7月22日，中國(guó)聚變能源有限公司掛牌成立大會(huì)在上海舉行，并一舉完成115億元的融資。大會(huì)提出，聚變能源作為前沿科技與未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育的重點(diǎn)方向，將先導(dǎo)布局高溫超導(dǎo)等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，引育高水平創(chuàng)新主體和優(yōu)秀人才團(tuán)隊(duì)。

高溫超導(dǎo)材料是指在溫度高于40K（約零下233度）時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)零電阻且可承載電流密度近百倍于傳統(tǒng)銅導(dǎo)的材料。利用高溫超導(dǎo)材料，可以有效降低長(zhǎng)距離輸電帶來(lái)的電損耗。

比如，為滿足上海世博園區(qū)供電需求，需要鋪設(shè)一條從浦東穿越黃浦江至浦西的50萬(wàn)伏超高壓電纜，體積相當(dāng)于一條單向地鐵通道；而如果使用超導(dǎo)材料，體積可縮減至1/3到1/4。

二十多年前，上海為解決用電密度高、建設(shè)用地緊張的問(wèn)題，立項(xiàng)了高溫超導(dǎo)技術(shù)項(xiàng)目。該項(xiàng)目相繼孵化了上海超導(dǎo)、上創(chuàng)超導(dǎo)兩家公司。二十多年后，在可控核聚變產(chǎn)業(yè)熱潮初起之際，高溫超導(dǎo)技術(shù)已成為上海這座城市發(fā)展可控核聚變產(chǎn)業(yè)的重要起點(diǎn)。

近年來(lái)，上海已投運(yùn)或在建多臺(tái)可控核聚變裝置。8月1日，上海諾瓦聚變宣布獲得5億元天使輪投資，搭建新的可控核聚變裝置。

“最早投資高溫超導(dǎo)行業(yè)主要考慮的是電網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用，包括高溫超導(dǎo)電纜、電機(jī)等。隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的成熟、帶材性能及產(chǎn)能的提升，2018年后，高溫超導(dǎo)開(kāi)始逐步應(yīng)用于核聚變領(lǐng)域，由于高溫超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)的特性，小型商業(yè)化核聚變成為可能”，一位長(zhǎng)期投資材料行業(yè)的投資人告訴記者，她曾參與上海高溫超導(dǎo)項(xiàng)目早期的相關(guān)投資。

可控核聚變行業(yè)看重的是超導(dǎo)材料的另一特性：能夠通過(guò)傳輸大量電流形成強(qiáng)磁場(chǎng)。

根據(jù)物理學(xué)中的“勞森判據(jù)”，核聚變點(diǎn)火條件需滿足三個(gè)新材料——核聚變?nèi)剂系臏囟?、密度和約束時(shí)間，三者的乘積需大于某一個(gè)特定值。對(duì)可控核聚變裝置而言，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，越能實(shí)現(xiàn)更高的等離子體密度、溫度和約束時(shí)間。

前述投資人說(shuō)，目前采用高溫超導(dǎo)材料的可控核聚變裝置，磁場(chǎng)強(qiáng)度能達(dá)到20t（特斯拉，磁場(chǎng)強(qiáng)度單位），上限能達(dá)到45t（特斯拉），而主要使用低溫超導(dǎo)材料核聚變裝置，磁場(chǎng)強(qiáng)度僅能達(dá)到3t左右，上限為15t。

高溫超導(dǎo)材料的需求，源于磁約束裝置（如托卡馬克、球形環(huán)等）的建設(shè)熱潮。這類(lèi)磁約束裝置成本較低且易于實(shí)現(xiàn)小型化，更適合商用，因此迎來(lái)了廣泛的投資建設(shè)。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行或在建核聚變裝置，大多為磁約束裝置。

2021年9月，核聚變初創(chuàng)公司CFS與麻省理工學(xué)院合作，成功研制出世界第一個(gè)可用于核聚變的20t高溫超導(dǎo)磁體?！斑@證實(shí)了能夠在較小的尺寸內(nèi)獲得較高的磁場(chǎng)，進(jìn)而降低成本、縮短設(shè)備建造時(shí)間，讓我們能夠快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)聚變?！毙黔h(huán)聚能CEO陳銳曾在接受采訪時(shí)表示。上海超導(dǎo)就是CFS其中的一家供應(yīng)商。

