文 | 钛资本研究院
国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的重要方向。核聚变能是未来人类的理想能源，具有能量密度高、原料来源广泛、安全性高的优点。2024年全球聚变投资71亿美元，2031-2035年有望实现可控核聚变商业化，全球核聚变投资相较于2023年增加9亿美元，其中公共资金的投入占比达到60%。根据核聚变能协会(FIA)调研，大部分核聚变公司预计2031-2035年可实现可控核聚变向电网第一次供电，同时可以研发出低成本高Q值的商业化核聚变装置。
可控核聚变为何是“终极能源”？何时真正实现商业化？近期，钛资本董事总经理吴凯就“2025是布局可控核聚变的最佳时点吗？”这一话题进行主讲，同时特邀中科大核学院教授、星能玄光创始人孙玄，中科创星投资人赵传奇作为嘉宾一起分享。孙玄教授长期从事核聚变研究，是国际知名场反磁镜核聚变专家，海外高层次人才，承担发改委十四五计划场反位形核聚变压缩方案课题。赵传奇关注核聚变，超导和核应用领域，参与投资星环聚能，星能玄光，甚磁科技，华硼中子等项目，拥有西安交通大学核科学与技术专业本硕博学位。以下为分享内容：
为什么可控核聚变是最可能的“终极能源”？1、AI算力的能源需求
在2024年，AI技术的快速发展对算力提出了极高的要求，而算力的尽头实际上是能源。AI训练的能耗问题引起了广泛关注。例如，英伟达的黄仁勋曾指出， AI计算可能需要消耗14个地球的能源资源，尽管这一说法有误读成分，但AI训练的能耗确实相当巨大。例如，ChatGPT每训练一次，耗费电量约2.4亿度，相当于3000辆特斯拉电动汽车跑到报废的电量。微软工程师也提到，训练GPT-5需要使用十万块英伟达H100 GPU，这些GPU的能耗巨大，甚至可能因电网负荷过大而崩溃。谷歌的AI每年耗电量达到2.3太瓦时，相当于亚特兰大所有家庭的用电量。国际能源署估计，数据中心目前占全球电力消耗的1.5%到2%，到2030年，这一比例可能上升到4%。中国的情况也类似，2025年数据中心能耗总量将超过4000亿千瓦时，占全国用电量的比重将从2018年的1.6%增长到2025年的5.8%。
2、核能的潜力
面对如此巨大的能源需求，核能被视为一种可能的解决方案。国际能源署2025年核电展望报告显示，自2017年以来，全球已开工52座反应堆，其中25座在中国。许多数据中心和核能公司签订了协议，以加速核能在数据中心的应用。未来核能的应用主要分为两个方向：小型模块化裂变反应堆（SMR）和聚变反应堆。聚变能被认为是未来数据中心和AI发展的关键能源支持。例如，微软一直在聚变领域布局，OpenAI的创始人Sam Altman个人投资了Helion公司，微软也与其签订了协议，希望在2028年能够为其提供50兆瓦的能源供应。尽管核裂变反应堆的建设和运营成本高昂，且工期漫长，但小型模块化反应堆（SMR）和聚变能的发展为解决AI算力的能源需求提供了新的希望。
3、核聚变的优势
核聚变被认为是人类可能的终极能源。与传统的火电、水电、光伏发电和风电相比，核聚变发电具有无限、清洁、安全和廉价的优势。核聚变反应堆的建设和运营成本虽然高昂，但其能源输出巨大，且对环境的影响较小。核聚变能的开发和应用将成为未来解决全球能源需求的关键技术之一。
4、聚变能源是人类能源的终极解决方案——无限、清洁、安全、廉价
核聚变作为一种未来能源解决方案，具有多方面的显著优势。首先，核聚变的主要燃料氘在海水中含量丰富，足够使用数十亿年。虽然氚相对稀少，但可以通过中子和锂料进行人工合成，解决供应短缺问题。核聚变的主要产物是氦气，不会产生温室气体排放，对环境完全无害。与核裂变不同，核聚变不会产生高放射性核废料，其废料量少且半衰期短，不会对环境造成长期伤害。
核聚变的安全性远高于核裂变。核聚变需要高温高压的极端条件才能维持，一旦发生故障或失控，反应会立即停止，不会像切尔诺贝利或福岛核电站那样发生堆芯熔化等灾难性事故，也不会带来核泄漏的风险。
从成本角度来看，核聚变具有显著优势。传统能源的成本通常在每度电两毛到三毛以上，而核聚变的测算成本可能低至一毛钱甚至更低。如果核聚变能够实现商业化，其低成本和无限供应的优势将使其成为人类的终极能源，不仅用于发电，还可以支持深空探索等高能耗项目。
核聚变作为一种清洁能源，具有丰富的燃料来源、环境友好、高安全性和低成本等显著优势，有望成为未来人类的主要能源来源。
