【新興領域/2022.7焦點】談「核」無須色變，但這又談何容易

一、關於核能需求以及近期的發展局勢

人類經濟行為中生產性行為在日常中占據一定的份量，而要生產出某樣產品、服務或是達成某項經濟目的，投入產出的規劃與抉擇就非常重要；而其中在投入面能源更是支撐生產性行為最重要的投入要素之一。因此要達到零碳排，在過渡時期下如何採用風力、太陽能、水力、火力、核能甚至是儲能、儲碳等能源生產與減碳技術進行互補，是值得進一步討論的議題。

要在2050年達到淨零，能源的轉型需要兼顧技術可行與成本可控這兩件事。依據「低碳能源網」（https://lowcarbonpower.org/zht/）的資料，2021年水力發電占全球低碳電力的15.3%位列第一，其後則是核能9.9%位居第二，第三則是風力發電占6.6%。

2022年6月28日，英國公眾有限公司（BP plc；前稱為英國石油公司，British Petroleum）發布了「世界能源統計評論」（Statistical Review of World Energy）報告；報告中指出2021年，全球發電量成長創下新紀錄來到1,577太瓦時，比起2020年成長了6.2%；各國中成長以中國為最高，占比將近一半；而發電量的激增顯示世界正從COVID-19中恢復過來，對電力的需求猛增。此外，報告中還指出一項重要事實，儘管再生能源和能源轉型的議題不斷被大肆宣傳，但在發電來源方面，各國仍然嚴重依賴煤炭，其占全球發電量成長來源的51%。顯然，可再生能源短期間不能夠滿足全球飆升中的能源需求，其中原因可能包括：土地限制、缺乏足夠的高壓輸電能力， 以及所需的混凝土、銅、鋼和稀土元素等建築物資與原料的缺乏，或難以在短時間完成採購。

在現有技術與成本的考量下，另一個因天災或人為疏失而被敬而遠之的發電方式－「核能」又重新獲得各界的關注。國際能源署（IEA）2022年6月30日所發布的「核能和安全能源轉型」（Nuclear Power and Secure Energy Transitions）特別報告中指出，隨著世界應對全球能源危機，核電有可能在幫助各國安全過渡到以再生能源為主要能源的時期中發揮重要作用；如果沒有核能，建設可持續和潔淨能源系統將更加困難、風險更大且成本更高。該報告進一步指出目前，核能是僅次於水力的第二大低排放電力來源，在全球中有32個國家擁有核電廠；目前藉由核能所產生出的電力約有63%來自30多年歷史的核電站，許多現存的核電站是在1970年代石油危機之後建造的。

近期由於烏俄戰爭掀起的能源價格上漲趨勢，使得各國開始警覺能源灰犀牛可能不遠了。然而，核能的新時代是否來臨，還取決於政府能否制定強有力的政策，以確保核電廠在未來幾年的安全性和持續運行。依據IEA的預測，到2050年實現淨零排放的全球路徑中，核電在2020年至2050年間將成長一倍，對核能技術發展保持開放態度的國家，可能都要針對建設新的核能發電廠進行新評估。

依據路透社6月22日的報導，由於俄羅斯天然氣供應問題，可能導致德國經濟發展受挫（德國約65%的天然氣來自俄羅斯；2022年初該比例已降至40%以下；德國電力和工業生產所需的煤炭約有53%從俄羅斯進口，歐盟對俄羅斯制裁的禁令生效後，這一比例將降至零）；其原因歸咎於能源進口價格影響生產成本與出口的表現。有鑑於2011年福島核災，德國前總理Angela Merkel雖曾承諾停止使用核電，並規劃在2022年底前關閉剩餘的三個核能發電廠。然而在環境友善下德國逐步淘汰以煤為主的火力發電，兼顧經濟發展與環境問題的前提下，德國正在重新評估核能發電延役的可能，以緩解電力及經濟發展的壓力。

2022年7月7日法國公布將法國電力公司（EDF）國有化的計畫，預計斥資近百億歐元將EDF收購；目前法國政府擁有該公司83.9%的股權。法國總理Elisabeth Borne於法國議會的對談中指出，面對烏俄戰爭的挑戰，法國應該在能源生產和效率上獲得控制權，以減少對他國能源的依賴。

