利用核聚变将太阳的能量带到地球：德国为何想建造世界上第一座核聚变电站

Konrad Wolfenstein

10 分钟前

利用核聚变将太阳能带到地球：德国为何想要建造世界上第一座核聚变发电厂——图片来源：Xpert.Digital

德国初创企业掀起核聚变热潮：继美国取得突破后，未来能源的竞争拉开帷幕——这就是为什么德国现在最有可能建造核聚变电站

什么是核聚变？为什么它如此重要？

核聚变被认为是解决全球能源问题最有希望的方法之一。在这个过程中，轻原子核融合在一起，释放出巨大的能量，就像太阳内部发生的那样。与核电站使用的传统核裂变不同，核聚变不会产生长寿命放射性废物，也不会失控。

2022年，加州劳伦斯利弗莫尔实验室取得了决定性的突破，首次实现了核聚变产生的能量超过消耗的能量。这一科学成就将无限能源的梦想从理论上的可能性变成了触手可及的现实。自此，全球范围内展开了建造首座功能性聚变反应堆的激烈竞赛。

为什么德国是第一座核聚变发电厂的领先候选国？

德国拥有在核聚变领域占据领先地位的优越条件。工业基础已经到位，高素质的专家队伍和强大的科研环境也同样如此。有趣的是，即使是美国在利弗莫尔的突破也是采用德国技术实现的——激光系统的特殊玻璃来自美因茨的肖特公司，机械工程公司通快公司也参与其中。

德国政府认识到了这一潜力，并于2025年10月通过了《聚变行动计划》。该计划要求到2029年在聚变研究方面投资超过20亿欧元。其既定目标雄心勃勃：德国将拥有世界上第一座商业聚变发电厂。

哪些德国公司在核聚变研究领域处于领先地位？

三家德国初创公司已成为核聚变领域的先驱，并致力于通过不同的技术途径实现清洁能源的梦想。总部位于慕尼黑的Marvel Fusion专注于激光聚变，已融资3.85亿欧元。然而，该公司计划将部分研发工作转移到美国，这引发了人们对德国技术未来前景的担忧。

同样位于慕尼黑的Proxima Fusion公司是马克斯·普朗克等离子体物理研究所的衍生公司，专注于仿星器技术。该公司在2025年获得了创纪录的1.3亿欧元融资，这是欧洲核聚变领域最大的私人投资。来自达姆施塔特的Focused Energy公司正在利用激光技术研发惯性聚变，并已筹集2亿美元。RWE公司作为战略合作伙伴投资了1000万欧元。

核聚变在技术上是如何进行的？

核聚变的实际应用是我们这个时代面临的最大技术挑战之一。燃料是氢的同位素氘和氚。氘在海水中含量丰富，而氚则非常稀有，必须主要在聚变反应堆中通过用中子辐照锂来生产。

要实现聚变，温度必须达到约1.5亿摄氏度。在这种极端条件下，原子核聚变生成氦，每次反应释放17.6兆电子伏特的能量。一公斤氘氚混合物所蕴含的能量相当于55000桶柴油或18630吨褐煤。

最大的技术挑战是什么？

建造一座功能齐全的聚变电站面临着诸多关键挑战。氚的生产是其中最具挑战性的挑战之一，因为这种燃料在自然界中很少见，必须在电站内部生产。科学家们正在研究利用中子轰击从锂中提炼氚，但这项技术尚不成熟。

另一个问题是限制高温等离子体所需的超强磁体。这些高温超导磁体在技术上极其复杂，必须可靠地运行才能控制等离子体。此外，还必须开发出能够承受强中子辐射且不失去结构完整性的材料。

德国聚变研究取得了哪些进展？

近年来，德国聚变研究取得了令人瞩目的成就。位于格赖夫斯瓦尔德的文德尔斯坦7-X仿星器是世界上最大的仿星器，它在2025年创造了所谓的“三重乘积”世界纪录。这种粒子密度、温度和能量约束时间的乘积是聚变物理学进步的关键参数。

该项目创下了超过43秒的新纪录，甚至超越了托卡马克系统以往的纪录。该项目共收到700多份项目建议书，其中约200份获得了最高优先权。这些成功巩固了德国作为核聚变研究领先国家的地位。

联邦政府计划采取哪些政治措施？

2025年10月通过的《聚变行动计划》涵盖八个具体行动领域。“聚变2040”计划将加强科研经费投入，最高资助额将增至17亿欧元。此外，还将建立科学与产业融合生态系统，以促进知识转移并建立价值链。

一个关键点是计划中的监管改革。在美国和英国，核聚变的监管方式与核裂变不同，这为私人投资提供了更高的规划安全性。德国在这方面仍然落后，因此核聚变企业要求对监管进行相应的调整。

德国并购公司对政客有何要求？

德国三大并购公司在一份联合立场文件中向政策制定者提出了明确的诉求。他们呼吁政府拨款30亿欧元，以弥补深度科技领域的资金缺口。这笔资金看似高昂，但它将直接流入德国工业界，因为昂贵的激光器和磁铁必须在德国生产。

批评的焦点之一是德国对待新技术的方式。正如一位行业代表指出的那样，德国通常在任何开发开始之前就制定法规。这种监管狂潮导致创新不必要地昂贵且缓慢。企业呼吁采取一种不那么官僚的方式，这种方式已经成功应用于其他技术领域。

