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2023.08

【康吉森觀察】常溫壓超導 | 第四次工業(yè)革命的新曙光？

發(fā)布者：康吉森股份瀏覽次數：2193

一周前，韓國科學家團隊宣布合成了全球首個溫常壓超導體LK-99，立刻掀起全球爭先報道。接踵而至的是眾多各國科研團隊紛紛加入復現LK-99常溫壓超導的實驗，一時間科技圈風起云涌，說法不一，溫常壓超導體是否已成為現實？LK-99超導性究竟能否復現成功？成為當下最受關注的話題。

與科技圈的翹首以待不同的是，金融領域率先開啟了“超導模式”。永鼎股份、創(chuàng)新新材、百利電氣、中孚實業(yè)、東方鉭業(yè)、精達股份等超導概念股，開盤觸及漲停。甚至有人認為，常溫壓超導的證實無異于開啟第四次工業(yè)革命，將為人類的工業(yè)開啟新紀元。那么，常溫壓超導到底是什么？它又將對當前的工業(yè)自動化領域帶來什么樣的影響呢？

【零電阻·能源傳輸的終極夢想】

從某種角度講，人類科技的發(fā)展歷程就是人類運用能量的發(fā)展歷程。蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫甚至以此為核心定義出宇宙文明的七個定級。

人類對能量的運用始終圍繞兩大課題，第一是能量從何而來，第二是能量如何傳輸。對于第一點，人類的終極夢想是發(fā)明“永動機”，目前最有可能實現的是可控核聚變；對于第二點，人類的終極夢想是就是發(fā)現常溫壓“超導體”。

自第二次工業(yè)革命以來，電力的廣泛應用和發(fā)展成為推動工業(yè)化和現代化最重要動力。然而，電力在傳輸中會面臨導線電阻等帶來的損耗。在我國，每年有5%左右的電力在遠距離傳輸中遭到損耗，而這一數據在農村電網中的損耗則會更多。全球范圍內每年的電力損耗在數百到數千億千瓦時之間。

如果能有一種導體能夠實現“零電阻”，那么就意味著電力傳輸中將不再有損耗，這顯然將帶來巨大的經濟效益和環(huán)境價值。而這種“零電阻”的物質，則被稱作超導體。

嚴格意義上講，超導體并非是一種新物質。早在1911年，荷蘭物理學家?？恕た┝志桶l(fā)現了汞的超導現象。他在實驗中發(fā)現，當汞的溫度降至-268.9°C（4.2K）以下時，電阻突然消失。隨后在德國物理學家威廉·邁登和羅伯特·奧肯、約翰·巴丁和約翰·巴丁、蘇聯物理學家康斯坦丁·亞歷山大羅維奇·穆拉延斯基、康斯坦丁·穆拉延斯基和亞歷山大·奧格爾尼科夫、日本科學家鈴木義人等眾多科學家和科研團隊先后發(fā)現了鉛、鉭、氧化銫釔鋇銅氧、氧化鐠鋇銅氧、氧化鑭鋇銅氧等物質的超導特性。然而遺憾的是，這些超導特性的成立均需遠超自然的特定環(huán)境。比如氧化銫釔鋇銅氧的超導性要求超高溫，氧化鑭鋇銅氧的超導轉變溫度臨界點高達40K。這意味著如果想實現這些已發(fā)現的超導體的超導特性，則需要持續(xù)消耗更大的能量來創(chuàng)造特定的物理環(huán)境，如此一來，便得不償失了。

LK-99的轟動之處便在于韓國科研團隊宣稱LK-99實現了常溫常壓狀態(tài)下的超導特性。如果LK-99最終被證實，那么意味著人類第一次不再需要為電阻產生的電力損耗而發(fā)愁，意味著全球能源結構將迎來再一次大洗牌，意味著在能源、交通、醫(yī)學、工業(yè)自動化等諸多領域帶來顛覆性的影響。