韓國則是世界上最依賴化石燃料的經濟體之一，依據CNN的報導（2022年7月6日）韓國正考慮重新擁抱核能。韓國政府於7月5日宣布將重啟兩座核能發電廠的建設計畫，並延長已在運行的核電廠運行時間。韓國產業通商資源部指出，希望到2030年核能發電占比能從現在的27%提高至不低於30%；目前韓國仍將努力逐步淘汰煤炭，預計到2030年將化石燃料進口減少至韓國能源供應總量的60%（2021年石化燃料進口占比為81.8%）；核能的重新投資，是可行和合理的選項。

除了上述國家外愛沙尼亞、義大利、英國、瑞士、新加坡以及美國加州等地也都在考慮將現有核能發電廠延役，或甚至是開始考慮開發新核能技術。除了上述事件外，2022年7月6日歐洲議會透過投票支持將核能、天然氣列為「綠色能源」之一。反對該提案計有278票，贊成者為328票，而有33名立法者棄票；接下來除非歐盟27個成員國中有20個反對該提案，否則它將通過成為法律。

二、核能科技商業化的腳步可能比你我想像得更快

由上述趨勢與重要事件可觀察到，政策所需支持的不只是法規的倡議，必要的投資包括對新技術的開發，對公私部門來說，都是極為重要的一件事。為了進一步了解核能科技與商業化的腳步，以下針對2011年後成立並在近三年曾獲投的七家核能科技公司進行簡要介紹。

1.Commonwealth Fusion Systems（CFS）

CFS奠基於麻省理工學院（MIT）數十年的研究成果於2017年成立，為MIT的研究型衍生公司，專注於將核融合能源技術推向市場；CFS的創辦人Bob Mumgaard與一群核融科學和製造領域的領導者組成核心團隊。依據該公司所宣布的最近一次獲投紀錄為2021年的12月1日，B輪18億美元（累計獲投超過20億美元）。B輪投資由Tiger Global Management領投，新加入的投資者則有Bill Gates、Coatue、DFJ Growth、Emerson Collective、Footprint Coalition、Google、JIMCO Technology Fund（該基金隸屬於JIMCO，為Jameel家族的投資部門）、John Doerr、JS Capital、Marc Benioff’s TIME Ventures以及Senator Investment Group等。先前的投資者則包括Breakthrough Energy Ventures、The Engine、Eni、Equinor Ventures、Fine Structure Ventures、Future Ventures、Hostplus、Khosla Ventures、Lowercarbon、Moore Strategic Ventures、Safar Partners、Schooner Capital、Soros Fund Management LLC、Starlight Ventures、Temasek以及其他關心將核融合技術商業化並用以緩解氣候變化的個人投資者。

該筆資金用於包括：建造、調整試驗試和運營世界上第一台商業化的核融合設備SPARC的資金，並使該公司能夠開始建設第一座商業化的核融合發電廠ARC；而ARC的建置工作則包含技術開發、設計畫、找尋發電廠場地點、核融合發電組裝以及未來合作夥伴和客戶關係的建立。

關於CFS的發展，2020年CFS在《Journal of Plasma Physics》上發表了研究文章，發布SPARC在核融合中可獲得能量試驗結果；2021年開始建設試驗園區，以安置SPARC、製造設備，並作為公司總部進行營運。2021年持續與MIT的合作中，建造並展示了突破性的高溫超導磁體（Groundbreaking High Temperature Superconducting Magnets），該成果為花費3年的工作結晶，能使被稱為Tokamak的核融合裝置中的磁場顯著增強，使磁體可以達到超過20單位tesla的持續磁場（常見醫用與實驗用的核磁共振成像有0.2到7.0T等不同強度）為同業中最強的，也是解鎖商業化核融合發電的關鍵技術，能讓核融合反應爐在作用的過程中產生更多的能量。CFS預計到2025年將有機會實現藉由SPARC從核融合中在時間更短、成本更低的條件下獲得更高的淨能量（Net Energy），並在2030年初完成ARC核能發電廠的建置。

2.Kyoto Fusioneering

無獨有偶，除了CFS外成立於2019年，致力於核融合工程設計以及設備生產的日本京都核融合工程有限公司（Kyoto Fusioneering Ltd.；簡稱京都核融合公司）也在2022年2月2日宣布獲得總計20億日圓的資金，其中包括來自Bank of Kyoto、Mitsubishi UFJ Financial Group以及Sumitomo Mitsui Banking Corporation等單位7億日圓的聯貸（約612萬美元），以及來自Coral Capital、Daiwa Corporate Investment、DBJ Capital、JAFCO Group、JGC MIRAI Innovation Fund以及JIC Venture Growth Investments等投資者逾13億美元（1,160萬美元）B輪投資，累計募資金額達23億美元。該公司將利用B輪資金來加速其研究並擴大業務，特別是等離子體加熱（plasma heating）和排熱（heat extraction）的工程技術，這些技術是核融合反應中必要的技術；此外資金的應用還包括在全球招聘優秀的的工程師和商業專業人士。

