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当大家开心地玩太阳能发电时,这家公司都要搞「人造太阳」了

发布时间:2016-9-14 15:51 原作者:张龙华   来自: 第四能源

General Fusion 公司正在研发世界上最快、最实用、性价比极高的商用核聚变能。迄今为止,该公司共获得投资额将近 1 亿美元。「人造太阳」将由梦想变为现实。

在全球最大视频网站 YouTube 的科学频道,有一个视频的点击量超过了 100 万,创下了科学类视频点击量的纪录。这个视频的主讲人为 Michel Laberge 博士,他是核聚变创业公司 General Fusion 的创始人,在核聚变能商用研发领域,是全球顶级专家。

2014 年,他在 TED 上做了一期关于「能源革命重大进展」的主题演讲,得到了网友的热烈呼应。一百万的点击量,意味着人们对核聚变技术解决现实能源问题的态度是乐观的。核聚变能是一种有效手段,不仅有助于改变传统能源结构,还能减少环境污染,减少温室气体的排放。作为 General Fusion 公司的首席科学家,他在演讲时向观众表示,未来十年,第一座核聚变能电站即将问世,「人造太阳」将由梦想变为现实。

核聚变能是未来能源之星

我们对核电站早已熟知,既知道它能产生巨大的电能,也知道它有严重的核辐射、核泄露隐患,特别是 2011 年日本「福岛核事件」以来,包括美国、日本、中国等在内的核能利用大国,都暂缓推进核能项目。第四能源此前报道过相关新闻,福岛核事件后,日本核电企业原子发电公司迫于国内压力,不得不开始拓展海外市场。 

(福岛核事件  来源:Fukushimawatch)

目前人类使用的核电站,能量都来自核裂变。从字面意思来看,核裂变指一个原子核分裂成多个原子核,在分裂的过程中,释放出巨大能量。核裂变所使用的材料普遍来自于「铀」这种物质,众所周知,铀具有极强的放射性,核裂变产生的核废料,能极大污染环境,影响人类健康。谈核色变,既反映了核裂变释放的巨大能量,又表明了核裂变致命的污染性。

于是,人类将目光投入到另一种核能利用方式:核聚变。核聚变指多个原子核聚集生成质量更重的原子核,在聚变过程中释放巨大能量。与核裂变相比,核聚变主要有三个优势:一、释放能量更大。同等质量的核反应堆产生的能量,核聚变是核裂变的四倍。二、基本无污染物排放。核聚变使用的原料氢、氘、氚等元素均来源于海水,而这些元素都是无害的,对自然环境和人类都不会造成损害。三、廉价。海水是取之不尽、用之不竭的天然资源。

研究表明,1L 海水提炼出的有效元素,能产生的核聚变能,相当于 300L 汽油所产生的能量,并且几乎无污染物产生。核聚变能无疑是明日能源之星。

核聚变的研究进展

核聚变能的潜力毋庸置疑,这是从 20 世纪 50 年代就已达成的世界共识。目前法国、美国、俄罗斯、中国等国家,走在了核聚变研究的前列。然而,技术上的诸多障碍、研发成本的极度高昂,导致核聚变研究进展仍然缓慢。 

(法国ITER  来源:sciencemag)

目前最具代表性的核聚变反应堆叫「托克马克」,它不仅体型巨大,造价也极其高昂。世界上最大的托克马克在法国,叫 ITER,该反应堆由法国和美国联合打造,造价高达 200 亿美元。中国的核聚变反应堆叫 EAST,由中国科学院等离子体研究所建造,完全自主研发,耗资 2 亿元。虽然单从成本来看,要比 ITER 便宜不少,但 EAST 反应堆在「稳定放电能力」这项指标上,秒杀国际同行。

尽管这些核能大国们都在发力核聚变,然而技术上的多项难题一直未能解决。美国聚变能协会负责人 Stephen Dean 认为,核聚变能要想实现商用,至少需要十年,甚至更长的时间。

然而,可以想见的是,一旦核聚变相关工程难题被攻克,核聚变能就会取代传统石油、天然气、煤等化石能源;并且,核聚变能不依赖于地理条件,将惠及世界任何一个国家。这才是令所有研究者们前赴后继的原因所在。

General Fusion 的私人特质

General Fusion 公司正在研发世界上最快、最实用、性价比极高的商用核聚变能。该公司成立于 2002 年,总部位于加拿大英属哥伦比亚。2007 年,该公司从加拿大知名能源投资基金 Chrysalix 获得了 120 万加元的种子投资;2009 年,它获得了加拿大政府可持续发展科技部门提供的 1390 万加元的研发资金;2013 年,该公司再次从风险投资者获得 4500 万美元的研发资金,同时从政府基金获得了 1000 万美元;2015 年 5 月,马来西亚政府对其注资 2700 万美元。根据维基百科给出的数据,迄今为止,General Fusion 共获得投资额将近 1 亿美元。 

General Fusion设计图  来源:Wikipedia)

