全球范围内,实现核聚变发电的努力正在加速
核聚变产业的供应链预计未来市场规模可能达到数千亿乃至数万亿美元。日本被认为是少数几个能够完全依靠国内企业掌握核聚变发电所需技术的国家之一。2024年3月,日本成立了融合能源产业协会(J-Fusion),立志培养和确立日本核聚变产业的竞争力。
该协会的21家发起公司被期待成为未来核聚变产业供应链的核心。这些公司包括从核聚变初创公司到承担相关设备制造的制造商,以及看似与核聚变无关的商社和通信公司,种类繁多。
它们将如何参与实现核聚变发电的路线图?我们将基于公开数据,分析它们与核聚变产业的关系,并分为“聚变炉制造参与者”、“供应商”和“投资者”三个组别进行解释。
初创公司引领的“聚变炉制造”首先,是制造实现核聚变发电不可或缺的“核聚变炉”的参与者。
在J-Fusion中,有4家公司致力于制造聚变炉。Helical Fusion(成立于2021年)、EX-Fusion(同上)、Blue Laser Fusion(同上)、LINEA Innovation(同上),全部是2021年以后成立的初创公司。
Helical Fusion是由日本核聚变科学研究所的研究人员为中心于2021年成立的,旨在通过被称为“螺旋型”的方式(磁场封闭方式)实现核聚变发电。该公司的代表田口昂哉担任J-Fusion副会长。累计筹集资金约30亿日元(包括补助金),目标是在2030年代前半期实现发电的核聚变炉首台机组。
EX-Fusion是由大阪大学激光科学研究所和位于静冈县的光产业创成大学的研究人员于2021年共同创立的,旨在利用激光实现核聚变(惯性封闭方式)发电的初创公司。至今累计筹集资金19.3亿日元。目标是在2030年实现小规模发电的技术验证,并在2035年实现商用水平的核聚变炉。
该公司还在考虑利用研发的激光技术提供多样化服务,例如“太空碎片清除”。以激光核聚变所需的激光技术为基础,旨在扩大日本“激光产业”的范围并构建对应的业务。
2022年在美国成立的Blue Laser Fusion由2014年因发明蓝色发光二极管(LED)而获得诺贝尔物理学奖的中村修二博士担任首席执行官(CEO)。其日本法人也于2024年2月成立。与EX-Fusion一样,致力于实现激光核聚变,并正在开发独特的高功率激光器,目标是在2030年实现商业化的激光核聚变炉。
该公司还从软银、伊藤忠商事、以及ZOZO创始人前泽友作设立的前泽基金等获得了投资,已经筹集了超过56亿日元的资金。
LINEA Innovation是由日本大学和筑波大学的研究人员于2023年9月成立的,是日本国内最新的核聚变初创公司。它采用了与磁场封闭方式和激光方式都不同的、称为“FRC”(Field-Reversed Configuration /磁场反转配置)和“串联镜方式”的独特方法。
该公司计划使用的核聚变反应材料不是许多核聚变初创公司采用的“氘”和“氚”,而是“硼”和“氢”。这旨在实现几乎不产生放射性废物的核聚变炉。
2024年5月,与同样使用这些材料实现核聚变发电的美国TAE Technologies签订了合作备忘录。2024年1月,在种子轮融资中,从风险投资公司ANRI筹集了7000万日元。
实现核聚变需要的供应链企业要实现核聚变炉,需要各种装置和设备。从全球来看,日本有许多企业可以成为核聚变产业的供应商。
在J-Fusion的发起人中,以作为日本首个核聚变初创公司而受到全球关注的京都Fusion Engineering为首,还有长期参与国际项目ITER计划的三菱重工业(以下简称三菱重工)、东芝能源系统(以下简称东芝)、古河电工工业(以下简称古河电工)等老牌制造商。
如果要在法国正在建设的ITER或位于茨城县那珂市的量子科学技术研究开发机构(QST)的核聚变实验装置“JT-60SA”等类型的核聚变炉中发电,所需的装置和设备可以分为三大类。
第一类是与产生和控制等离子体有关的核聚变炉的主要部分,如真空容器和超导线圈等“核聚变设备”。第二类是“燃料循环系统”,用于回收核聚变反应在炉内产生的氚并重新利用为燃料。此外,“炉周围设备”,如发电所需的蒸汽涡轮和发电机,也是重要要素。