核聚变的关键时刻 - FT中文网
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核聚变的关键时刻

核聚变初创企业正在吸引创纪录数额的投资,但一些科学家认为它们宣布的商业化时间表过于乐观。

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{"text":[[{"start":6.84,"text":"8月下旬,在新墨西哥州烈日灼人的酷热中,政治家和投资者们挥动仪式铲,为一座旨在将“太阳装进瓶子里”的新设施举行了奠基仪式。"}],[{"start":17.78,"text":"Pacific Fusion是一家由顶尖科学家和科技企业家创立并支持的初创企业。目前,该公司正在阿尔伯克基建造一座核聚变测试基地,并希望该基地能成为走向实现核聚变——原理与太阳内部的核反应相同——商业化发电的关键一步。"}],[{"start":36.32,"text":"目前,除了苍白的沙质土地外,几乎没有什么迹象能显示这里最终可能建成什么。但出席奠基仪式的政界人士将聚变描述为一种历史性转变;一名民主党参议员更把其潜在意义比作人类发现火。"}],[{"start":52.24,"text":"谷歌(Google)前首席执行官、Pacific Fusion投资人埃里克•施密特(Eric Schmidt)在台上表示,如果聚变最终能够满足美国大部分电力需求,它就能解决AI能源需求带来的所有问题。"}],[{"start":64.2,"text":"正是这种对充足、廉价且清洁的能源以及对将人类从对燃烧化石燃料的依赖中解放出来的憧憬,促使包括谷歌和英伟达(Nvidia)在内的美国科技公司、萨姆•奥尔特曼(Sam Altman)、杰夫•贝索斯(Jeff Bezos)和比尔•盖茨(Bill Gates)等亿万富翁、能源巨头以及特朗普家族的媒体集团,纷纷向私人核聚变公司投入数十亿美元。奥尔特曼支持的Helion Energy计划在2028年前向微软(Microsoft)供电。"}],[{"start":null,"text":"

解释如何从核聚变反应中获取能量的示意图
"}],[{"start":90.59,"text":"据PitchBook统计,今年前八个月,核聚变初创企业吸引的私募融资达到创纪录的38亿美元,超过去年全年创下历史新高的33亿美元。"}],[{"start":101.61,"text":"不过,尽管各方普遍同意聚变科学已取得长足进展,但专家和初创企业对于企业还需多久才能向电网输送有意义的电力以及提供这类电力在商业上是否可行,仍存在分歧。"}],[{"start":115.66,"text":"目前还没有任何聚变实验产生的电力超过设施自身的消耗,更不用说证明一座聚变电站能够可靠运行了。"}],[{"start":124.09,"text":"由公共资金资助的国际核聚变研究项目ITER的首席科学家阿兰•贝库莱(Alain Bécoulet)表示,将一座聚变电站接入电网在未来5至10年内“绝不可能发生”。"}],[{"start":135.53,"text":"业内人士警告称,随着融资竞争加剧,许多公司正针对其有望生产的电力的廉价程度做出过于乐观的声明。"}],[{"start":144.47,"text":"一名不愿透露姓名的核聚变行业高管表示,对于一种从未实现商业运营的技术,很难估算其成本。这名高管说,一些价格承诺实际上是企业“信口开河”,目的是吸引足够的投资以继续开展研究——“完全就是最标准的硅谷式忽悠”。"}],[{"start":null,"text":"
ITER聚变反应堆设施安装期间的内部景象显示,一套庞大而复杂的金属结构和机械设备正在组装
"}],[{"start":null,"text":"
托卡马克基坑内,两名身穿防护服、头戴安全帽的技术人员正在一个金属真空室的内表面标记位置
"}],[{"start":162.8,"text":"随着核聚变公司从实验室实验转向需要数十亿美元资本的原型电站,这场争议正变得愈发紧迫。开发商越来越多地转向政府、机构投资者和公开市场融资,由此加大了夸大性言论误导资本的风险,并可能削弱人们对长期核聚变研究以及其他低碳能源来源的支持。"}],[{"start":183.88,"text":"一些投资者、专家甚至企业高管担心,过度承诺最终可能损害人们对整个领域的信心。一位专家将这种风险形容为核聚变领域的“西拉诺斯时刻”(Theranos moment),把业界围绕最雄心勃勃目标的热情与那家硅谷血液检测初创企业在其技术谎言被揭穿之前所引发的兴奋相提并论。"}],[{"start":205.3,"text":"

“我们不必解决一个物理学问题”