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2030年代是起点吗？核聚变电站何时才能真正发电？

第一座聚变发电厂何时投入运营？

首批投入运营的核聚变电站的时间表因技术和公司而异。德国初创企业计划最早在2030年代初投入运营其首批反应堆。然而，这些早期核电站目前尚不具备商业可行性，但将作为该技术的示范。

专家预计，真正具有商业化和经济可行性的聚变电站将在2030年代末或2040年代初建成。法国的国际热核聚变实验堆（ITER）项目原本计划作为先行者，但目前正面临严重的延误，预计要到2039年才能开始使用相应的氘氚燃料运行。

核聚变真的安全环保吗？

核聚变比传统核裂变具有决定性的安全优势。由于反应堆中只有几克燃料，因此不受控制的链式反应在物理上是不可能的。如果电源发生故障，反应就会自动停止。放射性燃料的半衰期也比传统核电站的裂变产物短得多。

然而，核聚变也会产生放射性废物，主要来自中子辐射激活反应堆壁。这些材料必须安全储存数百年，但与高放射性核废料相比，其危害较小。科学家们正在研究一种特殊的低活化性材料，这种材料可以在50到100年后回收利用。

存在哪些经济挑战？

聚变电站的经济可行性尚未得到最终证实。专家预计，其初期成本将与传统核电站相当，甚至更高。由于投资成本高昂，聚变电站必须持续运行才能盈利。

一个潜在的问题是，聚变电站被设计为基荷电厂，而未来的能源系统需要更灵活、更可控的电厂。在一个以可再生能源为主导的能源体系中，电厂必须能够快速启动和关闭。大型复杂的聚变电站并不适合实现这一点。

聚变如何融入未来能源系统？

核聚变在未来能源系统中的作用备受争议。支持者认为，核聚变发电厂作为可靠的基载能源至关重要，而批评者则认为，对于可再生能源占比较高的能源系统来说，核聚变发电厂过于缺乏灵活性。然而，核聚变发电厂可以用于能源密集型工业流程和绿色氢气的生产。

一个重要的方面是，核聚变并非旨在取代可再生能源，而是对其进行补充。未来几十年，能源需求将大幅增长，这主要得益于数据中心和数字化的发展。在这个不断增长的市场中，各种清洁能源可以共存，而不会相互取代。

国际竞争发挥什么作用？

德国正处于激烈的国际核聚变领导地位竞争之中。除了凭借利弗莫尔核聚变突破取得重要里程碑的美国之外，中国、日本等国家也在积极研发这项技术。ITER项目的延期表明，即使是现有的国际合作也面临着挑战。

德国企业强调，他们的主要竞争对手是时间，而不是其他公司。如果一家公司成功将技术推向市场成熟，这将有利于整个行业。然而，德国显然必须迅速采取行动，避免浪费其技术领先地位，并防止德国的专有技术在其他国家商业化。

聚变产业创造就业的潜力有多大？

核聚变可能成为德国重要的经济因素。这项数十亿欧元的投资将主要惠及德国工业，因为激光器、磁铁和其他部件必须在德国生产。与其他能源技术（其制造能力往往转移到国外）不同，这将为在德国建立完整的价值链提供机会。

核聚变产业不仅能创造直接就业岗位，还能为供应商和服务提供商创造就业机会。像比布利斯（Biblis）原发电厂所在地这样的地区，可以将其改造成核聚变设施，用新的、面向未来的工作岗位取代流失的工作岗位，从而受益匪浅。联邦政府规划的能力与卓越中心旨在为创新提供更多动力。

还存在哪些风险和挑战？

尽管取得了诸多进展，核聚变的发展仍存在重大风险。该技术尚未成熟，许多关键问题仍未得到解决。抗中子材料的开发仍处于早期阶段，工业规模的氚生产尚未得到证实。

另一个风险在于融资。所需投资巨大，而私人投资者往往不愿承担高技术风险。如果没有政府的大力支持，发展将无从谈起。同时，这项技术也存在被证明不经济或被其他能源取代的风险。

这一切对于德国的能源未来意味着什么？

核聚变是德国减少全球能源对自然资源依赖、承担技术领导角色的战略机遇。联邦政府的行动计划表明，政策制定者已经认识到核聚变的潜力，并愿意投入大量资源。

然而，核聚变技术无法满足当前的能源转型需求。到2045年，也就是德国实现气候中和的目标日期，核聚变电站将无法发挥重要作用。这项技术更像是对本世纪下半叶能源供应的一项投资。

机遇与挑战并存

德国拥有在全球首个商业核聚变竞赛中发挥主导作用的现实机会。现有的工业基础、卓越的科研成果以及政治承诺创造了有利条件。德国企业正在研究各种前景光明的方案，并已吸引到大量私人投资。

与此同时，挑战也不容低估。技术难题复杂，资金缺口巨大，国际竞争激烈。德国有可能再次开发出一种技术，然后在其他地方进行商业化。如果不采取果断的政治行动和简化监管，德国的领先地位可能很快就会丧失。

未来几年至关重要。如果德国走上正确的道路，它或许将成为第一个利用恒星能量为地球提供能源的国家。这不仅是科学上的胜利，也是长期能源安全和气候保护的重要基石。

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