如果要給核聚變商業(yè)發(fā)電列出時間表，你認為會是在哪一年？

去年，美國聚變能源工業(yè)聯(lián)盟向40家核聚變公司提出了這一問題。有6家企業(yè)給出了2030年之前的回答，20家企業(yè)認為會在2030-2035年之間。

比如，美國Helion公司給出的答案是2028年，它與微軟簽署了對賭協(xié)議，2028年將以1美分一度電的價格，向微軟提供50兆瓦的供電。另一家美國公司Commonwealth Fusion System（CFS）則計劃在2030年代早期完成第一座聚變電站ARC的建設，實現(xiàn)商業(yè)發(fā)電可能還得向后推遲幾年。

我把同樣的問題拋給了瀚海聚能的CEO項江。他回答說，“Helion公司2028年的計劃非常激進，但主流觀點2035年前后實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電是可能的。”

項江，2022年底創(chuàng)辦了核聚變公司“瀚海聚能”。在創(chuàng)業(yè)之前，他先后在中國科技大學、某核物理研究院從事了20余年核聚變研究，參與過磁約束聚變裝置托卡馬克、激光慣性約束核聚變等項目課題。

不過這次創(chuàng)業(yè)，項江打算摒棄上述兩條技術路線，選擇建設一座直線型的核聚變裝置。“大家都低估了托卡馬克的難度和成本”他向我說道，而“場反位形直線型裝置”——一種成本更低、體積更小、能量密度更高的技術方案，將更有可能實現(xiàn)核聚變商業(yè)化應用。

今年上半年，瀚海聚能完成了5000萬元的天使輪融資，投資方包括華映資本、奇績創(chuàng)壇、輕舟資本、厚實資本。資金用于線性裝置物理及工程設計，是瀚海聚能邁向商業(yè)化發(fā)電的第一步。

正被點燃的核聚變：43家公司融了62億美元

世界上的第一家可控核聚變公司Princeton Fusion Systems成立于1992年。直到2017年，全世界的商業(yè)核聚變公司也只有14家，平均每年誕生0.5家。

但自2018年開始，商業(yè)核聚變公司呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。這一年全球成立了5家相關公司，2019年成立了7家，2021年成立了6家公司，2022成立了9家。截至2023年底，全球已有43家商業(yè)核聚變企業(yè)。其中美國公司多達25家。

這43家公司累計獲得了超過62億美元的融資。其中2018年成立的Commonwealth Fusion System（CFS）在2021年的C輪融資中就一口氣募了18億美元，創(chuàng)下了商業(yè)核聚變公司單筆融資之最。

一時間，好像所有的商界大佬和頂級機構都在關注這一賽道。比爾·蓋茨投資了CFS、Type One Energy；貝索斯投資了加拿大公司General Fusion；騰訊投資了英國公司First Light Fusion；山姆·奧特曼投資了Helion。此外，谷歌、淡馬錫、老虎環(huán)球基金、雪弗龍都是重要的投資者。

中國市場的發(fā)展速度也比想象中更快。

國內創(chuàng)業(yè)者/企業(yè)家已經創(chuàng)辦了5家商業(yè)核聚變公司，分別是位于上海的能量奇點、合肥的聚變新能、西安的星環(huán)聚能，上市公司新奧旗下的核聚變項目，和項江創(chuàng)辦的成都核聚變公司瀚海聚能。

圖片來源：投中網整理

項江，1996年進入中國科技大學等離子體專業(yè)學習，先后獲得本科、碩士和博士學位，研究課題一直是磁約束聚變裝置托卡馬克。2006年博士畢業(yè)后，進入某核物理研究院從事激光慣性約束核聚變研究。在2018年離職前，他已經與核聚變打了20余年的交道。

項江說，最讓他感到震撼的，是核聚變的商業(yè)化從少有人問津到產業(yè)加速，僅僅是最近兩年發(fā)生的事。在2018年他剛剛辭職時，還想不到核聚變這項浩大的科學工程，竟然能夠被這么多創(chuàng)業(yè)者和投資人相中。

太快了。這可能不僅是他的感受，也是所有人的看法。“永遠是下一個50年”的技術好像正離我們越來越近。

時間倒回到2018年，項江告別科研。

當時，科大訊飛、國盾量子、寒武紀等中科大系的創(chuàng)業(yè)公司，在不斷刷新融資記錄登陸資本市場，“以前搞科研的投身創(chuàng)業(yè)非常少，但現(xiàn)在這群人實現(xiàn)自身價值的方式更加多元化了。”項江離職前夕也在考慮如何創(chuàng)業(yè)。

