由麻省理工學院（MIT）科學研究團隊所創立的新創公司「聯邦核融合系統」（Commonwealth Fusion Systems，以下稱CFS），於2024年12月中旬宣布，為強化淨零排放目標，預計將在美國維吉尼亞州興建全球首座商用核融合發電廠，並於2030年代初期開始供電。
根據《紐約時報》報導，CFS是全球首間被譽為「最有機會」實現核融合（Nuclear fusion）的新創公司，該新創也是核融合商業化領域中，資金最充裕的企業。目前CFS正在麻薩諸塞州初步建造試驗設備，預計最快能在2027年，向世人展示其核融合技術。
《紐約時報》進一步指出，美國電力需求在停滯十多年後，當前無論是在AI、電動車、儲能電池，以及各類工業場所，對電能的需求皆大幅飆升。這導致全美地方政府正加快腳步規劃電網級儲能系統的興建，而發展核融合電廠，更是達成綠能革命的重中之重。
CFS執行長穆姆加德（Bob Mumgaard）表示，雖然公司尚未與任何需電客戶簽署合約，也還未通過美國政府針對電網輸送電力的監管核准，但先選定在維吉尼亞州建造核融合電廠的決策，有助於CFS與在地需電方合作，並進一步研究如何將核融合發電廠的設計、運行最佳化，以滿足在地的用電需求。
為何建設全球首座「核融合電廠」如此重要？
《CNN》解釋，全球急需更高效、清潔且永續的能源來取代化石燃料，而能24小時滿足電網系統最低電功率、成為隨時可取用之基載能源的核融合發電廠，便成為這類解決方案的首選。
維州在地媒體《維吉尼亞水星報》（Virginia Mercury）闡明，核融合是將2個較輕的原子，結合成單個較重的原子，並在較經的原子融合時，因質量耗損而產生巨大的能量爆發。
CFS目前正在籌建的核融合電廠，即是模擬恆星發光的原理，也因此，理論上核融合反應爐所產生的能源趨近於無限，且不會釋放加劇全球暖化的二氧化碳等溫室氣體，也幾乎不會像現已掌握的核分裂（Nuclear fission）技術一樣，在核反應後產生放射性廢料。
《CNN》認為，一旦CFS的核融合技術成功，這種能產出無限能量，並且無溫室氣體汙染、無核廢料危害的「人造太陽」終極潔淨能源，將引領全球走向真正的綠能革命，更有機會全面取代石油、煤炭等化石燃料，實現淨零排放願景。
CFS如何構建核融合電廠？
《美通社》（PR Newswire）指出，CFS自2018年開始，已成為獨立於麻省理工學院的新創機構，並從比爾·蓋茲（Bill Gates）、Google及義大利石油暨天然氣巨頭埃尼（Eni）等投資方身上，募得超過20億美元。
據悉，CFS正透過所持有的資金，建造名為「SPARC」的商業用核融合裝置，SPARC實際上即是一種類似甜甜圈外觀、環形線狀的「托卡馬克」（Tokamak）環磁機，這種環形電漿電流在產生螺旋型磁場的同時，能透過離子共振、低雜波等方式，使氣體加熱至超過太陽核心溫度的超高溫，以達到核融合效果。
《紐約時報》進一步表示，宇宙中豐度最高的元素「氫」，其同位素氘和氚，若能成功融合，即會產生較重的核子，且釋放出氦、中子與極大的能量。
但由於氘和氚本身皆帶正電，需要透過托卡馬克創造出溫度破億的高溫環境，才能讓氫的核子達到電漿狀態，並相互依附。而此種帶電、液狀流動的核融合狀態，正是該發電技術難以克服的環節。
據《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）闡明，核融合反應所生成的能量，與保持反應爐電漿體穩定狀態之導入裝置能量比，稱為「融合能量增益因子」（Fusion Energy Gain Factor，以下稱Q）。
當Q=1時，核反應產生的功率將等於維持穩定狀態所需的熱導功率，CFS對此則希望在2026年初，能使「Q>1」，即反應器所釋放的能量，多於輸入能量的功率，藉此形成核融合反應所需的電漿態超高溫物質。
建設首座核融合電廠的願景能否順利實現？
《科學人》（Scientific American）轉述CFS的說法指出，若該新創的核融合電廠能如期於2030年代初期運行，則預計可產出約400兆瓦的電力，等同多為16萬個美國家庭供電，亦能為大型工業場所服務。
不過，哥倫比亞大學（Columbia University）核融合能源暨電漿物理學教授納夫拉蒂爾（Jerry Navratil）在接受《CNN》專訪時表示，多數核融合新創公司，對該領域的發展過於樂觀，畢竟從核融合中釋放的巨大能量，與「穩定推進核融合反應」，並擁有實用、安全且經過許可的穩定供電網系統，往往存在「理想與現實」的巨大落差。
《CNN》亦引述部分科學家的說法強調，將核融合從研究室應用在商業用途，過程其實極為困難，甚至從1950年代中期開始，該領域便有個常被提及的笑話是，核融合技術「只要再過十幾年」就能問世。
CFS執行長穆姆加德對此也承認，核融合的成功不可能在一夕之間實現，未來還會面臨許多挑戰，但其研究團隊已運用充裕的資金，逐漸將籠統的設計概念，導入具體的建構雛型中。
據悉，即使CFS最後無法兌現承諾，仍會有眾多透過私人籌資、聚焦核融合技術發展的新創公司，承接這一火炬，當前甚至已有新創團隊，嘗試建構更具效能的托卡馬克，盼能及早成為「商轉核融合電廠」的產業領頭羊。
※ 本文經授權轉載自《關鍵評論網》，原文標題〈MIT新創將興建全球首座「商用核融合電廠」，零碳排無核廢「人造太陽」能否引領綠能革命？〉。不適用CC共創授權條款。
參考資料
- NY Times（2024年12月17日），Fusion Start-Up Plans to Build Its First Power Plant in Virginia
- PR Newswire（2024年12月17日），Commonwealth Fusion Systems to Build World's First Commercial Fusion Power Plant in Virginia
- Virginia Mercury（2024年12月18日），Virginia to host world’s first fusion power plant
- CNN（2024年12月18日），‘World's first’ grid-scale nuclear fusion power plant announced in the US
- MIT Technology Review（2023年10月4日），2023 Climate Tech Companies to Watch: Commonwealth and its compact tokamak
- Scientific American（2024年12月18日），Will the World's First Nuclear Fusion Power Plant Be Built in Virginia? Here’s Why We’re Skeptical
