美國在核聚變領域對中國失去優勢，隨著人工智能能源需求激增
中國和美國正競爭開發首個可供電網使用的核聚變能源。在經歷了數十年的美國領導地位後，中國的投資已是美國的兩倍，並以創紀錄的速度建設項目。
核聚變被認為是清潔能源的聖杯，每公斤燃料產生的能量是傳統核裂變的四倍，並且是燃燒煤炭的四百萬倍，且不會產生溫室氣體或長期放射性廢物。根據Ignition Research的預測，若一切順利，到2050年此市場至少將達到1萬億美元。
但目前有一個大問題。
“現在宇宙中唯一運行的核聚變電廠是恆星，”麻省理工學院核科學與工程教授Dennis Whyte表示。
美國在1952年進行氫彈試驗時首次實現了大規模核聚變的應用。在接下來的七十年裡，全球科學家一直在努力將聚變反應用於發電。
聚變反應發生在氫原子達到足夠高的溫度時，這些原子會融合在一起，形成一種被稱為等離子體的超高溫氣體。理論上，這一過程中釋放的質量可以轉化為巨大的能量，但控制等離子體卻非常困難。一種流行的方法是利用強大的磁鐵在一個金屬甜甜圈形狀的裝置內懸浮和控制等離子體。另一種方法則是使用高能激光，對準一顆像胡椒粒大小的燃料顆粒，迅速壓縮並使其崩潰。
這就是美國在2022年於洛倫斯·利弗莫爾國家點火設施（NIF）成功實現歷史性的首次聚變點火，並產生正能量的方式。
自那以後，根據聚變產業協會的數據，美國的私人投資在核聚變初創企業中已飆升至超過80億美元，較2021年的12億美元大幅增長。在該協會的40家會員公司中，有25家總部位於美國。
傳統核能（來自裂變而非聚變）也迎來了投資的大幅增長，因為大型科技公司正在尋找滿足不斷增長的人工智能數據中心電力需求的方法。亞馬遜、谷歌和Meta已簽署承諾，計劃到2050年全球核能產量提高三倍。
“如果你關心人工智能，關心能源領導地位……你必須對聚變進行投資，”FIA首席執行官Andrew Holland表示。“如果美國不引領這一領域，那麼中國就會。”
資金、規模和速度
儘管美國擁有最多的運行核電廠，中國卻在新項目上領先。
儘管在美國開創技術近四十年後才動工建設其第一座反應堆，中國目前正在建設的裂變核電廠數量遠超其他國家。
中國在2000年代初參加了國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）大型項目，這是其參與聚變競賽的開始，然而ITER目前遭遇了重大延誤。
各國之間的競爭正在加劇，但美國的私營部門仍然佔據主導地位。根據FIA的數據，在全球80億美元的私人聚變投資中，有60億美元來自美國。
成立於麻省理工學院的初創公司Commonwealth Fusion Systems已籌集了近20億美元的資金，支持者包括比爾·蓋茲、傑夫·貝佐斯和谷歌。
位於華盛頓的Helion從包括OpenAI的山姆·奧特曼在內的投資者那裡籌集了10億美元，並與微軟達成了一項雄心勃勃的協議，計劃在2028年前將聚變電力供應到電網。谷歌支持的TAE Technologies則籌集了12億美元。
“誰擁有幾乎無限的資源……就能影響你所能想像的一切，”TAE Technologies的首席執行官Michl Binderbauer表示。“如果這些資源掌握在錯誤的人手中，這是一個可怕的想法。”
在公共資金方面，中國則遙遙領先。
據報導，北京每年向這一努力投入15億美元，而美國聯邦對聚變的資金在過去幾年平均約為每年8億美元，根據能源部的聚變能源科學辦公室的數據。
前總統唐納德·特朗普在其首任期內加大了對核能（包括聚變）的支持，而這一政策在前總統喬·拜登任內延續。至於特朗普的第二任期，聚變資金將會如何，仍不明朗，因為聯邦機構正在大規模縮減。
美國參議員和聚變專家在2月份發布了一份報告，呼籲提供100億美元的聯邦資金，以幫助美國保持其領先地位。
然而，美國在反應堆規模方面可能已經失去了領先地位。通常，反應堆的面積越大，越能有效加熱和限制等離子體，從而提高產生正能量的機會。
一張2025年1月11日的衛星圖像顯示，中國綿陽的一個大型核項目，似乎包括四個激光區，對準一個約足球場大小的圍罩，這個圍罩的大小約為美國國家點火聚變設施的兩倍。