可控核聚变何时可能真正实现商业化？
核聚变作为一种潜在的清洁能源，其商业化进程一直是科学界和公众关注的焦点。尽管核聚变技术的实现似乎总是“永远还有50年”，但近年来在技术、材料和国际合作方面的进展为核聚变的商业化带来了新的希望。
国际热核聚变实验堆项目（ITER）是国际上最重要的核聚变研究项目之一，最初设想在20世纪80年代中期启动，2006年35个国家共同筹集50亿欧元启动该项目，计划在2016年投入运行。然而，项目进展并不顺利，多次延期，直到2024年才宣布新的机械装置将于2034年首次运行，比原计划晚了近十年。目前，该项目已经花费了200亿欧元，并且还需要增加50亿欧元的预算。尽管如此，ITER项目仍然是核聚变研究的重要标杆。
尽管ITER项目进展缓慢，但核聚变领域仍取得了一些重要突破。例如，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）在2022年12月实现了Q值大于1的点火突破，即输出能量大于输入能量。2023年至2024年，NIF又实现了四次点火复现，最后一次创纪录地输出了5.2兆焦耳的能量，能量增益超过了2。这些突破为全球核聚变领域带来了信心。
核聚变的商业化尝试也在不断推进。2025年1月6日，OpenAI的CEO Sam Altman宣布，他个人投资的公司Helion将在2028年为微软提供50兆瓦的能源供应。虽然这一目标仍面临挑战，但Helion的进展为核聚变的商业化提供了新的希望。
2025年1月20日，中国核聚变领域也取得了重大突破。中国主导的东方超环（EAST）项目，即“人造太阳”，首次完成了一亿摄氏度1000秒的长脉冲高约束模运行，创造了新的世界纪录。这一成就表明中国在核聚变领域取得了显著进展，有望在未来十年内实现重大突破。
近年来，可控核聚变的技术创新和相关材料科学获得巨大进步，例如等离子体的精确控制技术、新型材料的开发以及高温超导材料的应用都取得了显著进展。例如，美国CFS公司的SPARC项目利用高温超导体实现了高磁场强度，使得托卡马克装置可以通过小型化设计大幅降低成本，为商业化奠定了基础。核聚变的商业化还需要政府的支持和国际合作。欧美和中国在政策上都向核聚变倾斜，推动了相关技术的发展。
从资本投资角度来说，过去几年私人资本在核聚变领域的投资非常快。比如Tri Alpha Energy (TAE)前后融资12亿美元。美国Helion Energy融资了五亿美元，最近还要再拿17亿美元的微软的对赌，显示出市场对核聚变商业化的重视和期待。
Commonwealth Fusion Systems (CFS) 是2018年成立的托卡马克路线核聚变公司，拿了20亿美金的投资。加拿大欧洲其实也有相关的公司。中国在从2021年开始也有多家公司陆续在这方面开始成立并获得相关的融资，例如能量起点，星环聚能过去两年一直都拿到融资加速发展。星能玄光公司是去年成立，去年底就拿到了第一笔天使轮融资。新奥能源是我们国家的一个重要的能源行业民营企业，他们自己投资30亿人民币在聚变研究领域。
有哪些可控核聚变实现的技术路径？
核聚变的成功主要依赖于劳森判据的三个关键参数：等离子体的温度、密度和约束时间。这些参数的乘积越大，核聚变反应就越容易实现。
具体来说，等离子体的温度需要达到一亿度以上，目前全球范围内的研究机构已经实现了这一温度，甚至更高；等离子体的密度越高，粒子获得的能量越大，越容易实现核聚变；约束时间越长，等离子体在高温高压下保持稳定的时间越长，核聚变反应的基础就越好。
核聚变技术主要分为两大类：惯性约束和磁约束。惯性约束代表项目包括美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）、中国的神光三号和神光二号，以及美国桑迪亚国家实验室的Z箍缩装置。从技术进展上来看：NIF在2022年实现了Q值大于1的点火突破，即输出能量大于输入能量。2023年至2024年，NIF又实现了四次点火复现，最后一次创纪录地输出了5.2兆焦耳的能量，能量增益超过了2。
激光惯性约束整体来说是从做氢弹这一块延伸过来的，相对来说人才和技术目前更多地集中在军事领域，目前也有做激光惯性约束的专家出来做相关的民用领域的聚变研究。
