TerraPower 泰拉能源：比爾·蓋茲的核能革命
嗨👋🏻 我是 Andy CY
「如果你只能選擇一樣東西去降低價格－減少貧困－我們應該選擇能源」Bill Gates
想像一個核能是安全、乾淨且成本合理的未來，這就是 TerraPower 泰拉能源想像的世界，一間由比爾·蓋茲 Bill Gates 成立的核能公司，為了解決人類有史以來最大的生存難題：氣候變遷
談到核能發電領域，一般人第一直覺反應是「危險」，歷史上車諾比事件、三哩島核子事故、日本福島核災怵目驚心的畫面都歷歷在目，但這些並不全是核能發電的問題，一個很少人知道的事實－其實現在世界上正在運轉的核能電廠，多數都是舊時代的產物，設計與建設於 1960-70 年代的技術水平，甚至還在類比電腦的年代，而不是使用現代電腦設計出來的，核能是世界上創新突破最少的領域之一，而 TerraPower 泰拉能源目標就是成為核子能源發展上的創新顛覆者。
在這期的內容將涵蓋：
- TerraPower 泰拉能源的成立起源
- 為什麼要獨立成為一間公司？
- TerraPower 的願景與商業模式
- 2006-2015 年－概念驗證階段
- 行波反應爐 TWR, Traveling wave reactor
- 2015-2019 年－國際合作階段
- 十年磨一劍－中國計畫
- 川普上台，地緣政治影響
- 2020-2025 年－Pivot 轉型階段
- 重新再出發－Natrium 反應爐
- 懷俄明州計畫 Wyoming Project
- 如履薄冰的未來
- 結語：企業家野心時代
TerraPower 泰拉能源的成立起源
TerraPower 的誕生始於 Intellectual Ventures (簡稱 IV)－一間由前微軟技術長納森·米佛德 Nathan Myhrvold 創立的知識產權公司，原先只是一場內部的討論會議，但在會議上能源挑戰意外吸引了比爾·蓋茲的注意力，開始與科學團隊討論能源產業的潛在創新可能，在 IV 內部進行的討論慢慢形成了一個願景，希望開發下一代更安全、更少核廢料、更高使用效率的核能技術，以滿足全世界不斷增長的能源需求。
這個願景讓 TerraPower 在 2006 年正式從 IV 旗下的技術資產，轉變為一家獨立公司，由比爾·蓋茲 Bill Gates、前微軟技術長納森·米佛德 Nathan Myhrvold、核能專家約翰·吉爾蘭德 John Gilleland 共同創辦，全力投入於創新核能技術的開發。
為什麼要獨立成為一間公司？
Intellectual Ventures 是技術專利產權公司，IV 的營運模式是投入技術開發、建立專利產權保護、將專利產權以高昂的授權金提供給其他公司使用，這個專利包租公的營運模式讓 IV 經常與其他公司陷入知識產權訴訟，IV 在科技圈惡名昭彰，有美國媒體更是以科技黑幫來形容這間公司。
既然 IV 這間公司只是透過「研發需求」來盈利，那為什麼不把核子技術的專利授權給其他核能公司，而是要讓 TerraPower 成為一間獨立的公司呢？
主要考量是技術創新的特性，當時 TerraPower 想探索的方向是行波反應爐 TWR, Traveling wave reactor 新型態核能反應爐的創新，這個技術太創新了，發展上還不夠成熟，還需要更多大量的數據模擬、技術研發投入，對於現有的核能公司而言，多半不願意再這麼早期就冒險投入。
同時，比爾蓋茲對於氣候變遷非常重視與投入，單純把技術專利授權給其他公司並無法保證技術的實質發展，親自成立一間公司更能確保發展方向，同時也可以從上至下建立起公司文化，從相信願景的投資人到專門的技術團隊，更好整合理論研究、技術開發、實際落地的資源配置，因此最終 TerraPower 成為一間獨立公司。
TerraPower 的願景與商業模式
TerraPower 的公司使命是「利用核子技術解決全世界最艱難的能源、氣候問題」，商業模式就是投入核能技術開發，建設與經營核能發電廠，將電力能源販賣給電力公司，這是一個非常重資本投入的行業，就像是 SpaceX 在早期投入火箭技術研發一樣，在真的成功把火箭射上天、安全返航之前，公司沒有任何主要營收來支持營運，TerraPower 必須從最基礎的理論研究開始，一步步驗證概念，設計出可行的核能發電廠，並且完成建設、啟動營運才會開始有收入，這是一條非常漫長的道路。
