【能源聖杯解密1】常溫超導體帶來新未來　從手機到磁浮列車都會大躍進

被譽為「能源聖杯」的超導體，不僅被視為缺電救星，更是實現量子電腦、核融合和磁浮列車等高科技技術的利器，被各界所看好，然而現在卻受限於溫度、壓力等技術因素影響，導致商轉之路還有一大段要走。

 

「超導體商業化的一大問題，是必須要在極低溫下才能發揮其材料特性。」台大物理系教授王立民向本刊指出，現在超導體普遍應用的核磁共振（MRI），採用的就是低溫（也稱傳統）超導體，需透過液態氦將其降溫到零下269度C才能發揮超導效應；至於朱武經教授發現的高溫超導體，雖號稱高溫，但也需要用液態氮降溫，在零下135K（約零下140度C）才能發揮超導能力。

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而在這之中，要讓低溫超導體能發揮作用液態氦，其內部的關鍵氣體氦氣，也就一般吹氣球用的氣體，其實非常稀缺，且非常貴，「尤其現在我們在美國要買氦氣還都買不到，導致只能用定時分配，是因為我們（超導）中心比較大，才給我們面子供貨」。美國休士頓大學物理系德州超導中心教授朱經武感嘆地說道，不難看出氦氣取得的困難。

據了解，1公升的氦氣約新台幣1,000多元，是氮氣（形成液態氮的主要元素）的60倍之多。王立民向本刊分析，現行超導體受到溫度限制，皆必須配備一套冷卻系統，導致成本居高不下。此外，低溫超導體所需的氦氣，短缺狀況比石油嚴重，已成戰略資源。

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LK-99雖然被各國證實是場美麗的誤會，卻仍讓全球科學家興奮不已，但各界更好奇的是，常溫超導體究竟會對人類生活造成什麼翻天覆地的改變？

王立民指出，首當其衝的就是能源產業。「只要用到電力的地方，就有超導體發揮的空間。」他舉例，電力從電廠到家裡，傳輸過程會損耗15到20%能量，損耗過程中也會產生不少的熱，但由於超導體零電阻的特色，能讓電力傳輸的損耗降低為零，從而有更多電力能加以運用，成本、碳排放也都能大幅減少。

這意味著，原本用「銅」作為電力、電路傳輸的媒介材料，都有可能被常溫超導體所取代，而筆電、手機、電動車的電池壽命也能延長。

有「能源聖杯」的美譽的常溫超導體，不僅能省電，還能造電（核融合發電）。成立超過300多年的化學原料製造商默克（Merck）分析，核融合眼下的技術瓶頸包含：如何承載高溫下的電漿，高溫下的電漿沒有材料可以承受如此高溫。超導體所做成的超導磁鐵可以提供高強度磁場將電漿束縛在固定位置，若「常溫」超導體能實現，不需外加能量或低溫冷卻系統，就能解決核融合發電最困難的問題，為核融合發電帶來全新可能。

至於交通產業方面，指標性變革就是磁浮列車的實現。默克表示，磁浮列車具有平穩、安全、低噪音、耗能少、無汙染，維護費用低（較少繁雜需保養的機械設備等特色。本刊調查，2021年，中國西南交通大學曾成功用超導體做出磁浮列車原型，號稱時速上看600公里，是台灣高鐵最高時速的2倍。

現行高鐵列車與地面軌道摩擦力很大，而磁浮列車則是飄浮在空氣中，運行上沒有阻力，「甚至在真空環境下，速度更是可望飆到1,000多公里，就像是地面上的飛機。」王立民興奮地說道。

其實，非常溫超導體早就應用在醫療領域的核磁共振，以及IBM量子電腦裡面最重要的核心元件量子位元（qubit）。中研院物理所副研究員莊天明舉例，光是量子電腦所需的冷卻設備，一台就上看100萬美金，若能無須外加降溫設備，就能大幅降低製造成本，造福人群。

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