根據Planet Labs PBC提供的一系列衛星圖像顯示，2024年中國一個新的激光聚變場地正在快速建設中。這個將進行聚變反應的圍罩大約是NIF的兩倍大，FIA的Holland表示，該地點可能是聚變-裂變混合型。
“聚變-裂變混合型基本上就像將一枚炸彈復製成一個發電廠。在美國這樣的地方，這根本不會奏效，因為有監管體系來決定安全性，”Holland說。“但在中國這樣的體系中，當政府說我們想這樣做時，周邊居民的意見根本不重要。”
中國現有的國家托卡馬克項目EAST在過去幾個月創下了記錄，與法國的WEST項目競爭，成為有史以來在反應堆內保持等離子體最長的紀錄，儘管這一里程碑不如產生正能量那麼重要。
另一個由國家資助的中國大型項目CRAFT預計將於今年完成。這個位於中國東部的700萬美元的100英畝聚變園區還將建設一個名為BEST的新托卡馬克，預計在2027年完成。
Holland表示，中國的CRAFT似乎遵循了2020年由數百名科學家發布的美國計畫。
“國會沒有做任何事情來花這筆錢來實現這一計畫，”他說。“我們發布了這個計畫，中國卻去建設了它。”
美國聚變初創公司Helion告訴CNBC，一些中國項目正在複製其專利設計。
Helion的創始人兼首席執行官David Kirtley表示：“中國，具體來說，我們正在看到國家機構向公司投資，然後複製美國公司的設計。”
人力資源和材料
中國快速推進新聚變項目的同時，美國的努力主要集中在升級現有的設備上，其中一些設備已有30多年歷史。
“沒有人想在老古董上工作，”TAE的Binderbauer說，他補充道，新項目更能吸引人才。“這裡出現了一定程度的腦力流失。”
2000年代初，國內聚變研究的預算削減迫使美國大學停止新設備的工作，並將研究人員派往其他國家學習其設備，包括中國的設備。
“我們沒有建設新的設備，而是去了中國，幫他們建設設備，心想，‘哦，那會很好，他們會有設施，我們會非常聰明，’”Commonwealth Fusion Systems的共同創始人兼首席執行官Bob Mumgaard說。“好吧，這是一個大錯誤。”
根據《日經亞洲》報導，中國目前擁有的聚變專利數量超過任何其他國家，且在聚變科學與工程領域的博士學位數量是美國的十倍。
“西方的人力資源是有限的，所有公司都在競爭，”Binderbauer表示。“這是根本的限制。”
Commonwealth Fusion Systems的SPARC托卡馬克在2024年12月於麻州德文斯組裝，計劃在2027年實現聚變點火。
除了人力資源，聚變項目還需要大量材料，例如高功率磁鐵、特定金屬、電容器和電力半導體。Kirtley表示，Helion最新原型Polaris的時間表完全取決於半導體的可用性。
中國正在採取措施，試圖壟斷許多這些材料的供應鏈，這與其在太陽能和電動汽車電池領域的主導地位相似。
Kirtley表示：“中國在先進材料開發方面的投資速度是美國的十倍。這是我們必須改變的事情。”
位於上海的聚變公司Energy Singularity在接受CNBC採訪時表示，其“無疑”受益於中國的“高效供應鏈”。該公司在6月表示，僅僅在設計其托卡馬克兩年後，就成功創造了等離子體，創下了記錄。
但這距離實現可供電網使用的商業聚變電力仍有很大距離。Helion的目標是2028年達成此目標，而Commonwealth則已宣布在維吉尼亞州建設其計劃在2030年代初啟用的首座聚變電廠ARC。
麻省理工學院的Whyte表示：“即使首座聚變電廠可能會在美國建成，我們也不應該因此感到安慰。終極目標是一個成熟的聚變產業，為全球的需求提供產品，包括人工智能中心所需的能源。”
這一情況引發了對美國在全球能源領域競爭力的深思，尤其是在面對中國這個強大對手的背景下。如何重新確立領導地位，將成為美國未來能源政策的重要課題。
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