「核融合」成發電趨勢!美國研發便宜又安全的「小型核電廠」

2023/06/06 創新拿鐵 戴羽

本文授權轉載自《創新拿鐵》原文標題:你知道什麼是「小型核 電廠」嗎?這家美國新創要仿效太陽,開發出便宜又安全的核能!

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創新點:使用「核融合」,我們可以像太陽一樣產生用不完的能量

本文 3 大重點:1. 創辦一年就獲獎,更成功加入矽谷最著名的創業加速器。2. 核融合能夠產生安全又乾淨的能源。3. 幾乎每年推出新原型,生產出最便宜的能源。

最近因為有政治人物提議「每縣市設小型核電廠」,很多人又開始了「核能」的討論。什麼是「小型核電廠」?它安全嗎?美國的新創公司 Helion Energy 就是專注在這方面的新創公司,它們認為「核融合」將成為未來能源最重要的來源之一。

1. 創辦一年就獲獎,更成功加入矽谷最著名的創業加速器

Helion Energy 是一家總部位於美國華盛頓州的新創公司。它的聯合創辦人 David Kirtley、Chris Pihl、George Votroubek、和 John Slough 在創辦 Helion Energy 前都在 MSNW 上班。MSNW 也位於華盛頓州,成立於 2004 年,專注於開發和研究「磁局限融合」 (Magnetic Confinement Fusion) 和高能量物理 (High-Energy Physics) 領域的相關技術。

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Helion Energy 聯合創辦人與技術長 Chris Pihl(左)和聯合創辦人與執行長 David Kirtley(右) (圖片擷取:Contrary Research

在創辦 Helion Energy 之前,四位聯合創始人彼此積累了 30 年的核能經驗,以及航空、航天工程和天體物理學領域的各種碩士和博士學位。 在 2010 年左右,他們四位就注意到用核融合將能提供人類更為清潔、可持續的能源於是就決定要專注於它的研究。一直到了 2013 年,他們覺得時機成熟了,就正式成立了 Helion Energy。

公司成立後,馬上得到了科學界的關注,讓它們在成立當年就能入圍 2013 年美國清潔能源發電 (National CleanTech Open Energy Generation) 競賽。在 2014 年,Helion Energy 更成功加入矽谷知名創業加速器 Y Combinator,而當時執行長 Sam Altman 正開始專注「硬科技」(Hard Tech),特別是核能發電的新創。

從 Y Combinator「畢業」後,Helion Energy 獲得了 150 萬美元的種子資金。它們接下來的目標就是在三年內用核融合中產生「能量」,而當時一般科學家都認為這需要數十年才能達成的目標。

Helion Energy 和其他研究核融合的研究室最大的分別是,它們使用的「反應堆」(Nuclear Reactor) 要小得多(所以是「小型核電廠」)。因此成本相比動輒超過 500 億美元的發電站,Helion Energy 希望只花幾千萬美元,就能產生 50 兆瓦的電力,足以為約 40,000 個美國家庭供電。

2. 核融合能夠產生安全又乾淨的能源

但是,核融合是什麼?它和一般我們認知的核電廠有什麼分別?

相信大家一定看過電影《鋼鐵人》,在鋼鐵人盔甲中那顆圓形的「發電裝置」就是設定採用核融合技術在運行的。它小小的一顆,卻能夠產生足夠的電力來維持鋼鐵人盔甲的運作,可以說是最理想的「小型核電廠」。

現實中,太陽就是最大的核融合發電廠。它源源不絕的為我們提供了光和熱,而看來又沒有一直需要新的「燃料」正是啟發了科學家們研究核融合最大的動力。

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太陽啟發了核融合研究 (圖片擷取:Flickr)

而且,核融合和目前的核電廠相比有很多的優勢。核電廠是使用核分裂產生能量,即是透過將重核(如鈾、鈽等)的原子核分裂成兩個較輕的核,在過程中同時釋放大量能量來達到發電的目的。

