专家:美国取得核聚变突破,但是商业可行性还需十年或更久

1月前

据美联社消息,加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的联邦政府资助的科学家首次产生了比聚变反应中消耗的能量更多的能量。12月5日,该团队进行了历史上首次可控聚变实验,实现了聚变点火。权威人士认为,这一突破将永远改变清洁能源和美国国防的未来。


核聚变是将两个或多个原子融合成一个更大的原子的过程,该过程以热量的形式释放潜在可用能量,与太阳加热地球的方式大致相同。今天使用的核能是由一种不同的过程产生的,称为裂变,它利用分裂原子产生的能量,但也会产生必须安全控制的放射性废物。

使用裂变的核电站生产世界上约10%的电力,其支持者一直在推动扩大传统核能,将其作为多种替代能源组合的重要组成部分。

核聚变,如果能够大规模生产,长期以来一直被认为是推动提供清洁能源和减缓全球变暖的圣杯,全球变暖加剧了自然灾害,使海洋酸化并导致极端高温和干旱。基本元素很容易获得——一些需要的东西可以从海水中提取。

美国和其他大部分发达国家一直在推广太阳能、风能、氢能和传统核能的结合,以取代向空气中排放温室气体的煤炭、石油和天然气。包括美国在内的许多国家都表示,他们的经济必须在2030年之前将排放量减半,并在2050年之前实现净零排放。

英国《金融时报》周日率先报道了利弗莫尔核聚变的进展。

“最近的实验是一项史无前例的壮举,它可能会导致一种有效的过程来生产化石燃料和[传统]核能的零碳替代品,”专注于能源的高级负责人FrankMaisano说。华盛顿的政策决议小组。

加州大学伯克利分校能源与社会学教授丹尼尔卡门告诉美联社,核聚变提供了“基本上无限”燃料的可能性,但这项技术必须首先在商业上可行。

利弗莫尔实验室并不是致力于核聚变突破的唯一努力,科学家们几十年来一直在追求这一突破。

科学家们报告说,今年早些时候在欧洲,由在牛津附近的英国卡勒姆村工作的科学家开发的一种称为托卡马克的大型甜甜圈形机器在五秒钟内产生了创纪录的59兆焦耳持续核聚变能量.这比之前产生和维持聚变的时间记录增加了一倍多。

虽然科学家们以前已经产生过聚变能,但它正在维持难以实现的能量。需要高度复杂的技术:例如,磁场用于控制聚变过程产生的高温——大约1.5亿摄氏度,比太阳中心高10倍。

利弗莫尔实验室使用与托卡马克不同的技术,研究人员向一个装满氘氚燃料的小胶囊发射192束激光。该实验室报告称,2021年8月的一次测试产生了1.35兆焦耳的聚变能,约占向目标发射能量的70%。该实验室表示,随后的几项实验显示结果不断下降,但研究人员认为他们已经找到了提高燃料舱质量和激光器对称性的方法。

国际原子能机构解释说,氘和氚都是氢的重同位素。氘占天然氢的一小部分,可以从海水中廉价提取。氚可以由锂制成,锂在自然界中也很丰富。

在加利福尼亚州奥兰治县,聚变竞赛的另一个竞争者TAETechnologies有望在2030年之前开发出第一个清洁聚变能源原型商业发电厂,首席执行官MichlBinderbauer在参加有史以来第一届白宫聚变峰会后告诉MarketWatch今年早些时候。TAE方法将使聚变发电本质上是可移动的,这意味着它可以在需要电力的地方进行——例如,在制造厂。

在2022年3月的聚变峰会上,拜登政府官员宣布了他们所谓的“大胆的十年愿景”,以加速商业聚变能的发展。

“认为太阳能和风能可以解决一切问题是错误的,”宾德鲍尔告诉MarketWatch。“当然,在合适的地方,它们是极好的力量来源。但也有局限性。没有一个世界可以100%使用可再生能源。”

核工业分析师警告说,要在短期内改变传统能源市场,就需要大规模地维持和重复这一过程。

“这并不意味着这没什么大不了的,但我仍然怀疑这对使聚变更接近商业现实的努力有多大影响。我的感觉是,核聚变离任何商业化至少还有十年或更长时间,”追踪铀和核市场的UxC总裁乔纳森·辛泽(JonathanHinze)在给MarketWatch的电子邮件中说。

清洁空气工作组执行主任阿蒙德科恩说,当这项技术主要处于试验阶段时,还需要考虑高昂的成本,该工作组是一个专注于能源系统脱碳的政策小组。

许多新方法正在寻求显着降低与大型聚变科学示范项目相关的成本,如利弗莫尔点火过程和国际实验热核反应堆(ITER),这是旨在开发商业托卡马克反应堆的国际努力,Cohen说。

而且,他说,结合这些方法的努力可能是最有价值的。一个这样的例子,磁惯性聚变,将减少NIF点火方法的能量输入,并减少与ITER承担的大型托卡马克反应堆相关的资本成本。

“这种方法可以帮助加速额外的科学和商业示范工作,”科恩说。

FuelCellEnergy首席技术官TonyLeo表示,他相信聚变技术可以伴随使用氢而不是化石燃料发电的进步。

他说,聚变点火“是有助于长期推动'绿色'氢经济的技术的一个例子”。“来自聚变的电力将成为电解技术的重要合作伙伴——电解技术将利用电力将水分解成氢气和氧气——以生产零碳氢。”

氢能的最佳用例仍在开发中,但早期的例子包括为用于公共交通的长途运输卡车或公共汽车提供动力。

美联社