"}],[{"start":207.96,"text":"聚变通常被解释为给太阳提供能量的核反应。"}],[{"start":212.08,"text":"在太阳的中心,在估计约为地球表面气压2500亿倍的超高压下,氢原子核被迫发生碰撞并聚合成氦原子核。由于生成的氦原子核质量比原本的四个氢原子核略轻,这一质量差便转化为以热量和辐射形式释放的巨大能量。"}],[{"start":230.94,"text":"核聚变研究人员通过将燃料加热到1亿摄氏度以上,使其成为超高温等离子体——一种具有挥发性且带电的物质状态——并将这种状态维持足够长的时间以实现原子核聚变,从而在地球上模拟出类似于太阳内部的极端条件。"}],[{"start":247.53,"text":"理论上的回报十分可观。重量约相当于一枚回形针的聚变燃料,可释放相当于57桶石油的能量。聚变不会产生碳排放,也不存在传统核电站那种失控链式反应的风险。"}],[{"start":262.21,"text":"2022年,美国领先的核武器研发设施劳伦斯•利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的National Ignition Facility取得突破,实现了所谓的“净能量增益”:产生的聚变能量超过了注入其2毫米直径燃料靶丸的激光能量。"}],[{"start":276.4,"text":"尽管这项实验达到了一个科学里程碑,但运行192台激光器所需的电力并未计入备受关注的实验结果,建造和运营该设施的更广泛成本也未被计入。"}],[{"start":null,"text":"
一张图解,说明美国政府的National Ignition Facility如何利用惯性约束核聚变从聚变反应中获取能量
"}],[{"start":288.46,"text":"这项实验产生了3.15兆焦耳的聚变能,而激光系统消耗的电力约为422兆焦耳——超过所产生聚变能的100倍。"}],[{"start":298.09999999999997,"text":"不过,这仍为寻求商业化的聚变初创企业提供了原理验证。大量涌入该领域的资金,正在扩大这一曾由少数资金雄厚的公司主导的行业。聚变产业协会(Fusion Industry Association)称,过去五年,私人聚变公司的数量已翻倍至超过50家。"}],[{"start":316.72999999999996,"text":"其中包括Inertia Enterprises,该公司的目标是将劳伦斯•利弗莫尔国家实验室的技术推向市场。该公司2月在首轮主要融资中筹集了4.5亿美元。"}],[{"start":328.52,"text":"首席执行官杰夫•劳森(Jeff Lawson)表示,数十年来由公共资金支持的研究,使该公司具备了推进商业聚变项目的良好基础。他说:“我们不必解决一个物理问题……这要归功于美国政府过去60年来投入的300亿美元。”"}],[{"start":344.51,"text":"许多聚变初创企业承诺在未来十年内实现“商业化”发电。聚变产业协会2026年的一项调查显示,45名受访者中有32人表示,他们能够在2040年前供应商业能源。"}],[{"start":358.71999999999997,"text":"Helion在谈到其计划于2028年向微软供电的目标时表示:“我们之所以制定雄心勃勃的目标,是因为世界现在就需要新的、充足、清洁且可靠的能源,而不是要等上几十年。”他还说,该公司的时间表反映了其建造7台原型机的经验。"}],[{"start":null,"text":"
杰夫•劳森坐在Inertia Enterprises一间尚未完工的实验室里的实验设备上,身后是梯子和脚手架