目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行或在建的可控核聚變裝置包括：中國(guó)科學(xué)院合肥研究院等離子體所的中國(guó)聚變實(shí)驗(yàn)堆EAST及后續(xù)BEST以及CFERT、中核集團(tuán)的星火一號(hào)、西南物理研究院的環(huán)流三號(hào)等。每個(gè)可控核聚變裝置都需要巨額投資，其中BEST項(xiàng)目總投資達(dá)到85億元。

根據(jù)美國(guó)聚變點(diǎn)火研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在一個(gè)核聚變裝置（托卡馬克型）的近百億元總投資中，主體結(jié)構(gòu)占比約29%、輔助系統(tǒng)約15%、電力系統(tǒng)約18%、場(chǎng)地與設(shè)施約15%，其余占比較小的部分包括儀器和控制系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、組裝和遠(yuǎn)程維護(hù)等。而在主體結(jié)構(gòu)的投資中，約 55%用于磁場(chǎng)線圈——僅一臺(tái)可控核聚變裝置，就需要超過(guò)10億元的超導(dǎo)材料。

在上海超導(dǎo)、上創(chuàng)超導(dǎo)和西部超導(dǎo)等國(guó)內(nèi)廠商突破高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化之前，國(guó)內(nèi)可控核聚變裝置所需的高溫超導(dǎo)材料長(zhǎng)期處于緊缺狀態(tài)。前述投資人稱(chēng)，在2018年以前，高溫超導(dǎo)材料主要供給電網(wǎng)示范性項(xiàng)目使用，全球年產(chǎn)量可能不足1000公里；2018年之后，隨著高溫超導(dǎo)材料逐步滿足可控核聚變的需求，產(chǎn)量才逐漸提升。

此前，國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)低溫超導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)化。2003年，中國(guó)正式?jīng)Q定加入ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆）計(jì)劃時(shí)，因該項(xiàng)目采用磁約束技術(shù)路線需使用超導(dǎo)材料，超導(dǎo)有限（西部超導(dǎo)前身）應(yīng)運(yùn)而生，并于2012年開(kāi)始向ITER批量供貨。低溫超導(dǎo)在技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)，其材料特性與高溫超導(dǎo)一致，但僅能在溫度低于40K（約零下233攝氏度）時(shí)呈現(xiàn)超導(dǎo)特性，因此必須在液氦環(huán)境下工作；而高溫超導(dǎo)可以在液氮環(huán)境下工作，條件更易滿足。

據(jù)前述投資人介紹，高溫超導(dǎo)材料在發(fā)展初期的主要難點(diǎn)是產(chǎn)量不足、產(chǎn)品性能不夠。在產(chǎn)品性能方面，可控核聚變廠商主要關(guān)注超導(dǎo)材料在不同溫度及場(chǎng)強(qiáng)下的載流量，需要材料能通過(guò)更大電流且穩(wěn)定性更高——由于超導(dǎo)材料是一種合成材料，電流傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)大幅波動(dòng)。此外，材料的機(jī)械脆性、輻照耐受性、制備的均勻性和可靠性等也是關(guān)注重點(diǎn)。

解決了單塊材料的內(nèi)部問(wèn)題后，還需攻克材料間的銜接難題。當(dāng)一次性制備更長(zhǎng)的高溫超導(dǎo)帶材時(shí)，材料“失超”風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨之增加。“失超”指超導(dǎo)材料因溫度、電流或磁場(chǎng)超過(guò)臨界值而突然恢復(fù)電阻的現(xiàn)象。為減少這一問(wèn)題，需要將不同的帶材通過(guò)接頭進(jìn)行組裝，但接頭本身會(huì)產(chǎn)生電阻，因此也要平衡高溫超導(dǎo)材料長(zhǎng)度與接頭數(shù)量。西部超導(dǎo)在2023年年報(bào)中提到，公司探索Bi-2223和Bi-2212的工程化制備技術(shù)，打通了適合于批量化生產(chǎn)的全流程工藝技術(shù)，制出長(zhǎng)達(dá)百米量級(jí)的帶材和線材。