【超導體·流程工業(yè)的點金石】

流程工業(yè)是一種基于工藝流程的產業(yè)形態(tài)，以連續(xù)流程生產為主要特征，涉及到原材料、能源的輸入和生產過程中的化學反應、物理變化等過程最終產出成品或產品的工業(yè)。流程工業(yè)廣泛應用于石油化工、化學工業(yè)、能源生產等領域，對物質的輸送、化學反應、熱力學、能源利用等多個方面有著嚴格的要求。

一旦常溫壓超導體得以實現，整個流程工業(yè)極有可能用來升級重塑。

首先在工業(yè)軟件領域，超導體的零電阻和磁場特性必然催生更加高性能的電動機和發(fā)電機，這對工業(yè)自動化軟件的控制和監(jiān)測需求將提出前所未有的新要求，催生新的市場空間。軟件對基于超導的新型傳感器的數據采集、分析、優(yōu)化需要更清晰的底層模型。超導體技術的應用可能涉及到復雜的磁場和電場模擬。工業(yè)軟件需要增加利用虛擬仿真技術來模擬超導體系統(tǒng)的運行情況，幫助工程師在設計和優(yōu)化階段進行預測和驗證。

在生產階段，以石油化工領域為例，安全控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)將發(fā)揮更大作用。比如，超導體技術在石油化工領域的安全控制系統(tǒng)中可以用于產生強大且穩(wěn)定的磁場，可以用于控制和操控流體和反應過程，從而實現更精確的控制和更高效的安全控制；超導電纜有助于提高電力傳輸的效率和穩(wěn)定性，從而增強石油化工設施的安全性。超導體傳感技術在安全控制系統(tǒng)中可以用于實時數據采集和監(jiān)測。超導傳感器可以測量溫度、壓力、流量等關鍵參數，幫助監(jiān)控設備和工藝的運行狀態(tài)，及時發(fā)現異常并進行安全控制。磁懸浮技術可以用于實現無接觸懸浮運行的設備和工具，減少操作人員的接觸風險。磁阻抗斷路器有助于防止設備過載和故障，保護石油化工設施的安全運行；超導磁體可以產生強大的磁場可以用于石油化工反應器的溫度控制和穩(wěn)定，防止過熱和反應失控。

超導體同樣將對工業(yè)自動化的硬件設施產生巨大影響。最直接的一點便是超導體技術將開創(chuàng)閥門領域閥門控制和流體測量的新時代?；诔瑢w的高性能的電磁閥和電動執(zhí)行器具有零電阻和高電流密度特性，能夠提供更強大的控制力和更高的響應速度，從而實現閥門和執(zhí)行器的精確控制；磁流體閥門實現對流體的無接觸控制；磁敏傳感器、超導磁阻斷路器、超導電纜等對工業(yè)自動化底層硬件設施的監(jiān)測、保護和降本增效帶來切實且長遠的作用。

【創(chuàng)新·工業(yè)發(fā)展的永恒支點】

中國的工業(yè)自動化進程并沒有經歷像西方工業(yè)革命那樣的階段性演進，而是工業(yè)現代化和信息化相互交織，同步推進。這一發(fā)展現狀決定了我國的工業(yè)自動化企業(yè)必須同時吸收和利用第二次和第三次工業(yè)革命帶來的成果。

同樣，常溫壓超導體（如果最終被證實）的實際影響也將首先體現在對既有的工業(yè)材料革新、工業(yè)數字化的促進作用。

比如，超導體可以用于高密度的電能儲存，提供更有效的能源儲存解決方案，有助于實現工業(yè)能源的數字化管理；超導體技術可能產生更大規(guī)模的數據，對于工業(yè)數字化轉型而言，其技術的應用將促進工業(yè)數據的高效處理和分析，幫助企業(yè)更好地進行生產優(yōu)化和決策支持；工業(yè)物聯網中的應用可能會增加大量傳感器數據。這些數據將用于監(jiān)控和優(yōu)化生產過程，實現智能制造和遠程監(jiān)控，而這也將同時對現有的網絡安全提出更高的要求。所以，至少從現階段來看，

常溫壓超導體將加速工業(yè)數字化、數智化轉型的到來而非另立門戶。