够中国用2万年!中国突破“无限能源”, 将开建全球首座钍熔盐堆

2025年06月05日19:24:02 科学 1879

能源是现代社会运转的命脉。过去几十年,中国经济飞速发展,工厂林立、城市扩张,电力需求像脱缰的野马一样狂奔。但与此同时,煤炭燃烧带来的雾霾笼罩天空,环境问题日益严峻。如何在经济增长和环境保护之间找到平衡?答案或许藏在一种新兴的核能技术里——钍基熔盐堆。

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能源困局与核能新路

能源是工业化的基石,也是人类生活水平的保障。进入21世纪,全球能源需求持续攀升,尤其是在发展中国家。中国的电力消费量在2023年达到9220太瓦时,占全球的四分之一还多。

工厂的机器轰鸣不停,城市的高楼灯火通明,电动汽车的充电桩遍布街头,这些都推高了电力需求。根据国际能源署的预测,到2030年,全球电力需求还将增长30%以上,中国作为制造业大国,首当其冲。

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然而,传统的能源结构却难以支撑这种增长。煤炭虽然便宜,但燃烧产生的二氧化碳和污染物让空气质量每况愈下。北京的冬天,雾霾浓得像盖了一层灰幕,能见度低到几百米。天然气和石油依赖进口,价格波动大,能源安全也成了问题。

可再生能源呢?风电和太阳能虽然环保,但受天气影响大,发电不稳定,难以满足工业级别的需求。在这种背景下,核能作为一种高效、稳定的清洁能源,重新受到关注。

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核能的优势显而易见。一座核电站能稳定输出大量电力,几乎不排放温室气体。截至2025年,中国运行中的核反应堆有58座,核电占全国电力供应的4.5%,而且还在稳步增加。沿海地区的核电站为电网注入了源源不断的能量,支撑着经济的发展。更重要的是,核能在减少碳排放方面潜力巨大,是应对气候变化的重要工具。

但传统核能也有短板。基于铀的压水堆是目前的主流技术,运行需要高压系统,一旦失控,后果不堪设想。1986年的切尔诺贝利事故和2011年的福岛核泄漏,让人们对核安全的担忧挥之不去。

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此外,核废料的处理是个大难题。这些废料放射性强,半衰期长达数万年,需要深埋地下,稍有不慎就可能污染环境。铀资源也不富裕,全球储量有限,开采成本高,中国虽然有一定储量,但远不如另一种元素——钍那样丰富。

钍是一种自然界广泛存在的放射性元素,地壳中的含量比铀高三到四倍。中国的钍储量尤其丰富,集中在内蒙古、甘肃等地,据科学家估算,足够满足国内能源需求2万年以上。

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钍本身不能直接裂变,但通过吸收中子可以转化为可裂变的铀-233,这为核能开发打开了新思路。更妙的是,钍基反应堆产生的废料比铀基反应堆少得多,放射性毒性也低,处理起来相对简单。

钍基熔盐堆技术是钍能利用的关键。不同于传统反应堆用固体燃料棒和水冷却,这种技术用液态熔盐既当燃料又当冷却剂,运行起来更安全,效率也更高。早在20世纪60年代,美国橡树岭国家实验室就搞过熔盐堆实验,但因为技术复杂和冷战时期的需求转向,项目后来搁置了。中国抓住了这个机会,从2011年开始投入重金研发,逐渐成了这一领域的领跑者。

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钍基熔盐堆的前世今生

钍基熔盐堆的特别之处在于它的设计。传统核反应堆用固体铀燃料棒,水在高压下冷却堆芯,稍有差错就可能酿成大祸。熔盐堆完全不同,它用液态熔盐——通常是氟化锂氟化铍的混合物——来溶解钍和少量铀。反应堆运行时,钍-232吸收中子变成铀-233,铀-233裂变释放能量,产生热量,再通过热交换器转化为电能。

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这种设计有几个亮点。第一,安全性高。熔盐在常压下工作,不像水那样需要高压系统。如

果温度过高或发生故障,熔盐会自动流到储罐里,反应自然停止,基本不可能发生堆芯熔毁。

第二,效率高。熔盐的沸点高达1400°C,反应堆能在600-700°C的高温下运行,比传统反应堆的300°C左右高出一大截,能量转换效率自然更好。第三,废料少。钍基反应堆的核废料比铀基反应堆少90%以上,半衰期也短,处理成本低得多。

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还有个额外的好处,熔盐堆能“吃”核废料。传统反应堆留下的钚和其他高放射性物质,可以掺进熔盐里作为启动燃料,既减少了废料堆积,又提高了资源利用率。这种循环利用的思路,让钍基熔盐堆成了核能界的“环保先锋”。

2025年,中国将在甘肃武威开工建设全球首座钍基熔盐堆核电站。这不是凭空冒出来的项目,而是建立在多年技术积累上。早在2021年,中国科学院就在武威建了一座2兆瓦的实验性熔盐堆,2024年6月成功达到满功率运行。这座小反应堆虽然不大,但验证了技术的可行性,检测到了钍转化成的镤-233,证明反应链路是通的。