經(jīng)過(guò)持續(xù)投資建設(shè)，頭部高溫超導(dǎo)材料公司已初步具備產(chǎn)業(yè)化能力。目前上海超導(dǎo)產(chǎn)能約4000公里，同時(shí)正募集資金投建約6000公里產(chǎn)能。隨著高溫超導(dǎo)材料成本不斷下降：2022年，上海超導(dǎo)每公里高溫超導(dǎo)帶材售價(jià)為360元/米，2024年售價(jià)已降至241元/米。

根據(jù)上海超導(dǎo)于今年6月份披露的招股書(shū)，2022年時(shí)其第二代高溫超導(dǎo)帶材銷(xiāo)售量約69公里，營(yíng)收約2472萬(wàn)元，到2024年迅速增長(zhǎng)至955公里和2.3億元。2024年上海超導(dǎo)凈利潤(rùn)約7200萬(wàn)元，2022年凈虧損2753萬(wàn)元。其2024年前五大客戶(hù)分別為中國(guó)科學(xué)院、聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)（與中核集團(tuán)合作星火一號(hào)項(xiàng)目）、能量奇點(diǎn)、VEIR公司和南方電網(wǎng)。前兩家采購(gòu)金額即超過(guò)1億元。

“目前投建的核聚變裝置很多都是前幾年設(shè)計(jì)的，那時(shí)候高溫超導(dǎo)材料不成熟，裝置里用量很少。據(jù)我統(tǒng)計(jì)，BEST項(xiàng)目中用的高溫超導(dǎo)材料價(jià)值約為1億至2億元，而未來(lái)的核聚變裝置中，高溫超導(dǎo)的使用量會(huì)越來(lái)越多。”前述投資人向記者表示。

此外，其他領(lǐng)域?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)的需求也在增長(zhǎng)。西部超導(dǎo)證券部相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)表示，目前其超導(dǎo)產(chǎn)品已應(yīng)用于上海聯(lián)影的核磁共振機(jī)中。同時(shí)，西部超導(dǎo)正推進(jìn)超導(dǎo)材料在磁控直拉單晶硅、超導(dǎo)儲(chǔ)能、質(zhì)子重離子加速器、超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，西部超導(dǎo)正在使用高溫超導(dǎo)材料研發(fā)10MJ/5MW高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備。而位于合肥的EAST項(xiàng)目，采用的是西部超導(dǎo)供貨的低溫超導(dǎo)材料。

上述投資人正在關(guān)注磁體領(lǐng)域，因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)帶材需要卷繞成磁體后才能應(yīng)用于可控核聚變裝置。目前，國(guó)內(nèi)大致有三類(lèi)公司能夠生產(chǎn)磁體：小型創(chuàng)業(yè)公司、可控核聚變裝置設(shè)計(jì)建設(shè)公司，以及西部超導(dǎo)、上海超導(dǎo)等高溫超導(dǎo)材料生產(chǎn)企業(yè)。

新奧集團(tuán)研發(fā)建造了“玄龍-50U”球形環(huán)氫硼聚變裝置，新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江向經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)介紹，新奧內(nèi)部設(shè)有超導(dǎo)技術(shù)組，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)將帶材卷繞成磁體?！拔覀兊那蛐苇h(huán)裝置中心柱非常細(xì)，只能使用高溫超導(dǎo)形成的小體積磁體，同時(shí)可以滿足球形環(huán)小環(huán)徑的物理要求；而B(niǎo)EST裝置是較大尺寸的大環(huán)徑比裝置，允許使用低溫超導(dǎo)磁體。無(wú)論使用低溫超導(dǎo)材料還是高溫超導(dǎo)材料，磁約束裝置的磁體線圈都需要自主繞制，以確保滿足使用要求?！?/p>

上述投資人表示，由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外可控核聚變裝置差異較大，裝置內(nèi)的磁體無(wú)法通用，因此磁體廠商有極強(qiáng)的工藝壁壘。不過(guò)，隨著高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，未來(lái)高溫超導(dǎo)磁體的市場(chǎng)空間也將逐步打開(kāi)。

（作者 潘俊田）