“我们正处于一个巨大的转变点,就像星际旅行前对速度的估计一样,可能变得不那么保守。
在可控核聚变商用化的道路上,我们正处于关键阶段,因为许多公司正在开发自己的核聚变技术。”
——2023年从加州大学劳伦斯伯克利实验室的研究室中得出的一项突破性成果:科学家们能够在一台超级计算机中模拟出氘氚聚变的过程,并计算出最终释放出的能量等一系列重要参数。
可控核聚变是一项尚处于研发阶段、对人类未来有着巨大潜力的清洁能源。
然而,目前的技术进步依然显著,并可能为将来商业化聚变堆的设计奠定基础。
未来,当可控核聚变变成现实时,所需的一个重要组成部分就是铍。
于是国泰君安证券于2023年8月24日发起了铍行业的研讨会,会上爱迪生材料总裁Andrew Heller大胆预测:“将来我们自己设计的聚变堆运行4年后,里面就会造成30%-40%的铍已经衰变消失了。”
爱迪生材料指定的这组数据直接引起了国泰君安相关人员的浓厚兴趣,考虑到目前的聚变堆还处于开发阶段,所以国泰君安在会上问道Andrew Heller:“假设我们现在开始批量生产铍,我们能不能生产出这么多来供自己用呢?”
Andrew Heller表示:“美国、哈萨克斯坦以及中国这三国正是世界铍生产国,但是美国是第一大国,所以我们生产能力肯定是无法满足自己需求的。”
在国泰君安证券研报发布后,许多人开始对这个硬币般稀有的元素产生了广泛的关注。
铍在未来商业聚变堆中的价值地位。核聚变是宇宙中最主要的能量来源,它是太阳和其他恒星发出光和热的来源。
核能发电是一项高风险且对环境有害的人分类型能源,而核聚变则是一种低风险、非放射性、无污染的清洁能源。
可控核聚变技术是模仿自然界中的核反应,以氢同位素氘和氚为燃料,通过核聚变实现低风险、高能效、低污染的清洁能源。
聚变反应释放的能量带有高温和中子辐射,对其产生影响的是反应堆内壁材料,铍就是众多材料中的一种。
在聚变反应中,氢同位素会转化为氦,同时会释放出大量能量以及较强的中子辐射。
相较于其他中子吸收材料,铍可以将其转化为稳定的同位素,从而阻止它们对环境造成进一步影响,同时铍还具有更高的熔点、更优良的耐腐蚀性能以及更轻质等优异特性。
此外,铍对核反应堆内其他方面产生影响较小,这使得它在未来商用循环堆中占据重要地位。
根据Andrew Heller预测,如果现在开始批量生产铍,那么预计在我们自己设计的聚变堆运行4年后,其中有30%-40%的铍已经全部衰变消失了。
根据对托卡马克聚变堆中不同材料成本占比进行大致估算,在采用我们的设计运行十几年后,剩余的铍价值会占到我们聚变堆价值的30%-40%。
托卡马克是一种用于核聚变研究的重要设备,它可以通过强大的磁场控制等离子体状态,使其在足够高的温度和压力下发生核聚变反应,从而释放出大量能量。
随着全世界各国对可控核聚变研究投入超大量资金,可以预见未来十几年后即使是像氘氚这样昂贵的原料,其价值也难以与越来越稀缺的铍竞争。
在研讨会上国泰君安对Andrew Heller指定的数据进行了精确估算,发现如果这些假设属实,每年全球将需要260亿个聚变堆,这将导致铍需求激增至每年超过200万吨,仅占其现行总产量的三倍。
未来,随着托卡马克技术逐渐用于商业领域,如能在2030年顺利完成示范性实验,并在2050年将其商业化,那么届时全球将会有400万个托卡马克聚变堆温室,每年的全球铍产量将被夸大8倍以上甚至更多。
很显然不论哪个假设情况都将导致全球铍价格飙升甚至引发严重危机,那我们现在必须要搞清楚一个问题:目前世界上谁拥有这些稀有金属呢?
