为什么核聚变无法解决气候危机

核聚变技术规模化应用为时过晚,无法避免气候灾难

Illustration of scientists appearing to play racquetball in a circular room.

Izhar Cohen

2022年12月,美国国家点火装置(NIF)的科学家宣布,在数十年努力创造基于太阳核聚变反应的能源方面取得了突破。“工程奇迹,令人难以置信,”他们宣称,各大报纸迅速跟进,进行了令人兴奋的报道。《华盛顿邮报》称之为“真正值得庆祝的事情。”其他评论员对聚变未来赞不绝口,认为它是清洁能源、全球贫困,甚至可能是世界和平的解决方案。

经考察,这一进展远没有报道的那么轰动。研究人员实现了所谓的点火,即聚变反应产生的能量超过启动反应所需的能量。但这项成就的规模远未达到实际发电所需的水平,更不用说预示清洁能源的新时代 [参见“恒星能量”]。据报道,电力需求不包括建造设备和启动设备所需的电力;整个事件只持续了几秒钟。具有讽刺意味的是,高于预期的能量产出损坏了实验装置中的一些诊断设备,让人怀疑是否真的实现了点火。

正如《金融时报》所说,将这一进展称为实现“无限零碳电力”的突破,就像声称火的发现是通往电力的里程碑一样。 这样的炒作无助于科学界建立和维护公众信任;它有可能将资源从应对气候危机的实际解决方案上转移开。


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科学家们从1942年开始研究聚变反应,作为曼哈顿计划的一部分。物理学家爱德华·泰勒希望他们将注意力集中在制造聚变炸弹上。事实证明这不现实,正如聚变炸弹在战争期间退居裂变武器之后,民用聚变能也在战后退居裂变之后。在太阳上,聚变发生在数百万度的高温下。在地球上驾驭聚变的科学和技术挑战简直是压倒性的。

在20世纪60年代和70年代,物理学家意识到他们可以使用激光将氢气加热到足够高的温度,以防止气体逸出。在受控聚变反应方面进展有限的几十年后,国会为国家点火装置拨款。建造工程于1997年开始;首次实验于2009年开始。当时,国家点火装置物理学家西格弗里德·格伦泽预测当年内将实现点火。

鉴于我们应对气候危机的时间框架很短——正如政府间气候变化专门委员会所说,尽快“实现深入、快速和持续的全球温室气体减排”——我们如何决定聚变研究的成本是否值得潜在的收益,或者这笔钱是否更好地花在其他地方?我们如何区分坚持路线和继续投入无底洞?

国家点火装置耗资35亿美元建造,目前的年度预算为3.8亿美元。美国能源部聚变能源科学计划预计将额外获得7.63亿美元,总计约11亿美元(聚变产业协会表示,这个数额太低了)。相比之下,国家可再生能源实验室2022年的预算为6.71亿美元

长期以来,联邦政府对核能的资助一直超过对可再生能源和效率的资助。根据国会研究服务处的数据,从1948年到2018年,联邦能源研发支出的48%用于核能(包括裂变和聚变),而用于可再生能源的不到13%,用于能源效率的为11%。1948年,这种分配是有道理的,因为裂变和聚变似乎很有希望,而且当时没有人太在意效率。但这种模式一直持续存在:1978年至2018年间,可再生能源的份额为18%。

75年来,美国联邦政府在裂变和聚变核能方面投入巨资,但收效甚微。那么,我们为什么要专注于一项推测性的技术,这项技术几乎肯定会来得太晚,以至于无法为避免气候灾难做出有意义的贡献呢?

别误会我的意思。我们应该资助聚变研究,因为即使是11亿美元也只相当于维持一艘航空母舰每年的费用。但聚变是一场持久战,可能会也可能不会有回报。它不是应对气候危机的答案。

这是一篇观点和分析文章,作者的观点不一定代表《大众科学》的观点。

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