【產業趨勢】LK-99吹起全球能源聖杯瘋　常溫超導體掀第4次工業革命

發布時間：2023/9/2 06:58

被譽為能源聖杯的常溫超導體，有機會成為人類發展核融合發電、量子電腦、磁浮列車等應用的一大助力。圖為磁浮列車。（翻攝中華人民共和國中央人民政府官網）

圖文／鏡週刊

前韓國一篇全新超導材料LK-99橫空出世的論文，讓常溫超導體再度引發全球熱議，被市場譽為「能源聖杯」的LK-99雖已被證實是場美麗的誤會，但本刊走訪多位超導體專家，全認為已存在百年的超導體，在傳輸時不會損耗電力，且具有儲存電力與抗磁性等功能，被視為開發核融合發電、磁浮列車、量子電腦等科技產品的利器。「如果有人能夠攻破常溫常壓超導，並最終實現商業化，這巨大價值很可能啟動第4次工業革命。」專家們說。

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超導體小辭典

超導體（Superconductor）為一種特殊材料，能讓「電阻為零」，且呈現「完全抗磁性」現象。而要驅動這2個能力，需要在攝氏零度以下的環境進行，故在設計上必須配備一套冷卻系統，因而大幅墊高設計成本、限制應用的多元性，因此各界加足馬力研發常溫超導體的技術。

2023年7月22日，韓國科學家在arxiv網站發表「第一個常溫常壓超導體」論文，宣稱改良過的鉛——磷灰石結構開發出全新超導材料LK-99。消息一出，猶如平地一聲雷引起各界關注，甚至一度掀起全球股市波瀾。但隨著各國實驗結果出爐，發現這項南韓所宣稱的「常溫超導體」竟是一場美麗的誤會，但也令人好奇，究竟常溫超導體在夯甚麼？

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全球首位發現高溫超導體的物理學家朱經武（右）表示，超導體若能在常溫下運行，將引發下一波工業革命。（翻攝休士頓大學官網）

本刊特地越洋連線在美國休士頓大學德州超導中心任職、全球首位發現高溫超導體的物理學家朱經武教授，取得他的第一手說法，「超導體已有百年歷史，擁有零電阻、完美抗磁性等能力，不僅能解決能源問題，更能用在醫療、磁浮列車、量子電腦等不同領域。」

商業化　卡在需低溫

朱經武向本刊解釋，「當時看到這篇（韓國LK-99常溫超導）文章，一開始我還以為是AI（人工智慧）寫的，不知道是真是假。」朱經武以一種充滿期待、驚訝又略帶開玩笑的口吻回應本刊。「仔細觀察這項報告在電阻、電流與磁懸浮等諸多指標，超導的結果非常不全。」朱經武說。

韓國公布的常溫超導材料LK-99，雖被各國證實是場美麗的誤會，但不影響各界積極挖掘這場超導夢的步伐。（翻攝維基百科）

「若在常溫下能運行超導體，就毋須配備冷卻系統，更沒有降溫氣體取得問題，勢必能開啟更廣泛的多元應用，將會帶動下一個（第四次）工業革命。」朱經武一語點出這次掀起話題的常溫半導體，之所以備受期待的關鍵。

如何讓超導體在常溫常壓下運作，一直是科學家長久以來的夢想。不過，經過全球許多科學家不斷地努力，現階段仍只能停留在低溫／高溫超導領域。對此，台大物理系教授王立民務實地說道：「這（超導體）是我們的夢想，但常溫超導體我連作夢都不敢想。」

「超導體商業化的一大問題，是必須要在極低溫下才能發揮材料特性。」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攝氏零下269度，才能發揮超導效應；至於朱經武教授的高溫超導體，雖號稱高溫，但時至今日也得用液態氮降溫至攝氏零下140度。

零電阻　碳排大減量

「氦氣（形成液態氦的主要元素）很貴，尤其現在我們在美國都買不到，只能定時分配，因為我們（超導）中心比較大，才給我們面子供貨。」朱經武感嘆地說道，不難看出氦氣取得的困難。

被譽為能源聖杯的常溫超導體，有機會成為人類發展核融合發電、量子電腦、磁浮列車等應用的一大助力。圖為核融合發電。（翻攝NASA官網）

據了解，一公升的氦氣約新台幣1,000多元，是氮氣（液態氮主要元素）的60倍。王立民向本刊分析，現行超導體受到溫度限制，皆配備冷卻系統，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。

LK-99雖然被各國證實是場美麗的誤會，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？

超導體應用若能普及，將改變能源產業生態，因為超導體應用最早就是用於超導電纜，作為電力傳輸。

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，電力從電廠傳輸到家裡，過程中會損耗15到20％，損耗時也會產生不少的熱，但由於超導體零電阻的特色，能讓電力傳輸的損耗降為零，從而有更多電力能加以運用，成本、碳排放都能大幅減少。

這也意味著，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取代，筆電、手機、電動車的電池壽命也能延長。

磁浮飆　時速逾千里

有「能源聖杯」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，高溫下的電漿目前沒有材料可以承載。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，就不需外加能量或低溫冷卻系統，即可以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。

被譽為能源聖杯的常溫超導體，有機會成為人類發展核融合發電、量子電腦、磁浮列車等應用的一大助力。圖為量子電腦。（翻攝IBM官網）

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兩倍。

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中，運行上沒有阻力，「甚至在真空環境下，速度更可望飆到1,000多公里，就像是地面上的飛機。」王立民興奮地說道。

超導體的應用早就出現在日常生活中，核磁共振設備裡面就隱藏了一顆超導磁鐵。（翻攝飛利浦官網）

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）。專家指出，未來若不需仰賴零下200多度的降溫設備，就能發揮超強磁場，可大幅降低製造成本。

美日中　列發展重點

「常溫超導體的發現，具有很大的商業意義，可以賺大錢！」先前羅徹斯特大學狄亞斯（Ranga Dias）發表接近常溫的超導技術，朱經武引用狄亞斯本人說法，當時他取得創投3,500萬美元（約新台幣11億元）投資，後來狄亞斯將金額降到2,500萬美元（約新台幣8億元），甚至改口不提金額，不難看出各界對常溫超導的期待。