ANO Nuclear Energy Inc. 引领微型核反应堆创新

上图：两种 NANO 微反应器均设计为适合标准 ISO 集装箱

NANO Nuclear Energy Inc由 Jay Jiang Yu 创立，其成立源于人们对核能兴趣的重新燃起。部分原因是人们认识到对风能和太阳能等可再生能源的投资正在下降，同时也认识到工业脱碳的指令即将出台，而唯一的解决方案就是核能。

詹姆斯·沃克是这家新兴企业的首批员工之一，他曾是核物理学家和工程师，他清楚核工业的准入门槛很高，而且资本密集度很高。尽管如此，他解释道：“经过进一步分析，我们很快意识到，我们认为最具潜力的领域实际上不是小型模块化反应堆等较发达的领域，而是微型反应堆领域。这是因为即使你一年可以制造 10 万个微型反应堆，但仍然无法满足它们可能产生的需求。”

沃克认为，微反应堆可以将核能部署到以前没有核能的地区，事实上，除了柴油之外没有其他能源。偏远社区、军事基地、救灾区、偏远工业区、采矿项目、石油和天然气项目以及海上船舶等市场都在考虑范围内。正如沃克所说：“客户数量不断增加。”

然而，除了明显的市场机会之外，技术因素也发挥了一定作用。“我们对这个领域感兴趣的另一个原因是，该领域的发展水平远不及 SMR。没有获得许可的微型反应堆公司，甚至没有一家公司正在申请许可。我们认为，只要有合适的团队和合适的公司结构，我们就能获得适当的融资，我们实际上可以很快进入这个领域，”沃克解释说。

在决定进入微反应器领域后，NANO 迅速联系了两个世界领先的著名研究团队。一个来自加州伯克利大学，另一个来自英国剑桥大学。“我们对客户真正想要的东西做了一些分析，发现没有人愿意购买反应堆，没有人愿意运行反应堆，也没有人愿意在反应堆报废后处理它。我们意识到，如果我们拥有反应堆，我们就会运营它，我们只出售能源，这实际上是一种每个人都可能感兴趣的商业模式，因为在偏远地区，柴油的成本实际上非常高，”他补充说，每天、每周或每月运送燃料的物流成本比燃料本身的成本高出很多。相反，微反应器只需运行 15 或 20 年，无需燃料供应或其他密集的后勤支持。沃克解释说：“如果我们与某个矿山签订了为期 15 年的合同，我们就可以算出需要花费多少成本，然后我们可以随着时间的推移缩减资本成本，并实际上开始降低这些地区的柴油成本。”

有效地建立了业务框架之后，这反过来又为实质性的设计元素提供了信息：“一旦我们有了这种商业模式，我们就知道我们必须让微反应堆非常便携，它们必须采用被动冷却以使其更加安全，它们必须具有很少的机械部件，不需要太多人员，并且它们必须能够通过公路、轮船或火车运输，这样你就可以非常轻松地将它部署到任何地方。

反应堆设计基础

鉴于商业模式的限制，两个技术团队的设计起点是相同的指导方针，但两个团队都提出了新颖的解决方案。对于来自伯克利大学的宙斯团队(ZEUS 是他们的反应堆的名称)来说，他们的解决方案是完全去除冷却剂，取而代之的是实心堆芯。在这种情况下，利用热传导将铀的热量转移到堆芯外围，然后正常的空气循环将热量从堆芯外围带走以供使用。“这几乎是制造反应堆最简单的方法，”沃克说，并补充道：“我们甚至称之为核电池，因为我认为你不能再简化了。”

上图：NANO 核能 ZEUS 反应堆

与此同时，剑桥大学的 ODIN 团队想出了另一种方法。“他们更多地考虑部署更商业化的产品，因此他们希望使用技术就绪程度更高的技术，包括现成的组件、已知燃料和已知技术，这样许可就会非常容易。”

他们的解决方案是利用热对流的太阳盐，同时使用自然循环来散热。“同样，这是非常简单的方法，而 ODIN 的好处实际上是它在较低的温度下运行，热应力较小，而且制造成本低廉，”沃克指出。

上图：NANO Nuclear 团队设计的 ODIN 反应堆

对于这两座反应堆，由于输出功率相对较小，因此在等容器尺寸内仍有大量空间，这是主要的尺寸限制，这使得涡轮机等外围系统可以包含在标准集装箱装置内。两台机器都运行布雷顿循环涡轮机，支持紧凑设计。“在 100° 以上运行水冷反应堆意味着需要高压，这会导致更复杂的安全案例和更长的许可期。如果像 ODIN 一样使用太阳盐，则可以避免这些问题，因为盐的沸点显然要高得多。如果你能移除增压器，反应堆就会进一步缩小，而在 ZEUS 反应堆上，他们的解决方案是完全移除冷却剂，”他说。沃克还指出，剑桥大学深度参与了航空母舰涡轮机的研究，这使得 NANO 能够开发自己的优化涡轮机，以适应将与它们一起安装的两种反应堆设计。

虽然两座反应堆的设计理念截然不同，但沃克坚信这是正确的方法：“我们现在可以设想这样一种情况，尽管我们组建了两座反应堆团队来降低风险，从而获得两种成功模式，但两座反应堆最终却具有很强的互补性，因为 ODIN 制造成本低，可以很容易地进行大规模生产和部署，而 ZEUS 的工作温度更高，更适合用于工业工艺热等方面。出于这个原因，我们仍在同时追求这两种方案，”他说。