核融合就正好相反,它會將輕元素(通常是氫同位素)的原子核合併成更重的核,藉此釋放出巨大的能量來發電。由於核融合的產物主要是氦,不會產生放射性核廢料,所以比起核分裂對環境更好。另外,在核融合過程中,反應堆不會因失控而導致爆炸,所以它更加安全。

另外,最吸引投資人的是核融合所需要的燃料都非常豐富,不易耗盡。例如,Helion Energy 使用的原料為「重水」(Heavy Water:水分子中氫原子的同位元素被氘所取代)可以輕易的從海水中提煉。透過核融合,一加侖的海水就能產生出 300 加侖汽油所提供的能量。

Helion Energy 用來發電的另一種原料為 Helion(所以才叫 Helion Energy)雖然在地球上不常見,但是在月球表面上有 110 萬公噸的 Helion。 而只要 25 公噸的 Helion 在核融合後就能產生出足夠美國用一整年的電力。因此,在地球的資源用盡後,還有到月球去開採這個選項。

當然,核融合是一個很好的發電選項,最重要的是因為它比化石能源能產生更多的能量,所以能提供更多的電力。

3. 幾乎每年推出新原型,生產出最便宜的能源

因為 Helion Energy 非常清楚核融合的可能性,所以它們一開始就卯足全力進行研發。從 2014 年開始,它們幾乎每年都會發佈一個改良的原型反應堆。在 2022 年,代號 Trenta 的第 6 代原型總算能被加熱到華氏 1 億度這個在地球上產生核融合的要求溫度,是第一個達到此目標的私人反應堆。

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Helion Energy 的反應堆 (圖片擷取:Contrary Research

太陽中心的溫度為攝氏 1500 萬度(約華氏 2732 萬度),引力則是地球表面的 28 倍。 強大的引力加上高溫,才能導致原子加速碰撞,造成核融合。由於在地球上無法複製太陽中心的引力,因此需要更高的溫度(華氏 1 億度)才能引發核融合。

為了要持續這樣的研究,Helion Energy 需要非常多的資金。因此,除了 2014 年獲得的 150 萬美元,它們又分別進行了 5 輪募資。其中最受矚目的是它們在 2021 年進行的 E 輪募資,因為這次的主要投資者是 OpenAI 的創辦人,也是在 2014 年提供種子資金的 Y Combinator 當時的執行長 Sam Altman。

Sam 這次投資了 3.75 億美元在 Helion Energy,而整個 E 輪總共募得的資金是 5 億美元。在完成 E 輪募資前,Helion Energy 的估值為 25 億美元,E 輪獲得的資金將用來建造第 8 代原型反應堆。

當 Helion Energy 正式開始生產電能時,它們首要的客戶將是大量用電的數據中心或工廠。Helion Energy 覺得在這些場所附近建立小型核電廠將讓客戶們獲得穩定的供電,這會是極大的誘因。

另外,Helion Energy 也打算和目前的電力供應商合作,直接為大眾電網提供電力。因為 Helion Energy 相信它能夠以每兆瓦時 (mWh) 10 美元的價格供電,比現今最便宜的再生能源再便宜 50%。所以,對電力供應商來說是最好的選項。

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Helion Energy 的團隊 (圖片擷取:Contrary Research

用電一直被視為是破壞環境的主因,而目前的核能發電又讓人有很多的疑慮。如果 Helion Energy 真的能夠將「核融合」商業化,那我們就可以使用便宜、乾淨、安全又源源不絕的能源。難怪創投家們都願意在這個行業投入巨大的賭注!


參考資料:

1. Fusion Is About To Become A Must-Have Investment, DOE Official Says

2. Fusion energy industry preps policymakers for ‘one of the biggest technological game-changers’ ever

3. The future of fusion energy

4. OpenAI CEO Sam Altman’s Biggest Investment: $375M in Nuclear Fusion

5. Helion Raises $500 Million, Targets 2024 for Demonstrating Net Electricity from Fusion

6. Helion Energy


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