在2月獲得資金後，京都核融合公司也在2月17日宣布預計在5年後讓日本首座核融合發電廠開始運轉。京都核融合公司由京都大學設立的一家投資公司部分出資，由現任Taka Nagao和京都大學先進能源研究所教授Satoshi Konishi共同發起，而Satoshi Konishi，同時也是世界領先級核融合工程專家之一。依據朝日新聞（The Asahi Shimbun）2022年1月19日的報導，2022年1月18日日本首相岸田文雄在東京首相辦公室舉行的潔淨能源專家會議中，指示內閣制定一項新的潔淨能源戰略，並將核能技術的發展納入規劃中；而不僅僅是可再生能源，日本政府也將促進對下一代核技術的研究，包括小型核能反應爐（SMR）以及核融合。2022年7月1日京都核融合公司獲得日美創新獎中的「Innovation Showcase」殊榮，被選為具有全球影響潛力、新技術和創新商業理念的5家日本新創公司之一；預期京都核融合公司將在日本核能發展領域扮演重要角色。

3.First Light Fusion

First Light Fusion（簡稱：First Light）於2011年成立為牛津大學的衍生公司，CEO為Nick Hawker博士；該公司致力於解決全球能源問題以及減碳的迫切需求。First Light的解決方案為透過超高速射彈所產生的衝擊波（射彈核融合；projectile fusion），使氘燃料塊內爆產生核融合所需的極端溫度和壓力。

First Light表示目前其所採用的核融方式產生的中子數量少，大約50個（仍非常少，First Light希望能增加到1千倍）；彈丸的速度為每秒6.5公里（每小時14,500英里），燃料內爆後產生每秒70公里的速度，進而將燃料壓縮到10太帕斯卡（TPa）的壓力，燃料將被壓縮到小於100微米的大小（比人類頭髮寬度還細小）；First Light目標將衝擊壓力提高20倍以上，在發電廠中，該過程每30秒重複一次，能為普通英國家庭提供2年以上的電力需求。

該項技術由名為「慣性核融合」（inertial fusion）的技術衍生而來，前半段的高溫與高壓環境也可以透過雷射衝擊來創造出來，惟目前成本仍未能降低至商業化的程度。First Light的核融核方法安全相對，具有改變世界能源系統的潛力；與現有的核能發電不同，沒有長壽命的放射性廢物，沒有熔爐風險，並且可以找到豐富的燃料。

2022年2月14日First Light Fusion宣布獲得4,500萬美元的C輪投資，投資者包括：Oxford Science Enterprises（Oxford University為OSE股東之一，OSE與Oxford University Innovation/OSI合作營運；OSI則為大學技術移轉辦公室，獲得該大學拆分的一半技術股）、Hostplus、IP Group plc。新一輪加入的投資者則包括Braavos Capital和騰訊；累計募資金額1.07億美元。該公司預計將資金應用於加速實驗的開發，使產生的能量超過用於引發反應的能量，並投入核融合發電廠商業化的設計和工程技術的發展。First Light於2022年4月5日進一步宣布已實現射彈核融合的結果，並獲得英國原子能源管理局United Kingdom Atomic Energy Authority；UKAEA）的證實。

First Light的設備相對簡單，大部分由現成的組件所構成；First Light認為這種方法加速了核融核發電商業化的進程，因為有大量的現存工程技術可以重複使用，以實現其對發電廠的設計。First Light正在努力建置一個試驗電廠，預計在2030年代初期生產約150兆瓦的電力；發電廠的建置成本則可能不到10億美元；現階段First Light仍持續進行「淨能量試驗」（gain experiment）期望能達成能量輸出多於輸入的目標。

