一克燃料頂1萬公升汽油！「核融合」真能零碳救地球？專家揭3道工程天塹

核融合發電就像是人造太陽的摘星科技，一克的氫同位素核融合能量，相當於一萬公升的汽油，足夠讓一輛汽車跑好幾年，而且不排放溫室氣體、乾淨安全，這大開腦洞的科幻，更是全球氣候燃眉之急的終極解方。只是我在《核能復興十二部曲：核融合反應是怎麼發電的？》中反覆提到工程艱鉅挑戰，可不是AI誇大口吻的回覆，要將恆星之力煉化馴服並送上電網，真的是人類工程史上最艱鉅的挑戰。

早期核融合研究從物理突破，到工程瓶頸，到國際合作、大型裝置建造，光是純物理突破期就整整卡了三十年，這段時間的核心是如何把電漿點起來，還要控制住溫度、不爆炸、不跑掉。接下來工程瓶頸期又卡了四十年，材料不夠強、氚供應不足、中子損傷太大、熱流密度太高、成本太高、裝置太大太複雜等。等到疫情爆發時期意外開啟了AI元年，結合淨零排放的推波助瀾，多家核融合技術公司冒了出來狂飆迭代，國家級材料計畫突破、商業資金不斷加速湧入、也提出了明確的商轉示範機時程(2028~2035)，核融合終於從「科技清談」跨過「工程攻關」。只是真正要落實商轉，需跨越三道極高的工程技術天塹。

核融合反應（特別是入門的氘-氚反應）會產生大量的高能中子，當這些中子直接轟擊反應爐內壁，會導致材料出現：

• 位移損傷與腫脹：原子被撞離原位，導致材料結構變形。
• 脆化與化學變化：材料在長期輻照下會變得脆弱，甚至產生核轉變，改變材料的化學成分。目前世界上尚無任何已知材料能長期承受商轉電廠等級的中子衝擊而不損壞。

氚在自然界中極其稀有，具有放射性，半衰期為12.3年，環境中的來源主要是宇宙線撞擊大氣，全球環境中總儲量也就100公斤左右，主要是存在海水中。福島事件後，臺灣附近海水中的氚長期受到監測，測到的濃度通常都在背景值左右(1 Bq/L)或更低，也就是說氚的環境毒性相對低。根據國際衛生組織(WHO)飲用水標準，氚的濃度必須低於10,000 Bq/L，意思是即使在10,000 Bq/L的濃度下，要濃縮出一克的氚，需要三十六億噸海水，那是臺灣整年的家庭用水量，更不要說由目前的海水採氚，那要多上一萬倍，製程的廢棄物更是天量，以一座1 GW等級氘-氚核融合電廠，全年滿載運轉時，理論上每年就需要100~200 公斤氚，所以對核融合發電的燃料來源，就算不計成本，由環境中採氚基本上是緣木求魚。

氚每公克成本高達三萬美元，所以核融合電廠要商轉，必須自產，並且想出辦法循環再利用。目前有的做法，是利用核反應產生的中子轟擊鋰原子製造氚燃料，這項技術目前尚未在大規模工業尺度上得到驗證。

核融合電廠最終必須在成本上擊敗其他能源選項，當然也得面對同樣是核能家族、強勁的新世代核分裂技術路線，這意味著核融合設備體積必須縮小、零件必須模組化以方便維護，且必須建立完整的供應鏈。

這些天塹的攻關，各家公司各有不同，我將挑幾家公司特別介紹他們是怎麼解題的，下一篇，為您鄭重介紹人類史上第一家公開上市的核融合公司General Fusion，看他們如何解題。

台大土木系畢業，美西北大學環工輻射博士。縱橫產官學研四十餘年，往來中美兩地，歷任原能會客座專家、國科會芝加哥科學組組長、環發會執行祕書等，並在美國核電廠、數家國家實驗室、玉嘉山、小型核能SMR電廠等工作，有二十多年核能安全分析經驗，並在台大土木系等多所學校授課。業餘耕耘文字，當過數種科技刊物總編，拿下國科會首屆科普文學獎，現擔任綠學院綠色帶路人。

本文經授權轉載自綠學院（原標題：核能復興十三部曲：核融合要怎麼商轉？） （相關報導： 核融合反應大突破全是自我感覺良好？專家揭永恆30年魔咒：不能跨過「這門檻」根本無法商轉 ｜ 更多文章 ）

責任編輯／戴休凱