本文來自極客網(wǎng)，作者：小刀
麥肯錫最近發(fā)布的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，到2050年，全球電力消耗將會(huì)是目前的3倍。現(xiàn)在全球二氧化碳排放約有30%來自發(fā)電，如何達(dá)到零排放目標(biāo)，這是人類未來幾十年需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。
在現(xiàn)有的清潔電力中，最有前景的是風(fēng)電、太陽能發(fā)電，到了2030年預(yù)計(jì)風(fēng)電和光電會(huì)成為很多國家最便宜的電力。除此之外，地?zé)峄虺毕芤仓档闷诖皇撬鼈兊某杀颈蕊L(fēng)電、光電貴不少。
人類如果想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，最理想的能源可能還是核聚變。可惜，到目前為止核聚變機(jī)器在技術(shù)上還行不通，輸入反應(yīng)堆的能量比生成的能量還要高。
不過不要悲觀，報(bào)告認(rèn)為，在過去5年里核聚變研發(fā)已經(jīng)觸及轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
想實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電難度很高，人類探索了60年，現(xiàn)在還沒有找到可以適應(yīng)市場(chǎng)的解決方案。最大的難題在于如何防止能量流失，正是因?yàn)檫@個(gè)原因，現(xiàn)在核聚變反應(yīng)堆消耗的能量高于創(chuàng)造的能量。
核聚變發(fā)電如此難，為何麥肯錫卻相信它走到轉(zhuǎn)折點(diǎn)呢？有如下幾個(gè)原因：
1、新技術(shù)讓核聚變有了打破瓶頸的條件。
有了3D打印技術(shù)，人類可以打印出具有復(fù)雜幾何形態(tài)的零部件，核聚變機(jī)器需要這樣的零件，它們可以降低成本，而且可以讓設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速迭代。計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，人類可以用代碼模擬核聚變反應(yīng)，預(yù)測(cè)核聚變機(jī)器的性能，不需要花費(fèi)大量金錢制造龐大的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致能量從核心核聚變反應(yīng)堆流失，最近幾年振動(dòng)控制技術(shù)不斷在進(jìn)步。
有了種種技術(shù)創(chuàng)新，核聚變正在快速進(jìn)化。電動(dòng)汽車發(fā)展100年原地踏步，但現(xiàn)在鋰電池技術(shù)的進(jìn)步讓電動(dòng)汽車騰飛。中國在2005-2008年實(shí)現(xiàn)低成本多晶硅太陽能電池板突破，使得太陽能發(fā)電在過去10年快速增長。也許核聚變也能上演奇跡。
2、核聚變研究方向發(fā)生了巨大變化，私人資本涌入。
在過去20年里，核聚變私人投資一直在增長，2021年的投資翻了近兩倍。這些資金有的來自傳統(tǒng)科技企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資，有的來自能源企業(yè)戰(zhàn)略投資。比如意大利埃尼集團(tuán)、能源公司Equinor就投資了Commonwealth Fusion Systems。有個(gè)人投資，比如Y Combinator掌門人Sam Altman投資了Helion Energy。有政府投資，比如英國Innovation&Science Seed Fund投資了Tokamak Energy。
有了充足的資金，私營企業(yè)才能建造更大的核聚變組件，設(shè)計(jì)更接近完整尺寸的原型機(jī)。數(shù)據(jù)顯示，2001-2005年時(shí)研究核聚變的私營企業(yè)只有1家，06-10年增至7家，2011年至2015年增至14家，2016年至2020年增至25家，2021年也是25家。
未來5-10年，核聚變將會(huì)迎來關(guān)鍵發(fā)展期，在未來5年里，我們或可看到一些突破。
首先，要讓核聚變反應(yīng)堆達(dá)到一定的溫度和壓力條件需要注入強(qiáng)大的能量，反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量能否超過注入的能量，這是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。
其次，要證明組件的性能是合格的。高溫超導(dǎo)磁體、等離子注入器、射頻加熱系統(tǒng)、新的容器壁材料都需要驗(yàn)證，如果在2025年前證明這些重要的子系統(tǒng)和組件是可行的，那么到在2030年左右時(shí)有可能建造原型核聚變電廠并運(yùn)行。
最后就是建造電廠，證明它在經(jīng)濟(jì)上可行，2026年之前我們應(yīng)該能看到至少一座原型電廠。
聽起來美好，最后麥肯錫還是澆了一盆冷水。報(bào)告說：“技術(shù)還要繼續(xù)發(fā)展，我們不能保證現(xiàn)有的核聚變概念最終會(huì)產(chǎn)生凈能量。長久以來，我們一直在做著核聚變夢(mèng)，但這一次的結(jié)果可能會(huì)有些不同。”