Image Source: GeekWire
2006-2015 年－概念驗證階段
從 TerraPower 於 2006 成立後，第一個 10 年的目標是開發行波反應爐 TWR (Traveling wave reactor) 技術，行波反應爐 TWR 是一種新型核能反應爐，當時行波反應爐 TWR 技術尚不成熟，仍需要大量的研究與技術開發資本投入，透過實驗數據模擬來驗證行波反應爐 TWR 的設計可行性，TerraPower 的前 10 年就是在做技術開發驗證。
行波反應爐 TWR, Traveling wave reactor
行波反應爐 TWR 技術總結懶人包：可以使用核廢料發電，發電效率高，浪費資源少
傳統核能反應爐使用核燃料的效率很低，就像是在燃燒一根蠟燭，只有最頂端會被燃燒到，一般傳統核能反應爐中的核燃料 - 濃縮鈾只有少於 5% 會真的被使用到，但剩餘 95% 的燃料棒也會受到放射線照射，造成大量的核廢料（精準術語為核乏料，但為求方便一般人理解直接以核廢料代稱）。
但其實核廢料是有分級的，又分成是高階核廢料、低階核廢料，高階核廢料雖然已經經過核能發電使用，但並非完全不能再次使用，高階核廢料仍然可以轉變為發電材料，這就是行波反應爐 TWR 的重點，將原本已經被視為核廢料的東西，轉變為新的核能發電原料。
同時，行波反應爐 TWR 的設計讓使用核燃料的過程更有料率，從中心點往外擴散，像水波一樣，讓周圍的高階核乏料也轉變為燃料使用，就像是小火慢燉的感覺，逐步讓周圍的核燃料都被使用到，這種作法可以讓核燃料的使用效率從傳統的 5% 提升至 80%，顯著減少核廢料的產生。並且傳統核能反應爐需要一直更換核能燃料棒，約 18-24 個月就需要更替，但行波反應爐 TWR 可以運轉超過 50 年才需要更換燃料。
在使用效率提升、更換燃料頻率降低的加成下，行波反應爐 TWR 可以降低 85-90% 的核廢料，讓原先需要數千年才能完成的輻射循環，降低到數百年即可完成。
Image Source: TerraPower Official Website
2015-2019 年－國際合作階段
十年磨一劍－中國計畫
核能電廠的建造是一個非常依賴規模經濟的產業，如果你只能建造幾個核能發電廠，經濟效益絕對無法覆蓋開發成本，TerraPower 需要找到一個國家願意大力支持新核能電廠的建設，中國成為 TerraPower 選定優先試驗行波反應爐 TWR 的理想國家。
經過 9 年的談判，中間比爾·蓋茲不斷往返美中兩國，拜訪了中國最大的核電站工程及營運公司－中國核工業集團（簡稱中核集團）、原子能科學研究院等，與各個政府單位、官員協商討論，機會窗口終於在 2015 年出現。
煤炭一直是大多數開發中國家的能源重度依賴，也長期是中國能源的重要骨幹，但 2015 年中國的經濟正經歷增速放緩，導致整體產業的能源需求降低，加上煤炭長久以來的環境問題，中國想向國際社會釋出他們正在為全球暖化努力的形象，讓中國煤炭產量在 2015 年發生 10 年來第一次減產，創造了中國能源轉型的機會窗口。
當時中國政府正積極發展新能源、再生能源產業，政府對於建造新核能發電廠抱持積極的態度，希望大幅提高核能的能源佔比，相比於歐洲已經有成熟的核能工業與數量眾多、已在運轉的核能電廠，中國更願意建造新的核能反應爐。並在核工業環境評估、安全政策上，比其他國家給予更大的支持力度，在經過長年的耕耘下，最終在 2015 年習近平訪美的行程中，習近平與比爾·蓋茲進行了一場私人會議，終於確定了中國的合作意願。
2015 年 TerraPower 在中美兩國政府的指導和支持下，與中核集團簽署了合作意向書，雙方於 2017 年成立了合資公司 (Joint Venture)，預計在福建省建設行波反應爐 TWR，整體工程時間預計從 2018 年開始動工，並於 2025 年完工，這個合作案也將作為行波反應爐 TWR 首次的概念驗證項目。