在民用领域，主要是磁约束技术路线，托卡马克装置是目前核聚变研究的主流技术路线，代表项目包括国际热核聚变实验堆（ITER）、中国的东方超环（EAST）和环流器三号。从技术进展上来看：EAST在2025年1月20日首次完成了一亿摄氏度1000秒的长脉冲高约束模运行，创造了新的世界纪录。此外，美国CFS公司的SPARK项目利用高温超导体实现了高磁场强度，使得托卡马克装置可以通过小型化设计大幅降低成本，为商业化奠定了基础。除了传统的托卡马克装置，还有一些创新型的技术路线，如场反向位形（FRC）和磁镜装置。这些技术路线相对较为新颖，具有结构简单、成本低、迭代速度快等优势。例如，美国的TAE公司和Helian Energy公司采用FRC技术路线，取得了显著进展。中国中科大的KMAX装置结合了FRC和磁镜技术，具有11年的实验经验。这些装置通常采用直线型设计，与传统的球形或环形托卡马克装置相比，具有更高的迭代速度和经济性。
核聚变技术的发展不仅依赖于技术路线的选择，还与燃料的选择密切相关。目前，核聚变的主要燃料包括氘（D）、氚（T）和锂（Li）。氘和氚是最常用的燃料组合，反应相对简单，技术成熟度较高。然而，氚的获取相对困难，通常需要通过锂与中子反应产生，且氚是一种受管制的燃料，不易获得。因此，研究者也在探索其他燃料组合，如氘-氘（D-D）和氘-氦-3（D-He3）。氦-3被认为是一种未来潜力更大的燃料，尤其是从月球开采氦-3的可能性，这可能是中国探索月球的重要原因之一。从核聚变燃料来看，FRC相比托卡马克更容易把氢硼聚变作为终极燃料目标。
可控核聚变有哪些可能的商业变现模式1、核心商业模式：聚变发电
核聚变的最核心商业模式是发电。如果核聚变能够实现极低的发电成本，如每度电一毛钱左右，其经济性将极具竞争力。这种低成本的发电模式发展可以类比于光伏产业的发展历程。尽管光伏产业已经进入成熟阶段，但仍有多种技术路线在竞争，新的技术也在不断涌现。因此，核聚变发电的商业模式需要在技术成熟度和经济性之间找到平衡。
2、中间路线与副产品
除了发电，核聚变技术还可以通过中间路线和副产品产生现金流。例如：
医疗应用：核聚变产生的同位素可以用于癌症治疗，如钼-99，锝-99等，这些同位素的生产可以成为重要的收入来源。
核废料处理：核聚变技术与FRC（场反位形）技术在核废料处理方面有技术重合性。FRC装置在设计上简化了等离子体控制过程，可以用于核废料处理，这不仅有助于环境保护，还可以产生经济效益。
技术授权与咨询服务：通过技术授权、专利咨询和政策支持等方式，核聚变技术可以为企业带来额外的收入。政府补贴和政策支持也是核聚变技术发展的重要推动力。
3、投资与运营策略
不同的投资机构对核聚变技术的期望和策略不同。一些机构希望核聚变技术能够通过中间产品和副产品实现自我造血，减少对外部融资的依赖。这些机构认为，通过多样化的收入来源，核聚变技术可以在短期内实现财务自给自足。然而，也有机构认为，核聚变技术应该专注于核心目标，即实现聚变电厂的商业化。这些机构更倾向于集中资源，尽快实现核聚变发电的商业化应用，无论是集中式电厂还是分布式电站。
中国核聚变市场参与者，以及投资建议
中国在核聚变领域的主要参与者包括国家研究单位，国家队企业以及一些初创企业。以下是主要参与者及其项目：
中科院等离子体物理研究所：位于合肥，主要装置为东方超环（EAST），专注于托卡马克装置的研究。
核工业西南物理研究院：位于成都，主要研究装置为环流器三号（HL-3）和环流器二号（HL-2），同样专注于托卡马克装置。
中国科学技术大学：主要研究装置为KMAX FRC装置，该装置在核聚变领域有深厚的历史积累。
华中科技大学：其J-TEXT装置最初有孙老师参与设计，后续独立运营。
中国工程物理研究院：主要研究激光惯性约束核聚变，推动了神光系列装置的发展。
聚变能源公司：由多家央企联合成立，注册资本50亿元，目标是建设大型聚变电站。
星能玄光：成立于2024年，基于中国科学技术大学的KMAX装置，已获得1亿元天使轮融资。
瀚海聚能：位于成都，走FRC技术路线，最早是参考了孙老师的KMAX FRC装置。
安东聚变：由彭先觉院士创立，专注于激光惯性约束核聚变，目前处于融资阶段。
对于可控核聚变领域的一些投资建议如下：
首先是关注关键节点：建议投资者关注国内外核聚变发展的关键节点，如2025年、2028年和2030年之前的重大突破。这些突破可能会引发核聚变投资热潮，提前布局至关重要。
其次是技术路线选择：不同的技术路线有不同的成熟度和成本。托卡马克技术成熟但成本较高，而FRC技术更具性价比。投资者应综合考虑不同技术路线的特点和潜力。