2018年他離開體制后，先是加入到國盾量子，后又回到中科大做科技成果轉化服務。直到2022年初，兩則消息的出現(xiàn)才讓他找準了方向。

2022年2月，國內第一家核聚變公司能量奇點曝出天使輪融資近4億的消息；一個月后，另一家公司星環(huán)聚能開始路演。

這兩條消息讓他備受震撼，“核聚變是一項極端復雜的大科學工程，商業(yè)公司能夠在這上面創(chuàng)業(yè)完全出乎了我的意料。”

于是在2022年12月31日，項江在成都創(chuàng)立了瀚海聚能。這是全國第四家商業(yè)核聚變公司。

托卡馬克，并非唯一答案

如果要問瀚海聚能與其他公司有何不同，那就是項江沒有選擇主流的技術路線托卡馬克——也就是我們俗稱的“甜甜圈”磁場構型，而是選擇建設一座直線型的核聚變裝置。

1958年，蘇聯(lián)科學家阿奇莫維奇設計建造了第一臺托卡馬克T-1裝置。在經過兩次升級改造之后，阿奇莫維奇向外宣布，T-3產生了1000萬度等離子體。這遠遠超過其他各種裝置上的參數(shù)，此后托卡馬克就逐漸成為世界各國研究核聚變的主流選擇。

與此同時，我國也選擇了托卡馬克作為主要研究路線。1993年，中國科學院等離子體物理研究所建成了第一臺HT-7超導托卡馬克裝置。2006年，世界上第一臺全超導托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次成功放電。到去年，EAST在122254次實驗中獲得403秒穩(wěn)態(tài)高約束等離子體，創(chuàng)下了運行時間的新紀錄。

毫無疑問，這一技術路線是目前研發(fā)歷史最悠久、最成熟、國際合作最深的方案。這也是國內外企業(yè)選擇托卡馬克的主要原因。

但項江告訴我，托卡馬克對于商用核聚變公司而言，未必是最優(yōu)的選擇。他解釋道，托卡馬克是資金門檻最高的技術路線，實驗裝置的建設動輒需要數(shù)百億人民幣，商業(yè)堆的建設保守估計將達到上千億。

2006年開始建造的國際熱核聚變裝置ITER項目，集合了中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等主要科技強國，建造成本原計劃為50億美元并用十年建成，但現(xiàn)在投資總額已超過200億歐元（超過1500億人民幣），目前為止依然看不到投入的上限。

“按ITER的建造規(guī)模，它設計的是500兆瓦的能量輸出，并網發(fā)電的話大概是200兆瓦，但是它的建造成本現(xiàn)在是在1000億人民幣以上，而且還只是一個試驗裝置。按照試驗裝置的規(guī)模推算下來，做成一個500兆瓦到1000兆瓦的商業(yè)堆，成本就需要2000億到3000億人民幣。”

而且他指出，即使是小型化的托卡馬克投入也不菲。2018年成立的Commonwealth Fusion Systems（CFS），技術路線就是高溫超導小型托卡馬克。目前的融資體量已經超過20億美元（140億人民幣）。未來這家公司要實現(xiàn)商業(yè)發(fā)電，還需要繼續(xù)增加投入。

“如此高昂的建設成本，就難以實現(xiàn)商業(yè)上的閉環(huán)。”項江算過一筆賬：核聚變的原材料中氘來源于海水中，長遠來看成本幾乎可以忽略不計。電站的建造成本，要看整個裝置的運行周期和成本攤銷。一般一個發(fā)電站的運行周期是30到50年，結合它的發(fā)電功率就可以算出總共能發(fā)多少電、每年的成本攤銷，從而算出它的度電成本。

“托卡馬克裝置肯定可以實現(xiàn)發(fā)電目標，但度電成本將高達上萬元/度，這對商業(yè)化有什么意義呢？”所以在項江看來，“大家顯然都低估了托卡馬克商業(yè)化的難度和成本。”

那有沒有更經濟的技術路線？我問。

“有，場反位形直線型裝置。”項江向我說道。

線性裝置：商業(yè)化更優(yōu)的解決方案？

在介紹場反位形直線型裝置之前，先厘清一個問題：為什么直線型裝置在此前沒有成為主流？

首先，核聚變的原理已經不是秘密：兩個輕原子核（比如氘氚）結合在一起，會釋放巨大能量。但要讓兩個原子核相互碰撞、結合，就必須讓1億攝氏度以上的高溫等離子體保持運行，這樣才能克服原子核之間形成的庫倫排斥力。

反應堆需要將等離子體密封壓縮在一個有限的空間中，防止逃逸，并達到極高的密度，才可能讓原子核頻繁碰撞、持續(xù)釋放能量。而“甜甜圈”裝置托卡馬克就是起到這樣的作用：設置一個真空環(huán)形通道，在螺線管形磁場的約束下，將1億攝氏度的等離子體維持住。

