1. 希知网首页
  2. 科技号

全球核聚变发电研发竞赛，日本打造联合体制

• 科技号

全球核聚变发电研发竞赛，日本打造联合体制

Kyoto Fusioneering开发的等离子加热装置“回旋振荡管”

日本自上世纪90年代以来一直在国家的主导下推进核聚变发电项目，拥有在世界上属于领先水平的技术。不过，核聚变开发正在由国家主导转向以企业为主体，需要筹措巨额资金，竞争日趋激烈……

在作为新一代能源技术的核聚变发电领域，日本政府和企业将组建联盟。三菱商事、关西电力、政府旗下基金等16家企业将向源自京都大学的初创企业合计出资约100亿日元，充实相关设备和技术人员等经营资源，提高技术开发能力。由于燃料可以从海水中提取，因此几乎取之不尽，作为去碳化的王牌而备受期待。日本将通过这种“举国体制”参与全球竞争。

出资对象为Kyoto Fusioneering（KF、位于东京千代田区)。由京都大学的研究人员于2019年成立。在日本国内，作为拥有核聚变相关技术的初创企业中最有实际业绩。

除了三井物产、J-POWER和INPEX之外，三菱UFJ银行、政府旗下基金JIC Venture Growth Investments等16家公司接受了第三方定向增发。预计新增出资合计达到20%左右。

Kyoto Fusioneering在被称为“回旋振荡管(gyrotron)”的等离子加热装置领域具有较高技术能力。这是促进核聚变反应的核心装置，在开发方面领先于世界。由于技术能力受到期待，从英国原子能管理局 (UKAEA)获得设备订单。

首先将充分利用筹集的资金，力争掌握能稳定运转核聚变反应堆的技术。2024年将在日本国内设置核聚变发电的小规模实验设备，验证回旋振荡管等装置能否稳定运转以及提取热量等。此外，还将扩大技术人员等的招聘，将规模扩大至约为目前3倍的200～300人。

预计自2020年代后半期开始，实验反应堆的建设在全球正式启动，设备需求有望扩大，因此还将讨论进一步融资。三菱商事等也将通过出资来积累核聚变经验。希望推动尽早实用化，在新一代能源领域取得主导权。

核聚变发电的机制是通过原子核之间的融合来获取能量。不燃烧化石燃料，不产生二氧化碳。作为燃料的重氢（氘）等可从海水中提取。现有核电站产生的高放射性废弃物不会在核聚变发电中产生，这是其优点，作为成为实现去碳化社会的杀手锏的新一代能源，各国正在加紧开发。

为了到2030年代实现商用化，技术开发正在取得进展。美国能源部2022年12月宣布，实验中生成的能量超过了为产生核聚变而投入的能量。

与此同时，企业方面也采取了行动。美国微软与涉足核聚变发电的美国初创企业Helion Energy签署了始于2028年的电力购买协议。据称这是世界上首次签署核聚变的售电合同。如果企业的支援加速，实用化也有可能提前。

日本自上世纪90年代以来一直在国家的主导下推进项目，包括参与国际项目“国际热核聚变实验堆（ITER）”。日本拥有在世界上属于领先水平的技术，庆应大学访问教授冈野邦彦表示：“在材料开发方面与欧洲一起走在前列”。

日本政府也在4月制定了推动核聚变发电实用化的首个国家战略，提出了加快推进产业化和培养专业人才的方针。

不过，正在由国家主导转向以企业为主体，需要筹措巨额资金，竞争日趋激烈。美国核聚变工业协会 (FIA) 2022年7月发布的报告显示，全球与核聚变相关的企业超过30家，融资额合计达到逾48亿美元。

全球核聚变发电研发竞赛，日本打造联合体制

源自美国麻省理工学院的美国联邦聚变系统(Commonwealth Fusion Systems)已累计筹集超过20亿美元。英国托卡马克能源(Tokamak Energy)则在提高核聚变反应效率的技术等方面增加专利申请数量，在数量上压倒其他企业。

核聚变发电有望形成巨大的市场规模，产业范围广阔。实用化还需要时间。为了让日本不落后于世界开发竞争，日本政府和企业等的联合支援日趋重要。

全球展开核聚变发电研发竞赛

围绕核聚变发电，各国的研究机构和企业正在以实用化为目标展开激烈的竞争。要发生核聚变反应，必须将燃料加热到摄氏1亿度以上，形成原子核质子和电子自由移动的“等离子”状态。控制具有高能量且不稳定的等离子体的技术不可或缺，包括利用强力磁铁封闭等离子体的托卡马克型和用激光照射并封闭的激光型等，多种方式的开发正在推进。