同时对知识产权与团队进行评估：确保团队从原研究机构获得了相关知识产权授权，避免知识产权纠纷。团队组成应包括研发人员、工程人员和商业人员，且需要有年轻人才梯队来支撑长期发展。
另外，平衡短期与长期商业模式：短期商业模式可能包括中间路线和副产品，如医疗同位素和核废料处理。长期商业模式应聚焦于聚变电厂的建设。投资者需要评估这些模式与自身诉求是否一致。
还需考虑长期技术积累与创新能力：核心团队的长期技术积累和实践能力是成功的关键。投资者应关注团队是否有能力在现有技术基础上通过融资实现创新和突破。
核聚变技术的发展具有大投入、长周期和高回报的特性。投资者应做好与多个机构联合进行大规模、长期投资的准备。尽管短期内可能看不到显著回报，但核聚变技术的潜力巨大，未来有望成为比光伏更有潜力的市场。2025年将是核聚变领域的重要投资窗口期，投资者应密切关注技术进展和市场动态，提前布局，以抓住这一未来能源领域的巨大机遇。
嘉宾孙玄教授分享
核聚变作为一种清洁能源，其商业化的时间预期一直是公众和科学界关注的焦点。长期以来，核聚变技术的实现似乎总是“永远还有50年”，这一说法反映了核聚变研究的艰难历程。然而，核聚变领域的前辈、苏联科学家阿齐莫维奇曾说过：“当人们需要核聚变的时候，就可以实现核聚变。”这句话强调了核聚变技术的实现并非仅仅是技术问题，还与社会需求和资源投入密切相关。
核聚变本质上是一种应用科学，其科学可行性早已得到证实。太阳就是一个天然的核聚变炉，而人类在实验室中也已经实现了可控核聚变。例如，在20世纪90年代，托卡马克装置已经实现了超过10兆瓦的核聚变功率。这一成就得益于20世纪70年代石油危机后，美国将核聚变研究经费增加了20倍，从而推动了相关技术的发展。当社会对核聚变的需求迫切时，资源的投入可以加速其实现。
当前，全球正处于科技大发展的时期，对能源的需求巨大。随着科技的进步，核聚变技术的发展也得到了国家和社会的高度重视，资本的大量投入正在推动核聚变技术的快速进步。相比于20世纪90年代，现在的科技水平更高，资源投入更大，核聚变的实现时间有望大幅缩短。
关于投资布局的最佳时机，核聚变技术的实现将带来巨大的经济和社会效益，因此投资布局显得尤为重要。从投资角度来看，核聚变实现之前是布局的最佳时机。因为一旦核聚变技术实现，相关公司的估值将难以预测，而在此之前，投资者可以以较低的成本进入市场。尽管核聚变技术的实现时间难以精确预测，但当前的科技发展和社会需求为投资者提供了良好的布局机会。
近年来核聚变在中国是一个小风口，2024年，美国和中国的核聚变公司都获得了大量资金用于研发。预计未来一两年，核聚变领域将取得更多突破。投资者可以选择在这些突破出现时布局，也可以提前布局。
嘉宾赵传奇分享
中科创星基金从2015-2016年开始关注核聚变领域，我们一直认为核聚变作为终极能源是一个重要的发展方向。2022年，随着国内相关创业公司的出现，基金投资了清华大学的星环聚能团队。多年来，我们一直跟踪核聚变技术的发展，国际上的大科学装置取得了显著成绩，如激光聚变领域的Q值突破1，托卡马克领域的英国JET装置实现69兆焦能量输出，持续时间达5秒，这些都是核聚变领域的重要突破。
国际上，核聚变领域的创业公司数量不断增加，目前已有50多家，尤其是美国的融资金额较大，创业热情高涨。美国能源部（DOE）支持的公司分布在多种技术路线上，通过分散路线来降低整体技术风险。各国政府也在持续投入，如2024年拜登签署法案资助7.9亿美元，韩国拨款8.66亿用于核聚变发展，日本计划在2030-2040年完成聚变发电。国内方面，聚变新能和中国聚变能等国央企也在积极参与，预计2026-2028年会有重要的时间节点。
关于投资时机与未来展望，核聚变技术的发展处于加速状态，未来几年会有重要的时间节点。目前投资处于第一波阶段，是一个较好的时机。投资者也可以等待更多证据表明技术的有效性后再进行投资。总体而言，核聚变技术的发展前景广阔，值得持续关注和投资。
核聚变作为一种清洁能源，其技术发展和投资布局受到广泛关注。国际和国内的创业公司数量不断增加，各国政府也在持续投入。核聚变技术的发展处于加速状态，未来几年会有重要的时间节点。投资者可以根据自身情况选择投资时机，抓住这一未来能源领域的巨大机遇。
问答
Q1：如果中美对比来看，哪方从路径上离商业化更近一点?
