月時間將等離子體電流提升了一倍,裝置磁場指標達到了同類技術中的世界領先水平。讓原本停留在理論層面的構想,變成了現(xiàn)實可行的工程方案。

  去年,該公司在球形托卡馬克多個領域均實現(xiàn)了突破,包括實現(xiàn)國際首個重復重聯(lián)技術方案的穩(wěn)定運行,以及在高溫超導磁體研發(fā)方面進展明顯。同時,還實現(xiàn)了聚變衍生技術的產(chǎn)品化和商業(yè)化,產(chǎn)生了一定的銷售訂單,開始具備自主盈利的“造血”能力。

  在成都龍泉驛,2025年2月19日的陽光灑在一處正在改建的工業(yè)基地上,瀚海聚能的聚變裝置基地工程正式啟動。這家成立于2022年的年輕公司專注于直線型場反位形(FRC)技術,目標是用更緊湊、更靈活的裝置構建“小型人造太陽”。

  “傳統(tǒng)路線必須持續(xù)穩(wěn)定地‘點燃太陽’,但這對材料、控制系統(tǒng)都是極大挑戰(zhàn)!惫径麻L項江解釋說,“如果說傳統(tǒng)技術像是龐大的地鐵系統(tǒng),我們想造的,是一輛輕盈高效、跑得快的磁浮車!

  為了解決商業(yè)化路上的“燒錢”難題,瀚海聚能提出了“沿途下蛋”的策略,即在聚變發(fā)電實現(xiàn)前,先利用聚變中產(chǎn)生的中子開發(fā)醫(yī)療和工業(yè)中子源技術,服務于癌癥治療、核藥同位素生產(chǎn)、中子成像和核廢料處理等多個領域,從而打通短期商業(yè)變現(xiàn)的路徑!斑@既是科學探索,也是一場持續(xù)造血的商業(yè)試驗!表椊f。

  在上海臨港,另一支團隊的節(jié)奏也在加快推進。能量奇點成立于2021年,是國內(nèi)首家聚變創(chuàng)業(yè)企業(yè),其“洪荒”系列裝置瞄準的是高溫超導托卡馬克技術。

  去年,能量奇點自主研發(fā)的“洪荒70”裝置成功完成等離子體放電,邁出了關鍵一步。今年3月,他們又在磁體技術上取得突破——新一代“大尺寸強磁體”成功達到21.7特斯拉的磁場強度,刷新了由美國麻省理工學院與CFS公司保持的20.1特斯拉的世界紀錄。按照計劃,下一代“洪荒170”裝置目標直指全球先進水平的美國SPARC項目。

  前路不易,核聚變商業(yè)化的挑戰(zhàn)與破局

  盡管核聚變前景廣闊,但商業(yè)化過程中仍存在多重挑戰(zhàn)。

  首先是技術層面的難題。多位受訪專家學者指出,當前核聚變技術需要解決三大關鍵問題:

  一是穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn),聚變裝置必須從短時間的實驗逐步過渡到連續(xù)穩(wěn)定運行狀態(tài),目前國內(nèi)裝置的運行時間普遍僅為百秒量級,遠未達到數(shù)小時甚至數(shù)天的需求;

  二是材料和零部件的可靠性挑戰(zhàn),聚變裝置內(nèi)高溫、高中子輻照的極端環(huán)境需要專門的“超級防護服”,即抗中子輻照、高耐熱材料,但目前相關技術與產(chǎn)業(yè)配套還不成熟;

  三是能量增益效率問題,要真正實現(xiàn)能量輸出大于輸入的凈能量增益,需要進一步提高裝置整體效率與協(xié)同運作能力。

  產(chǎn)業(yè)方面,項江等表示,目前產(chǎn)業(yè)鏈配套還遠不成熟!拔覀兙拖翊蛟煲粋‘煉丹爐’,不僅需要突破‘煉丹’技術,‘煉丹爐’本身要能承受上千萬度等極端條件帶來的瞬間沖擊,這是一項復雜工程,需要聚變公司自身以及聯(lián)合相關上下游企業(yè)共同努力。”

  其次是資金瓶頸。陳銳表示,過去五年中國市場化資金對核聚變領域的投入僅為5億美元,明顯低于美國同期約50億美元的投資規(guī)模,資金不足導致國內(nèi)企業(yè)研發(fā)進度和規(guī)模化發(fā)展受到明顯限制。

  再次是公眾認知不足。受歷史上核裂變事故的影響,公眾普遍對核聚變?nèi)狈η逦恼J識,擔憂輻射風險和環(huán)境污染問題,影響了社會支持力度與政策傾斜。

  那么,核聚變真的安全嗎?會不會像核電站那樣有污染?受訪專家表示,通俗地說,聚變就像是地球上的“太陽模擬器”,它的燃料來自海水,不會失控爆炸,反應一旦中斷就自然熄滅,產(chǎn)物幾乎無污染。它更像是一顆“可控的太陽種子”,而不是危險的定時炸彈。

  針對這些問題,業(yè)內(nèi)專家建議,國家應加快構建適合聚變技術的專門監(jiān)管體系,明確項目審批流程與安全標準;出臺具體支持政策,包括資金扶持、稅收優(yōu)惠與土地使用政策;同時推動國家隊與商業(yè)公司在科研平臺、人才培養(yǎng)等方面開展深度協(xié)作。此外,應大力開展公眾科普教育,消除公眾對核聚變技術的誤解,提升公眾對聚變清潔安全特性的認知。

  “當社會需要核聚變的時候,核聚變就能實現(xiàn)!蓖锌R克之父阿爾茨莫維奇半個世紀前的預言,如今正距離我們越來越近。這場“點亮太陽”的接力跑,正由科研機構、商業(yè)公司、資本和政策接續(xù)推進。

(責任編輯:劉朋)

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