4.Helion Energy

Helion Energy的發電方式是透過將氘和氦3燃料加熱至等離子狀態，封閉磁場將等離子限制在反場位形（Field-reversed configuration，FRC；一種等離子體裝置）中。該磁場從40英尺加速器的兩端，將兩個FRC加速到每小時100萬英里，讓等離子在加速器的中心進行碰撞。當FRC在中心進行碰撞時會被強化的磁場進行壓縮，直到達到攝氏1億度的核融合溫度。在此溫度下，氘和氦3離子移動的夠快，讓核融合產生，等離子體膨脹；隨著等離子體膨脹，將離子推回磁場產生電流。2021年6月Helion公布了階段性成果，指出該公司是第一家將核融合等離子體加熱到超過攝氏1億度，並透過高效脈衝方式提取電力的民營公司。達到這個溫度是一個關鍵的工程里程碑，Helion指出該條件被認為是商業發電廠運行的理想燃料溫度；與透過分裂原子獲得能量的方式不同，核融合不會產生大量放射性廢物；反應過程中幾乎可做到立即停止。此外，Helion也正在建造第七代核融合原型機Polaris，希望2024年就能展示該核融合設備。

2013年成立於美國的Helion Energy，CEO為David Kirtley。2021年11月5日獲得5億美元E輪投資，領投者為Sam Altman（OpenAI執行長，前Y Combinator CEO），其他投資者包括：Capricorn Investment Group、Dustin Moskovitz、Mithril Capital Management等，累計獲投金額達5.77億美元。投資方還進一步允諾，如果達成關鍵階段型成果，後續將有機會進一步額外獲得17億美元的資金。

5.Newcleo

Newcleo於2021年1月成立，總部位於倫敦的核能領域新創企業。共同創辦人兼現任CEO為Stefano Buono，長期專注於核能科技領域的研究工作，並曾在歐洲核子研究組織（CERN）服務；前一個創業項目是從事核醫學領域製藥公司Advanced Accelerator Applications，2017年被Novartis以40億美元收購。2021年8月31日Newcleo宣布獲得1.18億美元種子輪資金，並在2022年6月19日宣布獲原有投資者（Club degli Investitori、Exor Seeds以及LIFTT）2.58億歐元（約3.15億美元）；兩年間累計已獲得4.33億美元的資金。

Newcleo短期的目標是開發出可用於船舶或島嶼的小型核子反應爐（20MW），中長期目標是在十年內開發出能夠為國家電網供電的200MW核子反應爐。目前Newcleo持續在法國與核電公司Orano合作，以發展MOX技術。需進一步說明的是，MOX並非Newcleo開發的獨有技術，而是一種由生產混合氧化物燃料元件（Mixed Oxide Fuel Elements）的方法。在這個過程中，使用過的鈾燃料與二氧化鈽混合（Plutonium Dioxide；PuO2），有時也與二氧化釷（Thorium Dioxide；ThO2）混合，然後可以再次用於核子反應爐。MOX可被視為是一種將鈽在能源範疇中，進行二次使用的方法，過去鈽通常用於生產核武器；Newcleo預計將利用新一輪的資金將傳統核子反應爐產生的廢料再製，以作為其核子反應爐製造核燃料；此外Newcleo還規劃在英國和法國建造其核子反應爐原型，目前正在尋求兩國政府批准電廠的建設和工程許可。

6. Radiant Nuclear

Radiant成立於2019年，總部設於美國加州洛杉磯，2022年3月獲得1,261萬美元A輪的資金，投資者為Union Square Ventures；更早的投資者還包括：Also Capital、Cantos、Decisive Point、MANTIS Venture Capital、McKinley Capital Management以及Tribe Capital。Radiant現任CEO為Doug Bernauer其與資深工程師Isaac Penny都曾效力於SpaceX。Radiant正在開發第一個可在任何地方工作的攜帶式核子反應爐（portable nuclear microreactors），其獲得專利是前SpaceX工程師的心血結晶。

一般而言，電網越小，電力所帶來的汙染越高，而且價格也越高；傳統的核電站可能需要5至7年的時間，和超過100億美元的建置成本。同時，由於燃料運輸成本高且部署緩慢，使得為偏遠地區提供潔淨能源的效率低下；例如：在偏遠的阿拉斯加村莊，柴油發電機是人民獲取電力的主要來源之一，燃料成本可能高達每加侖10美元，電費每千瓦時（kWh）超過0.4美元，而空投燃料的成本則可能高達每加侖400美元。因此市場存在對Radiant所開發的攜帶式核子反應爐的需求；另外，如果未來要實現在太空中不同星球的移動，Radiant的解決方案也是不可或缺的。Radiant的核能發電機「Kaleidos」是一個封裝的設備，有防熔毀的核心，並使用三重各向同性晶體（TRi-structural ISOtropic,TRISO）燃料；Kaleidos能產生1.2兆瓦（MWh）的電力而不會產生任何碳排放，並且可以在48小時內部署，且Kaleidos具有遠端數據監控功能，不會產生廢棄物，無須用到液體燃料。Kaleidos整個設備體積並不大，可以裝在一個貨櫃中。Radiant的攜帶式核子反應爐適合使用的情境，主要包括：國防領域中需要移動的軍事設備、島嶼或極端偏遠地區、醫院以及數據中心、熱密集處理程序的工廠（如：海水淡化及廢水處理）以其前述所提及的太空場景等。

