核裂变与核聚变:资本正流向核技术的新前沿

今年的麻省理工学院能源会议都是关于“艰难”的技术和想法，将彻底改变能源空间。今年4月，学者、商人和政策制定者齐聚波士顿，讨论能源技术发展现状并展示新想法。

Chris Mowry, General Fusion的首席执行官，和Bob Mumgaard, Commonwealth Fusion Systems的首席执行官，在一项技术上启发了大众，这项技术在目前的能源市场上还没有出现——Fusion energy。

核聚变可以被认为是当今核电站所使用的核裂变的对立面，即一个原子核分裂成两个或更多更小的部分。在核聚变中，两个较轻的原子核相撞，形成较重的原子核，释放出天文数字的热量，可用来发电。

核聚变已在实验环境中进行，但研究人员尚未能从这一过程中产生净正能量。研究人员经常使用Q的概念来衡量聚变能是否能产生净正能量。这里，Q是“氢聚变产生的热能与注入的热能之比，”根据国际热核实验反应堆(ITER)项目。目标是让Q大于1。据莫里说，一些研究项目正在实现盈亏平衡(Q=1)。

Mumgaard指出，人类的驱动聚变利益“深脱碳欲望”。核聚变的过程中几乎没有排放 - 只氦气作为排。如果融合技术可以成功地商业化并融入电网，它可以大大有助于应对气候变化和未来的能源危机很长的路要走。

Mumgaard指出，人类“对深度脱碳的渴望”推动了对核聚变的兴趣。

融合还提供了其他低碳能源的优势。例如，融合都难间歇性问题，其中太阳能和风能已经批评，并从事件，如2011年的福岛核灾不进行核裂变的公共耻辱。

然而，融合仍需要克服技术和经济上的障碍。越来越多的民营企业正在加紧挑战 - 如纽约时报最近把它，该技术“吸引愿意长期押注科学头脑的企业家和投资者。”这些企业的目的是帮助展示融合技术的实际可行性。

私营工业建设的漫长岁月聚变科学研究的政府支持了。Now, "the process of transforming ‘I know how to make fusion happen’ to ‘how do you make fusion practical?’ is the role of private industry, because they can do it better, faster, cheaper," said Mowry in a follow-up interview with CEFF.

那么现在怎么办？什么是民营资本在做移动融合的能量从一个有前途的想法实现商业化？

融合需要资本和耐心

核聚变是太阳的动力。它是太阳系中所有能量的基本来源。为了模拟地球上的核聚变过程，我们还需要创造同样高的温度和密度，并能够将等离子体限制在1亿到1.5亿摄氏度，以使长期反应发生。限制对于保持系统足够长时间的热和密度以进行反应是特别重要的。

由于这些严格的技术要求，fusion需要大量的资本投资来开发部署它所需的技术和基础设施。Mumgaard强调，聚变研究和实验设备耗资数十亿美元。出于这个原因，聚变能源初创必要巨大的财政支持，投资于设备和人力资本弥合研究和商业化之间的差距。

由于这些严格的技术要求，fusion需要大量的资本投资来开发部署它所需的技术和基础设施。

幸运的是，在融合的投资是真正“起飞，”莫里说。他说，在来自风险投资总额近$ 1十亿已自2002年以来除投资于融合，融合私有企业每年推出。

更多的资源如何流向融合努力的一个例子是突破能源风险投资，创业基金亿万富翁，例如比尔盖茨和杰夫贝索斯播种。它特别支持的技术，帮助解决气候变化问题，往往需要大量的资金和较长的时间线。最近，贡献联邦核聚变系统的一笔数目不详的款项，以支持其研究活动。

公共部门和政府也继续支持学术融合研究活动和私营创业。美国为核聚变提供资金的预算增加近年来，与加拿大政府的投资约38000000去年通用核聚变用的是美元。

现在，随着更大的智力和资本，商业融合能源的发展有望加速。

研究挖墙角

研究今天仍然继续以超前的技术。ITER值得注意的是:这是一项关于核聚变和世界上最大的磁约束等离子体物理实验的国际研究计划。ITER反应堆的目标是获得10倍的能量回报:50兆瓦的输入加热功率产生500兆瓦的热输出功率。这个历时几十年的项目正处于装配和集成阶段，第一次试验定于2025年进行。

一般融合了一个为期五年的示范项目，旨在表明，融合 - 在当前Q水平 - 能够在发电厂规模的工作，并确认经济背后。

在私人领域，公司正在避开Q的讨论，而是通过示范项目来实现实用性。例如，通用核聚变公司有一个为期五年的示范项目，旨在表明核聚变——目前的Q值水平——可以在电厂规模上运行，并证实其背后的经济效益;该公司的目标是利用这种示范向公用事业公司出售核聚变电厂的“架构”，并推出一个同类电厂中的第一个。

许多初创公司也很早就与学术机构和行业合作伙伴结成长期联盟。Mumgaard补充说，结合学术界和创业界的最佳实践，可以帮助“加速跨越死亡之谷”。

挑战仍然领先

然而，要期望核聚变能很快实现并成为解决未来所有能源问题的超级英雄还为时过早。

除了产生净正能量，还需要大约全面商业化的不确定因素加以解决。例如，没有人能给出有关其大量的氦的潜在影响一个明确的答案 - 融合的唯一排放 - 大气。无论是融合还可以扩展到产生足够的能量返回到供应增加人力需求也悬而未决。

但是，一旦净正能量可以大规模产生，“聚变技术还有什么可能出错?”麻省理工学院能源计划(MIT energy Initiative)主任鲍勃·阿姆斯特朗(Bob Armstrong)在会议上问道。

虽然核聚变能源本质上是非常安全的，但“大量电力集中在小型系统中，可能存在标准的工业风险问题，”Mumgaard回答说。此外，由于核聚变涉及原子粒子的重新排列，中子活化可能是危险的。因此，通过限制来跟踪这种动态原子反应是非常重要的。

核聚变值得等待吗?

尽管核聚变存在诸多不确定性，但大会发言人认为，如果我们能实现核聚变能源，除了气候友好型能源外，它还能带来其他一些好处。

莫里强调，一升聚变燃料可以替代5.5万桶石油(和2.35万吨二氧化碳)，可以为1万户家庭提供一年的电力(约10万兆瓦时的能源)。核聚变燃料的高能量密度使其在人口稠密地区特别具有吸引力。此外，由于核聚变不需要特殊的天气条件或地形(如太阳能和风能)，核聚变燃料预计将独立于地理条件工作。

Mowry说，当技术成熟时，核聚变燃料的批发价格预计在每兆瓦时50-60美元左右。

对于聚变燃料电源也是取之不尽，用之不竭。融合最常用的燃料是氘和氚。氘的同位素可以从海水中提取，氚可以在反应堆中“繁殖”。因此，聚变燃料是容易制造和可调度。

Mowry说，当技术成熟时，核聚变燃料的批发价格预计在每兆瓦时50-60美元左右。在这个价位上，聚变燃料可能能够与传统燃料如竞争在北美批发能源市场原油。

融合的另一优点是一个熔化场景或不可控的链反应的事件，可以重新制定灾害，根据扬声器的零可能性。其废旧产品具有低放射性和被短暂，小于100多年的寿命。

如果融合可以在市场上成为商业上可行的，它的清洁，安全，无排放的电力很快会重塑世界的能源结构。为了唤醒这种潜力，融合将需要更多的创新，科学突破，从政府监管和财政支持，以继续前进。