国外初创公司:五年后可通过“微缩太阳”获取无穷无尽的能量
2019-08-06

北京时间11月27日消息,据国外媒体报道,有些初创公司声称,我们再过五年、就可以通过“微缩太阳”获取无穷无尽的能量了。所谓“微缩太阳”,指的是能够提供充足、低廉的清洁能源的核聚变反应堆。

由于人类对化石燃料的依赖,当今世界的全球变暖愈发严重,急需找到其它能源加以替代。否则,成百数千万人的未来将岌岌可危:水源和食品短缺可能会导致饥荒和战争。

人们一直将核聚变视为一种可能的解决方案。但说辞永远是“再过30年即可实现”,已经成了一个行业内的笑话。

但如今有几家初创公司称,他们可以大大提前将这一设想变成商业现实的时间。

核聚变究竟是什么?

核聚变是指原子核的结合,在这一过程中释放出的大量能量或许能解决我们的能源危机。太阳的能量也正是来源于此。核聚变十分清洁,而且相对安全,也不会产生任何排放物。

核聚变可产生大量能量,但难以实现,也难以控制。

但要使氘原子核与氚原子核结合在一起,必须在极大的压力下才能完成,而这需要耗费大量能量,比目前我们能从核聚变中获取的能量还要多。实现“能量增益”、即获得的能量大于输入的能量,对我们来说极具诱惑力,却又难以实现。

不过据核聚变初创公司称,情况已经大有改观。

“核聚变正处于一个重大的转折点上。”加拿大初创公司General Fusion总执行官克里斯托弗·莫里(Christofer Mowry)指出。该公司希望在五年内实现商业规模的核聚变。

“如今我们可以将日渐成熟的核聚变技术与21世纪新诞生的辅助技术相结合,如添加剂制造、高温超导体等等。核聚变再也不是‘再过30年’的事情了。”

牛津大学基布尔学院荣誉教授韦德·艾力森(Wade Allison)称,该设想背后的科学原理已经得到了证实。主要挑战在于实践方面。

图为Tokamak Energy公司最新托塔马克内部正在发光的等离子体。

“具体时间我们还无法肯定,但基本的科学原理已经解决了,目前的挑战在于材料方面的技术问题。”艾力森教授表示。

难度来自何处?

一大挑战在于,我们必须打造出强大到足以容纳超高温等离子体、并且能承受极高压力的容器。英国原子能机构总执行官伊安·查普曼教授(Prof Ian Chapman)指出,其排气系统“经受的温度与压力将与太空飞船重新入轨时差不多”。此外还需要机器人维护系统,以及自动填料、修复与燃料储存系统等。

Tokamak Energy公司致力于打造更便宜、更致密的核反应堆。

“英国原子能机构正在研究这些问题,并在牛津附近的卡拉姆科学中心附近修建新的研究设施,与业界共同研发解决方案。”

发生了哪些变化?

一些私营能源企业认为,通过运用新材料和新技术,他们可以更快地解决这些实际挑战。

位于牛津郡的Tokamak Energy公司正在研究球型托塔马克,即利用高温超导体、将等离子体限制在极强磁场中的反应堆。这里的“高温”是物理概念,相当于零下70摄氏度。

“这是目前最成功的托塔马克。”该公司总执行官乔纳森·卡灵(Jonathan Carling)表示,“球型托塔马克是一种效率更高的拓扑学结构,因此我们能够大大提高反应的紧凑度和效率。此外它体积较小,因此灵活度更高,成本也较为低廉。”

该公司目前已经打造了三台托塔马克,其中第三台名为ST40,利用厚30毫米的不锈钢和高温超导体打造。今年六月,该托塔马克中的等离子体温度成功达到了1500万摄氏度,比太阳核心温度还要高。该公司希望明年夏天能够突破1亿摄氏度。而中国科学家称自己已于本月实现了这一目标。

Iter核反应堆到2025年才能修建完成。

“我们希望在2022年前实现能量增益,并在2030年前开始向电网供电。”卡灵表示。

与此同时,美国麻省理工学院正在与新成立的Commonwealth Fusion Systems公司合作,共同研发甜甜圈形托塔马克Sparc。该团队由比尔盖茨、杰夫·贝佐斯等亿万富翁出资,希望能研发出可以在工厂中制作、然后送往现场组装的小型反应堆。

这些私营企业正在挑战Iter(国际热核实验反应堆)的地位。这项核聚变项目共涉及35个国家,具有旗舰性意义。Iter在拉丁语中有”路“的意思。目前该项目正在打造全球最大的实验聚变设施,但直到2025年后才会点火试营,此后还需要更长时间才能投入商业应用。

”各Iter成员国利用核聚变获取清洁能源的紧迫程度不同。“一名发言人表示,”一些国家明确表示,希望在2050年前实现核聚变并网发电;其它国家则将目标放在本世纪后半叶。“

而该领域的后起之秀们认为,自己可以做得更好。

”利用新型高温超导体磁场技术,我们可以打造出体积小得多的净能量聚变设备。Sparc的体积和重量将只有Iter的64分之一。“麻省理工学院等离子体科学与聚变中心副主任马丁·格林沃德(Martin Greenwald)指出。而更小的体积就意味着更低的成本,核聚变领域也可以形成”更小、更灵活的组织。“

但各方人士似乎都认为,Iter、卡拉姆科学中心和私营领域的工作其实是相互补充的性质。

”归根结底,我们都有着同样的梦想:让核聚变发电成为未来清洁能源的核心所在。“