"}],[{"start":378.28999999999996,"text":"但ITER——世界规模最大的聚变项目,由包括美国和中国在内的34个国家出资——的贝库莱表示,在未来十年内,实验设施确实有望产生大量的聚变电力,但可能只能以持续约20秒的脉冲形式呈现。"}],[{"start":393.09999999999997,"text":"他说,没有一家电网运营商会有兴趣把不稳定的电源接入电网。“这没有意义。你无法卖出任何间歇性电源。”他说。"}],[{"start":403.62999999999994,"text":"他补充说,聚变能源可能要到“本世纪最后十年”才会成为能源结构的一部分。科学家预计,如果当前趋势持续,到那时地球将陷入气候崩溃状态。"}],[{"start":415.97999999999996,"text":"专家还对计划中的商业核聚变电站的可行性持怀疑态度。迄今没有任何电站经受过核聚变反应产生的极端高温和辐射的持续作用。"}],[{"start":427.54999999999995,"text":"加州大学洛杉矶分校(UCLA)机械与航空航天工程名誉教授穆罕默德•阿卜杜(Mohamed Abdou)说,辐射会损坏结构部件,并使其具有放射性,从而限制人工维护。例如,如果等离子体室内的部件发生故障,整个反应堆都必须停机。阿卜杜估计,按照目前的技术水平,采用聚变燃料的第一代电站平均每20分钟就会发生一次故障,而在反应堆中更换一个新部件将需要“许多个月”。"}],[{"start":457.11999999999995,"text":"商业聚变反应堆还需要自行生产部分燃料,通常是氚——一种氢的同位素——因为氚十分稀缺。但这仅在实验室中得到过验证。"}],[{"start":468.34,"text":"美国普林斯顿等离子体物理实验室(Princeton Plasma Physics Laboratory)主任、全球最受尊敬的等离子体科学家之一史蒂文•考利(Steven Cowley)表示,他“确信”,到2030年代末,将会有一座试验电站能够实现发电量超过耗电量。"}],[{"start":482.28,"text":"他说,早期的发电厂将更像是“一项技术实验”。他认为,这些发电厂应接受约10年的测试,商业化发电厂可能要到本世纪中叶前后才会出现。"}],[{"start":494.28,"text":"他补充说:“我希望我们始终清楚地区分商业化发电厂和试点发电厂。”"}],[{"start":500.40999999999997,"text":"但许多核聚变初创企业正试图同时推进这两件事。一名曾在多家核聚变企业任职的前工程师说:“如果不谈商业化,在核聚变领域融资会非常困难,甚至几乎不可能。”"}],[{"start":null,"text":"
磁惯性聚变反应堆工作原理示意图
"}],[{"start":514.65,"text":"投资者表示,即便有耐心资本提供者的支持,风险投资家最多也只会考虑进行十年期限的投资。"}],[{"start":522.43,"text":"该行业历史最悠久的两家公司说明了这需要何等坚韧。加拿大的General Fusion成立于2002年,投资者包括亚马逊(Amazon)创始人贝索斯;该公司今年7月成为首家在主要证券交易所上市的聚变公司。由谷歌支持、成立于1998年的美国初创企业TAE Technologies,计划与总统唐纳德•特朗普(Donald Trump)家族的媒体集团进行一项价值60亿美元的全股票合并。两家公司似乎都未能实现其雄心目标。"}],[{"start":553.39,"text":"2014年,加拿大杂志《BCBusiness》援引General Fusion创始人米歇尔•拉贝尔热(Michel Laberge)的话称,该公司的目标是在2022年前销售真正的产品。今年1月,首席执行官格雷格•特维尼(Greg Twinney)告诉投资者,公司计划让其商业电站在“大概2035年”前投入运行。"}],[{"start":572.4499999999999,"text":"最早的目标之一出现在2010年。当时,加州刊物《橙县商业杂志》(Orange County Business Journal)报道称,TAE的目标是到2020年产生足以供商业使用的能源。该公司网站显示,如今时间表已调整为“2030年代初”。"}],[{"start":588.5099999999999,"text":"TAE在一份声明中表示,“技术、科学、资本、需求和监管正在汇聚”,尖端技术“如今已具备建设发电厂的条件”。"}],[{"start":598.2399999999999,"text":"General Fusion拒绝置评。"}],[{"start":600.3399999999999,"text":"