全球铍产业链高度垄断。2022年全球共有1700吨铍矿石产出,其中87%来自美国其他13%由中国所占有。
美国于上世纪早期就发现了丰富的铍矿藏,但因为需求量少且开采成本太高,因此美国政府于1970年关闭了所有铍矿山。
然而,在上世纪80年代末,随着冷战结束及中国改革开放以来经济飞速发展,美国对稀土元素需求日渐增加。
当钨以及稀土元素价格暴涨时,美国意识到重新开放铍矿山是个不错的选择,为此甚至还对中国等工业强国设定了出口配额限制。
美国重启铍矿山这事儿究竟撒手没撒手美国人是不知道,中国却一定是知道的,因为1991年我提出了停止向美国出口稀土矿石这一计划,一旦实施就意味着中国将彻底独占稀土矿石市场。
这项计划一推出就引发了美国、日本等国股票市场震荡,同时也引起了国内外舆论广泛关注,有人认为中国这么做太不理智,一边站着说话一边摇摇手杖有人则认为中国这么做是增强国际话语权的一种表现。
最终,在来自国际舆论和国内舆论双方夹击之下,中国作出了让步,于1992年继续出口稀土矿石,“黄金十年”的结果大家都有目共睹,如今中国已经占据了全球稀土市场95%的份额。
美国也知道只有全世界都开始开采才能使铍价格再次复苏,于是便停产了几乎所有高二氧化铝废料,从而迫使他们不得不在经济利益驱动下重新进行铍开采。
而如今,中国虽然有一些小型厂商重新开采,但因为无牌小乱引发当地污染严重,在政府查处后这些小企业相继倒闭,现在只有一家民营企业开采,还有一家建立了合资企业。
根据现行相关条款,这家合资企业只能分配到国内10%的钇金属使用权,而剩余的90%都要向美方分享,所以中国无人知晓生产出来这些钇又流入哪里,不知道是否会引起类似当年以稀土出口为 leverage 的事件,但即便如此,中国目前也不会断供,因为经过现行中美贸易关系对比看,我们以此来换取其他物资有些时候仍然是最优解。
其实还有一种情况会导致中国无法提供钇,那就是美国国内要求最好将所有关键材料放置在美国境内,这样一家企业就会被迫重新回收这些钇,美国轻工业蓬勃发展的历史可能会再次被改写。
现在社会对清洁能源研讨热情高涨,再加上老牌铍生产国家哈萨克斯坦意外崛起,这时人们会不禁思考:“如果美国重新建立自己的工业基础,将来还会不会撑个小钢琴跟我们玩玩清洁能源?”
这里面牵扯的问题极其复杂,也存在很大不确定性。
但如果你想玩清洁能源,就一定要先去开启核聚变之门,而要开启这扇门,就要首先解决一个问题:那就是革命性的新材料。
国家高度重视铍产业。掺锰钢被许多国家用于建造反应堆,但是我军认为这钢里面含有很多杂质物质,会损坏反应堆内部结构,所以我军专门筛选出符合这一标准的数据进行提取,然后用来制造新的掺锰钢,这一过程非常复杂耗时耗力。
此外,我军还研究了一种新的耐热合金钢,该钢具有更高耐腐蚀度和强度,从而增加使用寿命,但这种新的合金钢还存在许多未知因素,所以无法完全取代掺锰钢使用。
另一个新钢种是不锈钢镉合金钢,而这是目前还没有明确结论的一种新材料,在新材料的发展过程中,许多国家均参与其中,中国也不例外,这意味着我们在新材料方面进行了大量投入,但并没有得到实际利益,这让人不得不质疑背后的原因。
因此,中国很应该对此加以重视,将其作为战略性物资进行研发,以防落后于他国,并保持持续的发展能力。
为了更好握自主权,我国需要尽快开发出自己的新材料,从而保障自身利益,并减少依赖国外技术带来的风险。
此外,对于我国新材料的发展,我们应当抢占行业制高点,并探索可持续安全的发展道路。
最后,我们应该高度重视新材料研发过程中的科研人员及企业,为其提供激励和支持,以鼓励他们继续在这一领域深耕细作,不断推出新技术、新成果。