孙玄：美国国家点火装置（NIF）实现Q值大于1是一个重大突破，表明激光聚变在科学上没有本质问题。尽管磁约束聚变领域的一些研究者认为这一成果并不算非常关键，但从科学意义上来说，激光聚变实现Q值大于1仍然是一个重要的里程碑。这表明，无论是磁约束还是激光惯性约束，实现Q值大于1都是可控聚变的一个重要标志。
商业化需要更高的Q值，通常认为Q值达到10以上是实现商业化的标志性阈值。这意味着聚变反应可以在不需要外部功率输入的情况下持续进行，从而实现自给自足的能源输出。目前，激光聚变距离商业化还很远，但这一领域的研究正在快速推进。
在全球核聚变领域，美国和中国是主要的竞争者，但欧洲、日本和韩国也在积极参与。美国在聚变技术上具有领先地位，尤其是在托卡马克装置和创新型聚变路径上拥有深厚的技术积累和人才储备。中国则在工程能力上表现出色，托卡马克领域的智力人才众多，年轻人才的培养也非常出色。然而，在创新型聚变路径上，中国相对薄弱。
从当前的布局、科研实力和资本市场支持来看，美国在核聚变商业化方面处于领先地位。但中国在产业链布局和成本控制方面具有显著优势，国内的供应商在加热和诊断设备等方面能够提供比美国更经济的解决方案，这得益于国家对产业链的布局和对相关人才的培养。中国的工业能力在核聚变领域的发展中发挥了重要作用，中国有机会以更低的成本实现商业化，这得益于国内强大的产业链和高效的工程能力。预计未来五到十年内，中美两国在这一领域的竞争将更加激烈，也为全球能源市场带来变革。
Q2：国有体制办大事，目前国家对托卡马克的政策态度是怎样的？
孙玄：国家对创新型核聚变技术持开放和支持的态度，不仅支持主流的托卡马克技术路线，也鼓励其他技术路线的发展。国家发改委等部门对其他技术路线也给予了支持，只要这些技术路线能够得到专家学者的认可，并且能够将事情做成，国家就会给予支持。例如，昌海卫星项目得到了国家发改委的支持，已经取得了初步成果。
托卡马克技术是目前核聚变研究的主流技术路线，国家对其给予了重点支持。国家参与了国际热核聚变实验堆（ITER）项目，并在国内自主建设了“东方超环”(EAST)和“环流三号”（HL-3）等托卡马克装置，不断取得相关实验的进展。这些项目得到了大量的经费支持，成为核聚变研究的绝对主流。
除了托卡马克技术，国家也支持其他创新型核聚变技术路线的发展。例如，国家发改委支持了昌海卫星项目，该项目已经取得了初步成果。此外，国家还在考虑未来的聚变堆到底是什么样子，从倒推的角度来考虑未来聚变发电站的设计。中科院也在布局创新型核聚变技术，国家对这些创新技术持开放态度。
国家积极参与国际合作，推动核聚变技术的发展。例如，美国政府对其他新型路线的支持力度很大，有专门的专项来探究低成本的聚变路线的研发，支持了许多项目。国内虽然还没有大面积铺开，但也在逐渐认识到这些路线的重要性，未来会从科研角度给予更多支持。