一般来讲,对于这种需要持续投入巨额资金的科研项目,研究者会选择去专业的院校开展项目。在院校里,重点往往是单纯的科研,并不需要考虑投资者什么时候能收回成本。然而,这样做的弊端非常明显:进展过于缓慢。这是因为通过这种方式,研究经费获取的速度总是很慢;并且,发表的研究成果也并不是以目标为导向的。所以,Laberge 博士的研究项目并没有走传统院校路线,而是向风险投资者寻求资金支持。

Laberge 博士表示,「如果你去一家私企里做科研,那么你所面临的压力就会大得多,因为你必须要实实在在做出点什么,你不能浪费时间和金钱。它催逼着你心无旁骛,加快研究进展。这也是我最想做的,我希望能尽快将核聚变能带入人们视野,造福人类。」

General Fusion 核聚变反应堆特点

那种传统的巨型的托克马克对 Laberge 博士来说,毫无吸引力,因为目前托克马克的解决方案并不能让他满意,且造价极度高昂,研究进展也很缓慢。Laberge 博士的目标是,找到一种方法,修建小型化、更加可控的反应堆,成本上相对便宜,部署起来方便、灵活,只有这样的核聚变反应堆能快速面向市场,推广普及。 

General Fusion 核反应堆  来源:General Fusion)

小型化是 General Fusion 核反应堆最突出的特点。该反应堆由铅锂混合物金属组成,直径只有 3 米,这是一座磁化等离子体装置。研究人员将等离子体放入一个封闭空间,不断将其加压,等离子体的密度持续上升,同时温度也跟着升高。等到加压的速度足够快之时,等离子体就会变得越来越热、越来越密,最后它便产生一次大的爆炸。

General Fusion 核反应堆与传统研究不同的另外一点在于:它以爆炸次数为导向,而不是以运行时长为目标。因为一次小型爆炸所产生的能量,就相当于一座百万级兆瓦的电站所产生的电能。在单位时间内,如果反应堆能够多次引爆,同样能达到理想的产能效果;而从前的研究者们希望托克马克能一次运行好几个小时,甚至好几个月。

然而,目前该反应堆还无法实现核聚变,它只完成了整个系统中压缩系统的构建。在现阶段,General Fusion 的技术手段还无法确定可行性,还需经过多年观察。Laberge 博士预测,即便诸事进展顺利,General Fusion 公司还需要 10-12 年的时间,才能制造出第一个核聚变能发电站。

如果真的在 10 年左右的时间实现了目标,General Fusion 公司将成为世界首个实现核聚变能商业化的公司。

烧了 1 亿美金,投资者却仍愿意投钱

核聚变能的研发不仅周期长,投资金额极高,并且投资风险性极高。这种项目和医药研发类似,往往一种药物在面世时,需耗时 15 年之久。然而,在 General Fusion 公司烧了 1 亿美金之后,投资者们却仍然热情不减,该公司在多个阶段总是能融到资金。笔者认为,投资者们这种飞蛾扑火般的投资热情,源于两个理由。 

(投资基金 来源:k-vic.co.kr)

一方面,General Fusion 研发项目有着深刻的社会使命感。对许多硅谷精英来讲,投资一项能改变世界的科研项目,从长远来看,这种投资行为本身就是荣耀。即便需要很多年才能从这项投资中得到回报,他们仍然义无反顾,接受投资的高风险性。对他们而言,造福人类、改变世界,才是其投资的原始驱动力。

2003 年创立的特斯拉走到今天,历史上面临过多次资金短缺的窘境,Google 创始人拉里·佩奇曾多次向特斯拉提供资金。2013 年的一天,特斯拉 CEO 埃隆·马斯克在自己的 Facebook 页面写道,「很想对客户和投资人说一句『谢谢』,你们给予了特斯拉一个穿越漫漫长夜的机会,没有你们我们走不到今天。」

另一方面,退一步讲,对以收益为目的的投资者而言,这个项目将来带来的收益也是相当可观的。尽管核聚变能电站真正面世还需上十年的时间,但随着 General Fusion 在技术层面不断取得进展,该公司的市值也会显著增长,估值的增高会让其股票更好出售。这对想要尽快取得收益的投资者来讲,也是只赚不赔的投资项目。

Laberge 博士向第四能源记者透露,「General Fusion 有 30% 的投资来自长期投资者,70% 的资金来自于典型的风险投资者。」

结语

实际上,人类早已经开始使用核聚变能了,因为太阳能就是通过太阳的核聚变所产生的能量。科学家们一直渴望在技术上实现「人造太阳」,并且在核聚变这项技术上摸索了几十年之久。幸运的是,受益于近些年计算能力的飞速发展和等离子物理学理论的突破,核聚变能正距离我们越来越近。

这个世界总是会有一些人,他们做事的出发点并不是出于名利,而是单纯地不满现状,做出改变世界的尝试。从 Laberge 博士身上,我能清晰地看到这样的光辉。

他说,「我希望核聚变能尽快实现开发利用,因为人类需要能源。整个地球的能源问题正越来越突出,污染日渐加剧,全球变暖问题已刻不容缓。我想解决人类的能源难题。」

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