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新核电站的规模更大,设计热功率60兆瓦,电力输出10兆瓦,预计2029年建成投产。反应堆用的是FLiBe熔盐,也就是氟化锂铍混合物,里面溶解了钍和少量低富集铀。

核心部分是个3米高、2.2米宽的石墨结构,运行温度高达700°C。热能通过超临界二氧化碳循环系统转化为电能,比传统蒸汽轮机效率更高。选址在戈壁滩也有讲究,这地方干旱少水,而熔盐堆对水的需求本来就少,天然契合。

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这个项目由中国科学院上海应用物理研究所牵头。从2011年启动“钍基熔盐堆核能系统”项目开始,科研团队花了十多年攻克难题,比如高温下熔盐的腐蚀性、反应堆的控制精度等等。实验堆的成功运行,给了他们足够的信心放大规模。新核电站建成后,不仅能输出电力,还能用余热制氢,为工业和交通提供清洁燃料。

中国的资源和技术优势

中国能在这条赛道上领先,靠的是两张王牌:资源和技术。先说资源,中国的钍储量占全球30%左右,主要分布在内蒙古白云鄂博矿区等地。科学家估计,这些钍能支撑国内能源需求数万年。

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再说技术,从2011年起,中国科学院投入了大量人力物力,研发高温材料、耐腐蚀合金和熔盐化学技术。上海的研究所里,设备24小时运转,数据一轮轮分析,硬是把技术瓶颈一个个啃了下来。

相比之下,其他国家的进展慢一些。美国在上世纪搞过熔盐堆,但后来转向铀基技术,现在想重启还得从头摸索。印度也有钍能计划,毕竟他们的钍储量也不少,但技术成熟度还差一截。中国靠着资源和技术双轮驱动,抢占了先机。2025年的开工,是中国核能技术从实验室走向现实的关键一步。

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钍基熔盐堆不只是个技术突破,它对能源格局的意义更深远。对中国来说,这意味着能源安全有了新保障。钍资源丰富,不用看别国脸色,能源供应更稳定。

对环境来说,熔盐堆几乎不产温室气体,废料少又好处理,能大幅改善空气质量。对全球来说,中国的成功可能会带动一场核能革命。传统的铀基核电成本高、安全隐患大,而熔盐堆成本低、安全性好,发展中国家用起来更容易。

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更长远看,这项技术还能推出一堆新产业。耐高温材料、熔盐设备、氢气生产,这些都是大市场。核电站投产后,相关产业链会跟着活起来,带动就业和经济增长。国际上,其他国家也在盯着中国的进展,未来合作和竞争肯定少不了。

从戈壁滩到全球

钍基熔盐堆的成功,可能让全球能源版图重新洗牌。中国一旦把技术跑通,其他国家肯定坐不住。美国能源部已经重启了熔盐堆研究,印度也在加快钍能实验。国际原子能机构也在推动技术共享,制定安全标准,争取让更多国家用上这种技术。未来几十年,核能可能会从铀基时代全面转向钍基时代。

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对中国来说,这技术是个长期饭票。钍储量够用2万年,能源安全不用愁。工业用电成本降下来,制造业竞争力还能再涨一截。更重要的是,空气会变干净,雾霾天会越来越少。碳中和目标也能早点实现,国际上说话更有底气。

当然,技术从实验室到大范围应用,还有不少坎要迈。首先是材料问题,高温熔盐腐蚀性强,反应堆的管道和容器得用特殊合金,研发和生产成本不低。其次是控制问题,液态燃料虽然安全,但循环起来复杂,需要智能系统实时监控,技术门槛高。再次是国际监管,核技术牵涉到防扩散,全球得统一标准,不然推广会受阻。

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中国已经有了应对计划。政府加大科研投入,培养专业人才,企业也开始布局产业链。未来几年,技术会逐步成熟,成本也会降下来。到2030年,中国计划推出百兆瓦级的熔盐堆,批量生产后,经济性会更好。

核能这东西,单打独斗走不远。中国的领先是个起点,但全球推广得靠合作。国际原子能机构已经在牵头,组织各国科学家开会、共享数据,一起解决技术难题。像高温材料这种通用问题,大家一块攻关比单干效率高多了。

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与此同时,竞争也少不了。美国、俄罗斯这些老牌核能强国,肯定不想让中国独占风头。他们可能会加速研发,争取分一杯羹。发展中国家呢,如果看到熔盐堆的好处,也会加入进来。未来几十年,核能市场可能会热闹起来。

想象一下,2030年后,中国的工业区里一座座熔盐堆拔地而起,电力源源不断,空气清新了不少。沿海城市用上核电站的电,氢燃料车跑满大街。国际上,熔盐堆技术传到其他国家,全球能源结构慢慢变干净。这不是科幻,是实实在在的可能。

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钍基熔盐堆的意义,不只在于技术本身,更在于它带来的希望。能源危机、气候变化,这些老大难问题,终于有了新解法。中国的突破,是人类迈向清洁未来的第一步。

从甘肃戈壁滩起步,钍基熔盐堆可能改变世界的能源面貌。中国的努力让“无限能源”不再是梦想,而是触手可及的现实。未来会怎样?技术能不能铺开?这些还得看接下来的发展。但有一点可以肯定,这条路值得走下去。能源的未来,或许就从这里开始。

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