确保不断电

"}],[{"start":601.66,"text":"即使能够建造出一座可以正常运转的核聚变发电厂,也并不意味着它所生产的电力就会像一些开发商宣称的那样廉价且充足。"}],[{"start":611.4499999999999,"text":"大多数拟建的聚变电站都将像其他火力发电厂一样,利用反应产生的热量制造蒸汽,再由蒸汽驱动涡轮机发电。不过,与燃烧燃料的天然气或煤炭发电不同,聚变需要消耗巨量电力来产生并维持等离子体。"}],[{"start":null,"text":"
General Fusion的一台聚变能源设备,置于实验室环境中,主体为大型圆形装置,并连接有电缆和技术设备
"}],[{"start":null,"text":"
General Fusion的LM26控制室内有数人在工作,其中一人指着大屏幕上的等离子体数据。
"}],[{"start":628.7399999999999,"text":"General Fusion前系统工程师亚当•杰克逊(Adam Jackson)认为,聚变能源公司对电价的预期不现实。"}],[{"start":635.5999999999999,"text":"2024年,他发现计算中存在多处错误后,向自己在General Fusion的上司建议更新公司的电力成本估算。然而,公司并未接受这一建议。杰克逊说,当时公司一名经理建议他“为市场想听到的内容寻找依据”,并从某个预先确定的数字“倒推”。"}],[{"start":655.4399999999999,"text":"在杰克逊离职后发表的一篇经过同行评审的论文中,他分析了General Fusion 2023年的一项概念性电厂设计。论文发现,由于电厂本身需要消耗能源,最终只有约40%的电力可供出售给电网。"}],[{"start":671.02,"text":"论文接着指出,这意味着,为向电网输送同等电量,聚变电站的发电量需要达到传统火力发电厂的两倍以上。"}],[{"start":679.81,"text":"General Fusion拒绝置评。"}],[{"start":681.91,"text":"聚变能源开发商通常避免对发电成本作出明确预测。General Fusion估计,一座聚变电站在整个生命周期内的建设和运营成本,使其所生产电力的成本相当于每兆瓦时64至73美元。谷歌支持的业内最大企业Commonwealth Fusion Systems则将其商业电站的目标成本定在每兆瓦时约50美元,但强调这一数字仅供参考。"}],[{"start":707.8,"text":"政府间机构Nuclear Energy Agency的数据显示,在美国,新建核电站的发电成本约为每兆瓦时71美元,而地面光伏电站的发电成本可能约为每兆瓦时38美元。"}],[{"start":720.13,"text":"随着聚变能源企业从耗资数百万美元的实验室实验转向耗资数十亿美元的工厂,它们正日益寻求专业风险投资基金以外的资本。"}],[{"start":null,"text":"
"}],[{"start":730.15,"text":"公共部门提供的资金也在增加。在最近一轮融资中,Commonwealth Fusion Systems从投资者那里筹集了约10亿美元,其中包括一些未具名的养老基金和主权财富基金。公有的美国公用事业公司也支持聚变能源企业。欧洲和亚洲的大多数聚变初创企业都在寻求政府资金,以建设各自的首座发电厂。"}],[{"start":753.9399999999999,"text":"这些新晋投资者是否具备足够的技术专业知识,来评估各家初创公司抛出的豪言壮语,目前仍要打上一个问号。一位不愿具名的投资者表示,许多银行和公开市场投资者目前的认知水平,仅相当于风投机构“大概五到七年前”的阶段,但他补充称,这些资金方目前也正在经历各自的“早期学习曲线”。"}],[{"start":777.29,"text":"该投资者批评政府背景的实验室和国际项目进展缓慢。他表示:“他们已经习惯了将ITER视为通往商业化聚变的必经之路,从而把时间表推迟到了2050年以后。我认为,私营资本、公开市场以及协调得当的政府资金三者相结合,才是我们在2040年前交付商业化核聚变能源的最大希望。”"}],[{"start":801.51,"text":"普林斯顿等离子体物理实验室的考利说,私人企业面临的最大问题之一,是它们没有动力与其他企业分享科学数据或经验。初创企业倒闭后,相关知识也会随之流失。他说:“如果投入聚变公司的所有这些资金都能得到真正高效的利用,让我们能够相互学习、汲取彼此的教训,那就太好了。”"}],[{"start":null,"text":"
身穿防护装备的工人正在组装Polaris聚变原型机的部件,周围遍布电缆和机械设备
"}],[{"start":null,"text":"
Commonwealth Fusion Systems的工人们在将环形场磁体安装在橙色框架上,背景中可见工具和设备。
"}],[{"start":824.67,"text":"由OpenAI的奥尔特曼支持的Helion Energy是该领域资金最充足的公司之一,已获得15亿美元融资,但该公司出了名地守口如瓶。专家和竞争对手的高管表示,该公司似乎不太愿意发表有关实验结果的同行评议论文。General Fusion和TAE对自己的研究结果更加开放,无论结果好坏都愿意公布。"}],[{"start":848.66,"text":"该公司此前表示,这是为了保护其知识产权免受“山寨者”侵害。"}],[{"start":854.27,"text":"Helion首席执行官戴维•柯特利(David Kirtley)表示,随着聚变产业转向商业化,“正常的商业规则”应当适用,包括保护公司的知识产权。他补充说,发表经同行评审的论文“会占用团队的时间和资源,而这些时间和资源本可更好地用于实现我们的使命”。"}],[{"start":874.86,"text":"

“还差30年”

"}],[{"start":876.34,"text":"长期以来,核聚变一直面临公信力问题。1951年,奥地利科学家罗纳德•里希特(Ronald Richter)声称,自己已在巴塔哥尼亚巴里洛切附近一座湖泊中的偏远岛屿上实现核聚变。阿根廷总统胡安•庇隆(Juan Perón)称赞这项研究取得了突破性进展,有望给原子能带来革命。"}],[{"start":897.88,"text":"这一说法经不起审查,但推动了美国科学家研究如何控制聚变所需的超热等离子体。"}],[{"start":904.96,"text":"自1950年代那些虚假成果的宣告以来,核聚变物理学已经取得了巨大进步。但其进展一直缓慢而艰难,从而催生了那个经久不衰的笑话——核聚变距离成功“永远还差三十年”。"}],[{"start":919.88,"text":"计算和AI技术的进步正帮助研究人员对日益复杂的等离子体行为进行建模,推动该领域部分研究加速发展。但这些进展是否让商业聚变能源明显更近一步,则是一个更难回答的问题。"}],[{"start":935.4399999999999,"text":"考利说,数十年的研究使科学家能够“把太阳装进瓶子里,这其实相当了不起。它的温度达到2.5亿摄氏度……而且你能够让它保持非常稳定的状态,并使其发生聚变。这确实是一件了不起的事。”"}],[{"start":951.38,"text":"不过,他补充说:“我们还没有把它装进商业化的瓶子里。”"}],[{"start":956.07,"text":"插图:伊恩•博特(Ian Bott)"}]],"url":"https://audio.ftcn.net.cn/album/a_1789554381_5269.mp3"}

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