Image Source: next big future
川普上台，地緣政治影響
正當一切往好的方向發展，好巧不巧川普在 2017 年入主美國政府，並與中國開始了一系列的貿易戰攻防，在地緣政治的影響下，美國能源部於 2018 年公佈了《美國對華民用核能項目合作政策框架》，限制了 TerraPower 將美國的核能技術應用於中國，長達數年的技術開發、商業談判、政府遊說的努力就這樣付諸東流，與中國的合作案在 2019 年正式叫停。
在中國合作案中止後，TerraPower 遇到了營運資金緊縮的挑戰，不得不在 2019 年裁員 15% 以縮減開支，並且考量核子技術出口的難度，以及美國政府開始大規模補助基礎建設開發、加強能源安全性的浪潮，TerraPower 選擇將發展重心重新移回美國。
2020-2025 年－Pivot 轉型階段
TerraPower 在投入超過 10 年行波反應爐 TWR 開發後，認為仍有許多技術難關尚待突破，因此TerraPower 決定做策略性軸轉 (pivot)，選擇技術可行性、落地性都較高的 Natrium －鈉冷快中子反應爐作為新的發展方向。
可以理解原先的行波反應爐 TWR 是要在燃油車的時代，打造出一輛純電的汽車，但是因為創新難度太高，因此 TerraPower 選擇退而求其次，決定改在既有的燃油車上做優化設計，打造出了油電混合車。
重新再出發－Natrium 反應爐
Natrium 技術總結懶人包：發電效率更高，可以儲存能源，整體更安全
提高核能發電效率
傳統的核能反應爐使用的是高壓水作為媒介，作為核分裂連鎖反應的載體，當核分裂連鎖反應發生時，會產生大量的熱能，提高水的溫度，由高壓水作為熱能的載體傳送到蒸汽機發電，這個過程中因為高壓水的沸點約為 300 度，故在輸送熱能的上限就是 300 度，形成核能發電效率的上限。
Natrium 的新型態核能反應爐使用的是液態鈉 (Sodium) 作為載體，液態鈉在促進核分裂連鎖反應的效果更好（快中子反應爐設計），同時液態鈉的沸點是 882 度約為高壓水的 2.5 倍，也使得熱能傳送的上限更高，創造出更好的核能發電效率。
創新能量儲存方式
傳統核能發電廠遇到的問題是，核分裂連鎖反應無法暫時停止，因此在產生的能量上是固定的，但實際上人們使用能源的需求不會一直是固定的，會有上下波動的情況，因此當能源需求下降時，傳統核能發電廠能做的方式就是降低核分裂連鎖反應的效率，加入一些阻擋核子的控制棒，物理控制讓核分裂連鎖反應稍為放慢一點，這種作法簡單來說只是在浪費燃料，故意讓燃料使用的效率下降。
Natrium 的儲能設施以熔鹽 (Molten salt ) 打造，讓發電過程中產生的能量，能夠暫時被儲存在熔鹽中，當能源需求下降時，不用刻意減緩核分裂的連鎖反應，可以繼續維持燃料使用的效率，將多餘的能量儲存起來，當能源需求上升時，再從儲存設施中釋放，這概念就像是為核能電廠加上一個充電電池，在有能源剩餘時先將電池充滿電，當需要使用時再優先從電池取得能源，平緩能源需求的波動。
被動安全保護機制
Natrium 比一般傳統核能電廠有更高的安全性，首先使用液態鈉在運作溫度上遠超過水的沸點，Natrium 的設計也是在一般大氣壓力條件下運作，不需要特別加壓，這些都讓 Natrium 比傳統的水冷方式有更大的安全範圍，在安全性更具有彈性，同時熔鹽儲能設施也提供了發電廠緩衝空間來應對突發狀況。
在系統設計上，傳統核電廠的設計需要很多控制器、裝置主動介入來維持安全，所有電廠最害怕的就是電力中斷，一旦電力中斷，核電廠的冷卻裝置就無法運作，高溫高壓的反應爐就成為了一顆無法控制的炸彈，而 Natrium 新型核電廠則採用了完全不同的設計思路，Natrium 依靠單純物理力量來控制安全條件，如利用設施的重力、自然對流來進行冷卻，使得就算今天電廠完全斷電、無法控制操作，Natrium 系統也會自行調節控制，這些設計都讓 Natrium 比傳統核電廠更為安全。
Image Source: TerraPower Official Website
