7月22日，中國聚變能源有限公司掛牌成立大會在上海舉行，并一舉完成115億元的融資。大會提出，聚變能源作為前沿科技與未來產(chǎn)業(yè)培育的重點方向，將先導布局高溫超導等關鍵核心技術攻關，引育高水平創(chuàng)新主體和優(yōu)秀人才團隊。

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

比如，為滿足上海世博園區(qū)供電需求，需要鋪設一條從浦東穿越黃浦江至浦西的50萬伏超高壓電纜，體積相當于一條單向地鐵通道；而如果使用超導材料，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、建設用地緊張的問題，立項了高溫超導技術項目。該項目相繼孵化了上海超導、上創(chuàng)超導兩家公司。二十多年后，在可控核聚變產(chǎn)業(yè)熱潮初起之際，高溫超導技術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。

近年來，上海已投運或在建多臺可控核聚變裝置。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。

“最早投資高溫超導行業(yè)主要考慮的是電網(wǎng)相關應用，包括高溫超導電纜、電機等。隨著高溫超導技術的成熟、帶材性能及產(chǎn)能的提升，2018年后，高溫超導開始逐步應用于核聚變領域，由于高溫超導強磁場的特性，小型商業(yè)化核聚變成為可能”，一位長期投資材料行業(yè)的投資人告訴記者，她曾參與上海高溫超導項目早期的相關投資。

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

根據(jù)物理學中的“勞森判據(jù)”，核聚變點火條件需滿足三個新材料——核聚變?nèi)剂系臏囟取⒚芏群图s束時間，三者的乘積需大于某一個特定值。對可控核聚變裝置而言，磁場強度越高，越能實現(xiàn)更高的等離子體密度、溫度和約束時間。

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

高溫超導材料的需求，源于磁約束裝置（如托卡馬克、球形環(huán)等）的建設熱潮。這類磁約束裝置成本較低且易于實現(xiàn)小型化，更適合商用，因此迎來了廣泛的投資建設。目前國內(nèi)運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與麻省理工學院合作，成功研制出世界第一個可用于核聚變的20t高溫超導磁體?！斑@證實了能夠在較小的尺寸內(nèi)獲得較高的磁場，進而降低成本、縮短設備建造時間，讓我們能夠快速經(jīng)濟地實現(xiàn)聚變?！毙黔h(huán)聚能CEO陳銳曾在接受采訪時表示。上海超導就是CFS其中的一家供應商。

目前國內(nèi)已運行或在建的可控核聚變裝置包括：中國科學院合肥研究院等離子體所的中國聚變實驗堆EAST及后續(xù)BEST以及CFERT、中核集團的星火一號、西南物理研究院的環(huán)流三號等。每個可控核聚變裝置都需要巨額投資，其中BEST項目總投資達到85億元。

根據(jù)美國聚變點火研究試驗數(shù)據(jù)，在一個核聚變裝置（托卡馬克型）的近百億元總投資中，主體結(jié)構占比約29%、輔助系統(tǒng)約15%、電力系統(tǒng)約18%、場地與設施約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)、組裝和遠程維護等。而在主體結(jié)構的投資中，約 55%用于磁場線圈——僅一臺可控核聚變裝置，就需要超過10億元的超導材料。

在上海超導、上創(chuàng)超導和西部超導等國內(nèi)廠商突破高溫超導材料產(chǎn)業(yè)化之前，國內(nèi)可控核聚變裝置所需的高溫超導材料長期處于緊缺狀態(tài)。前述投資人稱，在2018年以前，高溫超導材料主要供給電網(wǎng)示范性項目使用，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，國內(nèi)已實現(xiàn)低溫超導的產(chǎn)業(yè)化。2003年，中國正式?jīng)Q定加入ITER（國際熱核聚變實驗堆）計劃時，因該項目采用磁約束技術路線需使用超導材料，超導有限（西部超導前身）應運而生，并于2012年開始向ITER批量供貨。低溫超導在技術上較易實現(xiàn)，其材料特性與高溫超導一致，但僅能在溫度低于40K（約零下233攝氏度）時呈現(xiàn)超導特性，因此必須在液氦環(huán)境下工作；而高溫超導可以在液氮環(huán)境下工作，條件更易滿足。