7.Zap Energy

Zap Energy成立於2017年，總部位於西雅圖，2022年6月7日宣布獲得1.6億美元的投資；領投者為Lowercarbon Capital，由Breakthrough Energy Ventures、Shell Ventures、DCVC和Valor Equity Partners跟投，此外原有投資者Addition、Energy Impact Partners和Chevron Technology Ventures也參與此輪的投資。Zap Energy累計獲得2.02億美元的資金。

雖然許多競爭者努力使用強大的磁鐵或雷射脈衝來壓縮等離子體以引發核融合反應，但Zap另求它法，採用由華盛頓大學（University of Washington）和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的物理學家開創的解決方案，該技術被稱為「剪切流電漿自束效應」（sheared flow Z-pinch）。在Z-pinch核融合中，一條帶有電流的等離子體會產生自己的磁場，該磁場會擠壓等離子體，直到它達到足夠的熱和高密度以發生所需的反應。

退休於華盛頓大學核能工程亦是Zap Energy技術長Brian Nelson表示，Zap已成功地將等離子體注入到一個新的、更強大的實驗核反應爐中（FuZE-Q第四代Z-pinch 設備）；其正在完成能提供足夠電力的試驗，以證明能產生淨能量；如果Zap系統被證明是可行的，那麼該解決方案的成本將比基於磁體和雷射的系統更加便宜，預計其成本與傳統核電大致相同。

小結

由上述的內容可觀察到，核能的發展需要強有力的政策來支持，但該行業還必須在成本控制面做得更好，在安全無虞的情況下做到發電效率提升，淨電力表現更佳，以確保核能在未來具有競爭力。而政府投資以及學校的科研長期投入仍是新核能科技實現的必要條件，不僅要適用於發電廠，最新技術的開發與投入還要能更合使用情境。這是因為很少有私營部門能具備充足的資金，用於此類資本密集型和支撐長期的投入（耐心資本）。核能發電可以在低碳排的能源系統中發揮重要作用，以協助國家在經濟與環境的調整中安然渡過。

我國方面，國發會在2022年3月已經公布，「台灣2050淨零排放路徑及策略總說明」期望139年國家溫室氣體能達到淨零排放；除透國全民的努力達到上述目標外，也期望能把低碳轉化為綠色商機。為達到上述目的，在能源供給的策略上應進行滾動性修正，依據新能源技術的發展概況進行調整；畢竟應用新核能技術的發電方式並不是短時間就可以實現的。核能的發展不應該只是出現在公投的議題中，在兼顧經濟發展與環境永續的目標下，是否使用核能是不可逃避的話題；核能科技的發展不斷演進，臺灣還未處於趨勢之中。

1. 中華民國國家發展委員會（2022），「臺灣2050淨零排放路徑藍圖」，https://www.ndc.gov.tw/Content_List.aspx?n=FD76ECBAE77D9811
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3. Cantos Ventures (2022), “The Future is Radiant：Why we invested in Radiant”, 2022-3-10, https://medium.com/cantos-ventures/the-future-is-radiant-b3bc1fdaf340
4. CNN (2022), “South Korea bets on nuclear power, restarting construction on two reactors”, 2022-7-6, https://edition.cnn.com/2022/07/06/asia/south-korea-nuclear-plants-renewable-energy-intl-hnk/index.html
5. Commonwealth Fusion Systems (2021), “Commonwealth Fusion Systems Raises $1.8 Billion in Funding to Commercialize Fusion Energy”, 2021-12-1, https://cfs.energy/news-and-media/commonwealth-fusion-systems-closes-1-8-billion-series-b-round
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21. UKTN (2022), “Newcleo secures £258m for prototype nuclear reactor”, 2022-6-20, https://www.uktech.news/energy/newcleo-258m-uk-nuclear-reactor-20220620