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核聚变是低碳转型的新趋势吗?

日期:2023-01-12    来源:国际能源小数据

国际电力网

2023
01/12
11:06
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关键词: 核聚变 商业化核聚变 核聚变发电

2022年年底关于第一次成功核聚变的新闻报道充斥互联网,我也对这样的气候技术发展感到兴奋,但我也想试图解读一下核聚变是什么、人类利用核聚变能量的实际时间表。

什么是核聚变?

根据国际原子能署(International Atomic Energy Agency)的说法,核聚变是“两个轻原子核结合形成一个重原子核,同时释放大量能量的过程。” 为了成功完成聚变反应,原子(一个是轻氢,另一个是密度更大的氦)必须处于一种叫做等离子体的物质状态(大约1000万摄氏度下)、由正离子和自由电子组成的气体环境。原子必须克服彼此之间的“相互排斥”,以完成聚变过程。打个比方,基本上,这是文学作品中经典的“敌人vs恋人”的故事情节,最初糟糕的第一印象,但随着时间和环境的变化(也就是极端的热度),帮助这对夫妻克服彼此的厌恶,并携手创造巨大的能量。而且,更美好的是,核聚变不会排放任何二氧化碳或核废料。

为了在陆地上实现聚变反应,科学家必须在封闭的环境中复制等离子体环境,需要使用强大的激光,而这反过来又需要难以置信的能量投入,通常超过整个聚变过程所能产生的能量。为了实现这一完整的循环,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)成功催化核聚变反应,该反应产生的能量(2.5焦耳)超过了过程中激光投入的能量(2.1兆焦耳)。

为什么是现在?

LLNL的进展得益于拜登政府对增加清洁能源研究资金的积极支持。去年9月美国政府宣布了一项5000万美元的计划支持聚变技术研究,《通货膨胀削减法案》包括税收减免和鼓励继续推进核技术所需的研究。

可以说是老百姓的税金直接促成了令人难以置信的科学突破,同时私人资金投入也在激增。2022年,投向核聚变技术的总资金已经达到10亿美元,而2020年投入的资金不足5亿美元。

我们什么时候能看到商业化的聚变发电厂?

简短的回答:未来十年内不可能。伦敦帝国学院惯性聚变研究中心联合主任杰里米·奇滕登(Jeremy Chittenden)表示,“最近发布的核聚变技术新突破不会对未来20-30年的气候减缓做出有意义的贡献。这是点燃火柴和建造燃气轮机之间的区别。”

剑桥大学的核工程师托尼·鲁尔斯通(Tony Roulstone)提供了一个更具体的时间表,他估计核聚变在2060年或2070年之前不会成为主要的能源供应者。在核聚变实现商业化开发之前,还有许多基本步骤要走。科学家需要确保持续复制他们的成功,以产生足够的能量供大规模使用。然后,科学家们还要努力如何将核聚变产生的能量纳入到现有的电网中。

归根结底,最终实现核聚变商业化需要足够的时间和充足的资金。


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