懷俄明州計畫 Wyoming Project
TerraPower 在 2020 年與美國能源部 (Department of Energy) 達成合作協議，美國能源部將透過先進反應堆示範計劃 （ARDP） 向 TerraPower 提供資金，以 50/50 的比例共同出資建設 Natrium 項目。
TerraPower 選擇了美國傳統煤炭能源大洲－懷俄明州 (Wyoming) 作為 Natrium 的首個建設地點，並在 2024 年 5 月向美國核能管理委員會 (U.S. Nuclear Regulatory Commission) 遞交了施工許可申請，TerraPower 成為第一家向 NRC 遞交商用新型核設施的公司，整體工程已於 2024 年 6 月開始動工，目前施工進度優先施作不需要審核的儲能區域，預計核反應爐的申請許可將於 2026 年 12 月獲得批准，屆時核能反應爐便能接續動工。
整個 Natrium 項目成本預計約為 40 億美金，由美國能源部分擔一半 20 億美金的成本，TerraPower 自行募資負擔另一半 20 億美金，預計於 2030 年啟動運轉。
TerraPower 在 2022 年完成了 830 Millions 美金的股權募資輪，本輪融資由 SK Inc. 、 SK Innovation（統稱為“SK”）以及比爾·蓋茨共同領投，其他投資者包括鋼鐵公司 ArcelorMittal、現代重工集團、韓國造船與海洋工程公司 KSOE，本此募資的目標就是為開發 Natrium 計畫所準備。
Image Source: The New York Times
Image Source: Wyoming Public Media
如履薄冰的未來
核能產業的規模經濟依舊是最關鍵的議題，TerraPower 在懷俄明州的 Natrium 項目非常重要，如果可以證明新型液態鈉核能反應爐可行，便有機會大規模拓展到美國的其他州或是其他國家，開始規模經濟的拓展飛輪，為整體能源、核能產業帶來新變革，就像是 SpaceX 在 2008 年成功發射 Falcon 1 後，證明了火箭回收技術的可行性，讓 SpaceX 拿下 16 億美金的 NASA 合約，才站穩腳跟發展至今。
TerraPower 從創立至今，大約共募集了 10 億美金的民間投資，比爾·蓋茲在 2024 年接受 NPR 訪談時提到，考量核能議題的複雜度，一般大眾、投資人較難完全理解公司營運的細節，因此 TerraPower 目前並沒有公開上市 (IPO) 的計畫。
TerraPower 還需要等到懷俄明州的 Natrium 項目於 2030 年正式營運後，才會開始創造營收，但若 Natrium 項目最終不幸延後、甚至失敗的話，將需要繼續投入龐大的技術開發成本，政府、社會對於核能項目失敗的態度，也可能讓得來不易的信任產生裂痕，屆時 TerraPower 是否有資本、信譽繼續在這條道路上前行，仍有許多不確定性等在前頭。
結語：企業家野心時代
近年來，我們可以看到一個很有趣的趨勢，過去被視為政府專營的產業－太空探索、核子能源，這些資本投入高、開發時間長、高風險的投資項目，以前都是政府公營事業的領域，近幾年都開始有民營公司加入，並成為行業的顛覆者
隨著現代科技進步、技術成本降低是很重要的原因，讓投入創新的門檻下降了，同時私募基金、創投、資本市場制度的健全也為這些項目開啟了新的資金來源，但我認為還有一個很關鍵的因素，就是這些科技巨頭、億萬富翁更願意站出來發表自己的想法、價值觀。
以前的時代，我們很難看到知名企業的領導者出來公開發表個人想法，他們一般都距離社會很遠，但近年來美國的企業家、投資者越來越流行站出來發表個人言論，透過社群平台、Podcast 訪談等方式，大談個人的理想與目標，甚至直接進入政府體制，從內而外進行改革創新，我認為這些從資本世界出身的商人，或許會成為一股新的力量推動政治創新。
如果有什麼想法靈感，歡迎到 Patreon 留言跟我交流，若你喜歡這期的內容，歡迎邀請朋友一起訂閱《變革成長指南》！