據(jù)前述投資人介紹，高溫超導材料在發(fā)展初期的主要難點是產(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注超導材料在不同溫度及場強下的載流量，需要材料能通過更大電流且穩(wěn)定性更高——由于超導材料是一種合成材料，電流傳輸過程中可能出現(xiàn)大幅波動。此外，材料的機械脆性、輻照耐受性、制備的均勻性和可靠性等也是關注重點。

解決了單塊材料的內(nèi)部問題后，還需攻克材料間的銜接難題。當一次性制備更長的高溫超導帶材時，材料“失超”風險會隨之增加?！笆С敝赋瑢Р牧弦驕囟?、電流或磁場超過臨界值而突然恢復電阻的現(xiàn)象。為減少這一問題，需要將不同的帶材通過接頭進行組裝，但接頭本身會產(chǎn)生電阻，因此也要平衡高溫超導材料長度與接頭數(shù)量。西部超導在2023年年報中提到，公司探索Bi-2223和Bi-2212的工程化制備技術，打通了適合于批量化生產(chǎn)的全流程工藝技術，制出長達百米量級的帶材和線材。

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

根據(jù)上海超導于今年6月份披露的招股書，2022年時其第二代高溫超導帶材銷售量約69公里，營收約2472萬元，到2024年迅速增長至955公里和2.3億元。2024年上海超導凈利潤約7200萬元，2022年凈虧損2753萬元。其2024年前五大客戶分別為中國科學院、聯(lián)創(chuàng)超導（與中核集團合作星火一號項目）、能量奇點、VEIR公司和南方電網(wǎng)。前兩家采購金額即超過1億元。

“目前投建的核聚變裝置很多都是前幾年設計的，那時候高溫超導材料不成熟，裝置里用量很少。據(jù)我統(tǒng)計，BEST項目中用的高溫超導材料價值約為1億至2億元，而未來的核聚變裝置中，高溫超導的使用量會越來越多?！鼻笆鐾顿Y人向記者表示。

此外，其他領域?qū)Ω邷爻瑢У男枨笠苍谠鲩L。西部超導證券部相關負責人對經(jīng)濟觀察報表示，目前其超導產(chǎn)品已應用于上海聯(lián)影的核磁共振機中。同時，西部超導正推進超導材料在磁控直拉單晶硅、超導儲能、質(zhì)子重離子加速器、超導量子計算機等領域的應用。其中，西部超導正在使用高溫超導材料研發(fā)10MJ/5MW高溫超導儲能設備。而位于合肥的EAST項目，采用的是西部超導供貨的低溫超導材料。

上述投資人正在關注磁體領域，因為高溫超導帶材需要卷繞成磁體后才能應用于可控核聚變裝置。目前，國內(nèi)大致有三類公司能夠生產(chǎn)磁體：小型創(chuàng)業(yè)公司、可控核聚變裝置設計建設公司，以及西部超導、上海超導等高溫超導材料生產(chǎn)企業(yè)。

新奧集團研發(fā)建造了“玄龍-50U”球形環(huán)氫硼聚變裝置，新奧聚變實驗首席科學家石躍江向經(jīng)濟觀察報介紹，新奧內(nèi)部設有超導技術組，專門負責將帶材卷繞成磁體?！拔覀兊那蛐苇h(huán)裝置中心柱非常細，只能使用高溫超導形成的小體積磁體，同時可以滿足球形環(huán)小環(huán)徑的物理要求；而BEST裝置是較大尺寸的大環(huán)徑比裝置，允許使用低溫超導磁體。無論使用低溫超導材料還是高溫超導材料，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，由于當前國內(nèi)外可控核聚變裝置差異較大，裝置內(nèi)的磁體無法通用，因此磁體廠商有極強的工藝壁壘。不過，隨著高溫超導材料產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，未來高溫超導磁體的市場空間也將逐步打開。

（作者 潘俊田）