麻省理工学院推出经济学框架,弥合核聚变的商业化鸿沟
要点速览
- •劳伦斯利弗莫尔国家实验室于2022年底实现了首次点火,产生的聚变能量超过了实验中消耗的能量。
- •此后该结果已被重复实现,核聚变研究在全球多个项目中持续取得进展。
- •目前主要的聚变方案包括激光惯性约束、利用强磁场的托卡马克以及利用电流压缩等离子体的Z箍缩系统。
- •据报道,中国的EAST托卡马克有望在2027年实现点火,届时将标志着无需外部加热即可维持等离子体。
- •麻省理工学院研究人员推出了一个框架,用于评估聚变电站在能源市场中具备竞争力所需的成本和物理投入。

数十年来,核聚变一直被一个老套的玩笑所轻视:它永远都是30年后才能实现。然而,过去五年间一系列快速接连取得的突破——得益于私有化进程、AI热潮带来的能源需求以及持续的投资——已改变了这一前景,使聚变能源步入研究人员如今所称的现实且可实现的时间表。
核聚变被广泛视为清洁能源领域的"圣杯",它有望实现几乎无限的电力生产,温室气体零排放,环境副作用极小,因此被视为解决世界能源三难困境的全面方案。
"要满足一个人一生的能源需求,只需一浴缸的海水和一块笔记本电脑电池大小的锂,"核物理学家安妮·克里彻在接受《财富》杂志采访时表示。"这不需要太多材料,而且不会像核裂变那样产生[长期]放射性废料。"
第一个重大里程碑于2022年底在加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室达成,当时由克里彻领导的研究团队实现了许多人认为不可能的事情:首次点火,即人造聚变反应产生的能量超过了其消耗的能量——这是人类历史上首次取得这一成果。此后,这一成就已被重复实现,全球聚变研究项目中也积累了更多进展。
这些突破涵盖了多种技术路线。劳伦斯利弗莫尔的成功依赖于高功率激光,而其他领先的候选方案则采用托卡马克装置——利用极其强大的磁场来约束等离子体。中国基于托卡马克技术的EAST反应堆,常被称为"人造太阳",目前有望在2027年实现点火,届时它将成为首个无需外部加热即可维持等离子体的聚变反应堆。另一条技术路线是Z箍缩系统,利用电流来压缩等离子体。
尽管已有充分的证据表明核聚变在科学上是可行的,并且可以通过多种技术复制,但可扩展性的问题仍未解决。核聚变目前远未达到商业化可行性,即使是产生少量能量所需的资源仍然极为庞大,在实际部署中不可行。实验室成果与能够在能源市场中运营的发电厂之间的这一差距,如今已成为该领域的核心障碍。
由麻省理工学院(MIT)研究人员开发的一个新框架旨在直接应对这一挑战,为从实验室成就走向工业和经济现实绘制路径。该框架评估"维持受控聚变能生产所需的物理投入,以及建设能在能源市场中竞争的发电厂的成本",这是麻省理工学院近期一篇新闻稿中所述。
研究人员认为,探索阶段——即测试各种不同方法和材料——实际上已经结束。核聚变的科学可行性已经确立,现在的重点必须转向严格的经济分析。
"这涉及在这种规模下寻找、分配和支出资金所伴随的一切,"麻省理工学院核科学与工程学教授、该研究的合著者丹尼斯·怀特说道。该研究上个月发表于《聚变能杂志》(Journal of Fusion Energy)。"这对我们从事的工作至关重要。我们应该审视经济学。如果我们希望这项技术在世界经济中真正发挥作用,就必须开始认真面对这些课题。"
该框架的一个关键特性在于其适用于目前正在开发的所有聚变能源方案。在核聚变研究的这个早期阶段,托卡马克、激光控制惯性约束还是Z箍缩系统最终将在商业化部署中证明最为可行,仍然不确定。麻省理工学院的框架可以帮助厘清哪条路径具有最大的经济前景。
怀特将该框架描述为"完全不受你所使用的聚变概念影响,因为聚变的物理现实是你投入资金来建立产生聚变动力的能力。"合著者安德鲁·W·罗强调了其中根本的经济学原则:"无论聚变电站是大是小都无关紧要,关键是:在两种情况下,你都必须确保产出的资金超过投入的资金,否则它不会存在太久。"