自2010年代后期以来，全球出现了许多核聚变初创公司，募集到巨额资金，其中大部分是私人投资。还出现了被称为“三强”的企业，力争到2030年代投入实用。其中之一的英国托卡马克能源公司2022年3月在企业之中首次实现了核聚变反应所需的1亿摄氏度的等离子体。为了长时间保存放入球状容器的等离子体，将致力于开发使用强力超导磁铁的技术，到2026年将建设实验反应堆。

源自美国麻省理工学院的美国联邦聚变系统公司也将使用超导磁铁。生成的能量多于投入能量的实验反应堆将于2025年投入运行。加拿大General Fusion将使用一种用液态金属包裹和压缩等离子体的自主技术。该公司计划在2027年之前在英国启动实验性反应堆。

全球核聚变发电研发竞赛，日本打造联合体制

这三家企业分别筹集了2.5亿美元～20亿美元以上的资金，均力争在2030年代初期实现核聚变发电的商业化。如果成功实现，与日本、美欧、中国和印度等参加的“国际热核聚变实验堆（ITER）”项目瞄准的21世纪中期相比，实用化将大幅提前。

中国的存在感也在增强。中国正在争取到2030年代启用具备发电能力的实验反应堆“CFETR”，比国际热核聚变实验堆的规模更大。日本调查公司Astamus根据在日美欧中等30个国家和地区申请的相关专利，给竞争力评分后排出名次。结果显示，按申请专利的企业和研究机构的国籍来看，中国排在首位。2015年以后，中国大幅增加重要专利，超过了美国。中国科学院等拥有重要的专利技术。

资金实力较弱的日本企业将在零部件的销售等方面寻找出路。接受三菱商事等16家公司出资的源自京都大学的初创企业Kyoto Fusioneering在2023年将向英国原子能管理局 (UKAEA)交付核聚变研究反应堆的主要设备“回旋振荡管”。此外，还力争在从反应堆中提取热量的包层(blanket)等零部件领域扩大市场份额。另一家企业Helical Fusion继承了日本自然科学研究机构核聚变科学研究所的技术，目标是推动稳定运转螺旋型的实用化，推进零部件的开发等。

围绕核聚变，2022年12月，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施在全球首次实现了聚变点火，产生了相当于投入量1.5倍的能量，受到关注。但这只是一次性的瞬间反应。实用化需要进一步提高效率，让反应持续下去。该实验室主任金·布迪尔(Kim Budil)也在成果发布记者会上表示，商用化“或将在数十年后”。初创企业是否有大量民间资金涌入、开发是否加速、实用化时间能否提前，将成为今后的焦点。

小资料：核聚变发电

核聚变发电是类似氢的较轻原子核相互融合、形成氦等较重的原子核的反应，可以通过较少的燃料产生巨大的能量。在理论上，1克燃料可产生的热量与相当于一辆油罐车约8吨石油相同。达到目前核电站发生的核裂变反应的4倍。

全球核聚变发电研发竞赛，日本打造联合体制

太阳也通过核聚变反应而释放出巨大的热量，因此核聚变反应堆被称为“地上的太阳”。由于核聚变燃料及其原料存在于海水中，因此资源供应的隐忧也较少。只要停止燃料供给，反应很快就会停止，因此与传统的核电站相比，安全性更高。

如果借助核聚变反应产生的热量，利用水制造蒸汽，推动涡轮机旋转等，就可以发电。核聚变发电与燃烧石油和天然气的火力发电不同，不排放二氧化碳，因此也成为去碳化的王牌。在国际合作方面，日本、美欧、中国和印度正在法国推进国际热核聚变实验堆的建设，计划到2035年启动运行，发生核聚变反应并产生热量。

本文地址：https://www.cknow.cn/archives/23093

以上内容源自互联网，由百科助手整理汇总，其目的在于收集传播生活技巧，行业技能，本网站不对其真实性、可靠性承担任何法律责任。特此声明！

如发现本站文章存在版权问题，烦请提供版权疑问、侵权链接、联系方式等信息发邮件至candieraddenipc92@gmail.com，我们将及时沟通与处理。

赞 (0)
上一篇 2023年5月17日 11:53
下一篇 2023年5月17日 13:53

相关推荐