如果高溫能維持，等離子體能夠保持高密度，核聚變就能可控地持續(xù)發(fā)生。如果原子核相互碰撞釋放的能量，大于維持高溫以及磁場所需要的能量，就能實現(xiàn)發(fā)電凈值輸出。

那么直線型裝置的問題就顯而易見了：它“管不住”等離子體。“直線型路線的原理是在直線形裝置上，通過形成場反位形或磁鏡的方式來約束等離子體。不過這種方法以前存在等離子體逃逸、損失的問題。所以在20世紀并不占優(yōu)。”項江解釋說。

但近年來隨著新材料、新技術的發(fā)展使之成為可能。“比如高溫超導磁體的使用，磁場強度大幅增加，大大提高了約束性能。以及半導體新材料和電子元器件的新發(fā)展，在功率電源等方面帶來了很大提升。”

2000年前后，直線型裝置逐漸被一些研究團隊和商業(yè)公司驗證。

1998年，美國Tri Alpha Energy（TAE）成立，這家位于美國加州的核聚變公司所采用的路線就是線性裝置。而它的“接棒者”，2013年成立的Helion Energy，也是利用線性裝置來實現(xiàn)商業(yè)發(fā)電。而且它提出了十分激進的商業(yè)化目標：2028年為微軟供電50兆瓦，度電成本將逐漸降低至1千瓦時一美分。

這是什么概念？“美國很多地區(qū)的居民用電是 10 美分，在加州可能會是 20 美分，也就是說，一度電一美分，這可比現(xiàn)在所有電力的度電成本都要低。”

瀚海聚能的技術路線就是對標Helion，以場反位形直線型裝置來實現(xiàn)核聚變最終的商業(yè)化。

按照項江的計劃，在線性裝置的基礎上建造一個百兆瓦量級的發(fā)電站，成本僅為30-50億元，短期內度電成本可以降到和火電的同一水平。相比于托卡馬克實驗裝置建設就需要上百億乃至數(shù)百億的投入，這已經大大降低了成本。

那么如此低廉的造價又是如何實現(xiàn)的？

一方面，直線型裝置不用建造許多托卡馬克必須包含的大型昂貴周邊設備，比如大功率加熱系統(tǒng)以及大型冷卻系統(tǒng)等。

另一方面，托卡馬克裝置多部位環(huán)環(huán)相套，一旦損壞，維修將會是一場大工程。而直線型裝置采用模塊化設計，一旦部件損壞，替換一個新的部件即可。“中間的很多模塊可以復用，比如說電源診斷、控制系統(tǒng)等可以復用到下一代裝置上，下一代裝置只需要把中間的反應室換掉。”

這兩方面決定了直線型裝置開發(fā)迭代速度更快。

TAE從公司創(chuàng)立到現(xiàn)在的26年時間里，僅用了12億美元的投資，就迭代5代裝置，目前正在建設第6代裝置。而Helion在2013年-2020年間，融資總額不到1億美元，就將線性裝置迭代到了第7代，“這是托卡馬克裝置難以想象的。”

更快的迭代速度，能夠將工程化問題迅速檢驗，從而又更快地推進了商業(yè)化發(fā)電。這就不難理解，為什么Helion能夠提出2028年實現(xiàn)供電的激進計劃。

此外，直線型裝置功率密度是托卡馬克類的100-1000倍；而且它的應用場景更為靈活：“可以放在一個20米的空間內，”比一個籃球場的占地面積還要小。再加上核聚變安全無污染的特點，可以放置在社區(qū)、醫(yī)院等場景中。“如果對大型項目如規(guī)模化工廠供電，只需要將多個發(fā)電單元進行并聯(lián)組合即可。”

拍攝自瀚海聚能辦公室：場反位形直線型裝置模型

工程更簡單、迭代速度更快、能量密度更大，體積更小。這些都大大降低了建造成本。

“托卡馬克也有下降空間，這主要來源于高溫超導磁體的成本降低。但高溫超導磁體也只占它總成本的30%左右，也就是說3000億的建造成本打個七折，依然要上千億投入。而同等功率的線性裝置總成本則是在百億量級之內，還是非常有優(yōu)勢。”

今年上半年，華映資本、奇績創(chuàng)壇、輕舟資本、厚實資本等向瀚海聚能投資了約5000萬元。這筆融資與同行動輒數(shù)億乃至十幾億的天使輪投入相比，確實非常少。“我們也需要大量的投入，但與同行相比成本小得多了。”項江說道。

短期商業(yè)化路線：生產中間產品中子源

當然，“便宜”不是打動投資方的唯一原因。

即使能夠以足夠低的成本實現(xiàn)核聚變商業(yè)化，依然需要漫長的等待。以2035年為時間節(jié)點，一家核聚變公司至少要撐過10年以上顆粒無收的真空期。

