LTN經濟通》AI之島的憂慮 台灣能源的解決方案?

發表於 2024-06-06 08:00 作者： 區塊鏈情報速遞pro

先進實驗超導托卡馬克實驗裝置（EAST），又被稱為「人造太陽」。（擷取自維基百科）

利用「核融合」技術 像如太陽用不完的能量

歐祥義／核稿編輯

〔財經頻道／綜合報導〕先前一位微軟工程師爆料，如果在美國同一個州部署超過10萬片H100 GPU高階晶片，將導致電網癱瘓，而一個訓練AI的數據中心電量，則能餵飽8萬個美國家庭所需的電力。

AI應用百花齊放，未來的運算速度越來愈快，全球電力供應需求也將持續暴增，如何安全的電力滿足，成為市場思考的問題。

先前美國新創想仿效太陽，希望利用「核融合」技術，可像太陽一樣產生用不完的能量，且同時兼具便宜又安全，在美國推出之際引得全球科學界和市場高度注目。

反思台灣位處地震帶，目前所使用的核能發電，其風險一直爭議不斷，而台灣科技業站在全球AI浪潮的前端，對於電荒這件事，也是頭痛。先前某產業大老直指「得核融合者，得天下」，台灣是否發展「核融合」，這件事情的確值得深思，倘若台灣電力供給問題解決，將是下個十年競爭力關鍵。

美國能源部解釋核融合反應。（擷取自美國能源部官網）

原子發電 「分裂」或「融合」 可控風險大不同

「核分裂」就是大家習以為常又避之不及的核電廠，主要是利用中子撞擊一顆較重的原子（例如鈾元素），重原子就會分裂成兩顆較輕的原子，過程中會釋放出能量。

「核分裂」優點包括發電效率高，只需少量的鈾原料就能產生大量能源；此外，也不需使用氧來燃燒，這樣不會產生二氧化碳，相較火力發電產生較少的環境污染。而核能發電的燃料費較不易受到國際經濟情勢影響，供電規模大、較穩定，適合當作基載發電。

但其缺點也是一籮筐，包括建廠成本高，且核廢料仍然有相當高的輻射線，後續處理問題非常頭痛。而發電廠熱效率較低，比起一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏、引起熱汙染。

「核融合」的原理剛好反過來，是把兩顆較輕的原子（例如氫）對撞後，強迫他們「黏」在一起，過程中一樣會放出能量，且約是核分裂的4倍之多。

如果人類能用極高的溫度與壓力，讓氫或重氫碰撞在一起，其原理就與太陽產生能量相同，就可以有源源不絕的能源。這也就是，為什麼核融合又被譽為「人造太陽」的說法。

核融合的能量密度高於核分裂，輻射安全的疑慮也比核分裂來的低。與鈾-235相比，氚雖也有放射性，但半衰期只有12年，即便發生洩漏，是風險較可控的災難。

KFE核融合研究裝置KSTAR，被稱為「人造太陽」。（擷取自維基百科）

各國發展核融合各有進展 南韓近期再突破

目前科學界有幾種主流的做法，包括分別是環磁機、國家點火設施、離子束融合、緲子融合與冷融合。

美國目前使用國家點火設施（National Ignition Facility；NIF）。這點火設施，並不是用真的「火」，而是把192道超高能量的雷射光，全部衝向一個頂針頭大小、內含氫同位素的容器中，藉此創造出近1億度的高溫環境，讓原子發生融合反應。這種作法的能量轉換率很低，離大規模商業化還有很大的空間。

日本和歐洲一起共同合作，由日本量子科學技術研究開發機構（QST）與歐盟共同研究的核融合實驗設施「JT-60SA」，在2023年10 月23日首次點火、試運行成功，產生了等離子體（這是一種核聚變所必需的極低密度氣體），同年12月1日宣布成功落成，並開始運作。

位於東京的「JT-60SA」目前是世界最大的托卡馬克核融合實驗裝置，在設備啟用後，電漿電流達到1百萬安倍，放電時間為10秒，產生約140立方公尺的電漿，這是科學家至今創造體積最大的超熱恆星狀物質。

際熱核聚變實驗反應爐（ITER）約有35個國家參與，預計2025年完工，科學家大多期望ITER也能達到和NIF相同的能量淨輸出。

位於英國牛津的歐洲聯合環狀反應爐（JET），則靠持續5秒的核融合反應，成功產生69百萬焦耳的能源，足以煮沸約70個熱水壺，刷新2021年所創的紀錄。但離核融合發電能商轉，還有長路要走。

近期南韓核融合裝置「KSTAR」成功讓攝氏1億度高溫電漿維持48秒，打破先前維持30秒的紀錄，成為核融合技術的一大突破，目標是要在2026年時達到維持300秒，這是擴大核融合技術的關鍵點。至於中國則是讓離子體在其中運行將近7分鐘。

目前台灣並沒有小型核能反應爐（SMR）的實體研究與開發計畫，仍以核能發電為主軸。（資料照）

開發計畫、法規皆缺乏 台灣恐缺席乾淨能源盛宴

台灣目前並沒有小型核能反應爐（SMR）的實體研究與開發計畫，也沒有相對應的建制規範與管制法規，只有極小規模的研究，以及學術單位正蒐集文獻資料，分析核融合在台灣應用的可行性。

企業端部分，傳出有私人企業宣稱已開發完成桌上型核融合反應器（人造太陽），並預計於2027年商轉發電，但成果如何仍有待觀察。

學者指出，核融合的技術開發完成，不代表可立即進入發電應用的階段，必須包括熱流、材料、系統整合等項目，都必須同步完成，才能到達時實用的發電目標，現階段挑戰仍多，至少還需要15-20年時間。

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