在拜訪瀚海聚能之前，我就向幾位熟識的投資人朋友請教過這一問題：你是否會投資一家核聚變公司？這些朋友中不乏專注于早期投資的機構，但大部分都給出了相同的回復：太早了，怎么商業(yè)化？

一家商業(yè)公司“十幾年光靠融資款來支撐所有的研發(fā)，隨時都可能倒掉，對吧？”項江的反問也正中投資人的下懷。

所以在創(chuàng)業(yè)之初，項江就規(guī)劃了一條商業(yè)化路徑。長期來看，發(fā)電售電或者向國營電廠提供核聚變整套設備及運營服務，是最終極的商業(yè)模式。但在中短期，通過銷售核反應過程中產生的中子，應用于核醫(yī)學領域也是可行的。

以放射性治療中的硼中子俘獲療法（BNCT）為例。這是一種基于硼被中子擊中產生裂變反應來殺死癌細胞的醫(yī)療技術。醫(yī)療機構為患者注射含硼（Boron）藥物，藥物和癌細胞有很強的親和力，并很快聚集在腫瘤細胞內，然后對患者的腫瘤部位進行熱中子（thermal neutrons）照射以殺死癌細胞。這一醫(yī)療技術中的“中子”就可以通過核聚變反應堆實現(xiàn)生產。

再以醫(yī)用同位素供應為例。醫(yī)用同位素是診斷和治療用放射性藥物的生產基礎，但目前我國95%以上的產品都依靠進口，而且醫(yī)用同位素大多半衰期短，不能長期儲存，最好即產即用，這導致價格高居不下。但是核聚變反應堆能夠生產30多種放射性核素，可以實現(xiàn)部分國產替代。

這兩個醫(yī)療場景大約有千億級市場規(guī)模。

而且設計這樣一條核醫(yī)學的商業(yè)路線并非紙上談兵。

今年3月，廈門弘愛醫(yī)院BNCT腫瘤中心，就與美國核聚變公司TAE（就是上述采用直線型裝置的公司）建立了合作。TAE為弘愛醫(yī)院建設小型核聚變裝置，提供中子源產品用于癌癥治療，目前雙方的合作已獲得人類臨床實驗許可，即將取得三類醫(yī)療器械注冊證。

另一家美國公司MIFTI，在去年底實現(xiàn)了1.5x1012個中子產額，這將極大地推動其在醫(yī)用領域的應用。

國內機構也在探索核醫(yī)學應用。今年1月，中國核動力院就牽頭投資百億在成都建設全球功率最高的溶液型醫(yī)用同位素裂變堆，主要生產碘-131、鉬-99等核素，預計在2028年投產。

上述三家公司/機構的動態(tài)，為核聚變提供了階段性商業(yè)化方案。而且除了核醫(yī)學外，核廢料處置、工業(yè)檢測等領域，也可以用到中子源產品。按照項江的商業(yè)規(guī)劃，瀚海聚能將在2025年上半年建成第一代直線型裝置，并成功放電；明年底著手第二代裝置設計，并完成中子源產品基礎，開啟核醫(yī)療等系統(tǒng)的商業(yè)化落地。

這無疑是最打動投資方的一點，“ 核聚變商業(yè)化落地最樂觀的預測也在10年以上，這是一個漫長的技術方向。國內大部分基金的存續(xù)期限都容忍不了那么長的時間。他們規(guī)劃的中間產品有機會去實現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)，這一點就非常重要。”輕舟資本董事總經理康建樹向我說道。

核聚變什么時候實現(xiàn)？

2022年底創(chuàng)業(yè)，2023年公司開始逐步走入正軌。項江30%的精力花在找錢上，70%的精力花在找人上。好消息是，除了拿到了種子輪和天使輪融資外，已經有多名核聚變領域的著名科學家加入到公司，與核工業(yè)西南物理研究院、中國科學技術大學等科研院所的合作也在順利推進中。

另外今年又有一個新熱點，AI 的發(fā)展導致巨大的電力缺口，讓行業(yè)的進度越來越快。“你看ChatGPT每天的耗電量50萬度，這等于將近2萬戶美國家庭的日耗電量。”所以山姆·奧特曼說，“（AI）激勵我們加大對核聚變的投資。”

那么回到我們開頭的問題，核聚變什么時候將實現(xiàn)呢？

“當社會需要核聚變技術的時候，核聚變就能實現(xiàn)。”蘇聯(lián)核物理科學家阿奇莫維奇曾這么說過。顯然，即將到來的“賽博社會”正需要核聚變變?yōu)楝F(xiàn)實。