此外，两支团队还具有其他优势，正如 Walker 所解释的那样：“技术团队实际上可以互相帮助，并在我们进行过程中互相审核，以进行健全性检查。如果是热交换器工作之类的工作，两支团队都可以从中受益，那么他们实际上可以传递其中一支团队所掌握的知识。有时我们会将工作结合起来，即使进行两种不同的设计有很大的好处。”

设计方法的一个关键部分是争取监管部门的批准和许可，NANO 从一开始就采取了实质性措施与监管机构进行接触。“我们一直在寻求改进、开发和完善我们已有的产品，但我仍然认为，在微反应堆领域，就推出商业产品而言，我们确实处于领先地位，因为我们已经预见了监管要求以及如何围绕这些要求进行实际设计，而且我们也非常透明。我认为我们是唯一一家向政府付费让工程团队对我们的反应堆进行拆解、查看并向我们提供反馈的微反应堆公司，”沃克说。

沃克表示，这两个反应堆的设计都经过了爱达荷国家实验室的深入审核，主要就是出于这个原因。“这种外部验证和意见实际上非常有用，”他说，并指出这些工程调查的结果会被纳入许可文件中。

剑桥大学一直致力于 ODIN 反应堆的研究，该团队的技术成熟度更高，目前已完成设计以及所有相关的计算机建模和概念设计工作。现在他们开始建造试验台，用于模型验证，并提供许可流程所需的数据。“剑桥团队已经设计了试验台，他们正在组建团队，因为现在团队需要大规模扩充。我们已经在寻找试验台反应堆的选址，但现在我们可以建造初始试验台来验证模型，然后我们将不得不再次建造几乎相同的试验台，但使用的是核材料，”沃克解释说，并补充道：“我们希望在今年晚些时候的初步土地准备工作中启动这项工作并最终确定选址，我们计划明年开始购买核材料，然后进行核试验，以生成获得许可所需的最终数据。到那时，我们基本上已经准备好完成该流程来生产该商业产品。”

上图：环形线性感应泵 (ALIP) 技术是 ODIN 微反应器的关键支持技术

一旦获得授权，NANO 计划立即进入市场并开始向客户群供货。正如 Walker 所说：“大型矿业公司、军队和岛国都对我们感兴趣，因为他们正在寻找更清洁、成本不像柴油那么高的解决方案。”

应对商业风险

NANO 核能战略的一个关键主题是解决商业风险。沃克观察到：“我认为 NANO 很快就与竞争对手截然不同，因为当我们试图降低最终产品的风险时，我们意识到由于相关供应链的缺陷，美国在实际建造反应堆方面存在巨大的能力差距。”沃克引用了一些依赖新型燃料开发才能运行的反应堆设计。这个和类似的问题促使 NANO 采取了不同的方法。“我们研究了这个问题，认为‘这是实际开发反应堆的主要障碍’，所以我们与能源部和国家实验室讨论了这个问题的解决方案。他们相当肯定，如果我们要建造燃料制造设施，例如，它将是美国唯一的 Cat II 设施，它将降低我们项目的风险，但它也会为我们开辟一条不同的业务线，一个新的机会。所以我们就是这么做的。”

通过与业内专业人士和国家实验室合作，NANO 找到了土地并组建了一支技术团队来设计燃料制造设施。在燃料制造方面，NANO 计划购买浓缩铀，然后将其制造成燃料组件。“目前，美国计划为 HALEU TRISO 建造一座设施，但 HALEU [高含量低浓缩铀] 市场的大部分不会是 TRISO，我们的反应堆也不使用 TRISO，所以这件事必须由我们自己做。在我们开始这项工作时，可能会有机会与一些大公司合作，但我们很惊讶他们自己并没有真正在这个领域发展。我们知道 HALEU 会发生，每个人都在围绕它进行设计，但它本质上仍然是一个备受期待的行业。建造这些设施是一项重大承诺。虽然有大型核燃料企业，但我认为他们中没有多少人在建造微型反应堆或小型模块式反应堆，因此他们不会通过自己构建这些能力来降低自己最终产品的风险。”

显然，许多 SMR 和不同的反应堆设计都在考虑 HALEU，这可能代表着一个市场，也是 NANO 的一个不同的收入来源。“这里的优势在于它正在重建美国的基础设施，但它也为我们提供了一个收入来源，即使在微反应堆部署之前就已经上线了”，沃克说。

他辩称，即使两家公司的反应堆最终都失败了，这种方法也为持续盈利的运营提供了一个模式。“如果有人能在我们之前赢得 SMR 微型反应堆竞赛，那就太好了，因为我们想要做的就是能够为所有人提供燃料。燃料业务将独立于 NANO 的反应堆，但所有 SMR 公司、所有微型反应堆，如果国防部、能源部、国家实验室需要 HALEU，而他们肯定需要，他们需要制造它，这就是我们想要提供的。我们希望让这项业务尽可能广泛地惠及所有人。如果有人想出更好的反应堆，他们这样做其实很棒，因为它具有更大的商业潜力，如果它具有更大的商业潜力，而且他们正在制造更多这样的东西，那么我们就有更多的燃料可以制造。”

这种多元化、垂直整合的商业模式也延伸到了运输领域。沃克解释说，燃料制造业务的工作为 NANO 带来了另一个机会：“我们还意识到，我们需要一种方法来运输商业数量的 HALEU 燃料。我们再次与能源部进行了交谈，我们发现该部门和国家实验室曾资助过一项技术，但资金已经停止。有一项技术只是搁置着，所以我们出去买了它，这让我们在这场创造一种在全国范围内实际运输商业数量燃料的方法的竞赛中处于领先地位。”

最初设计的技术是篮式运输二氧化铀，但 NANO 正在对其进行改造，使其也能运输六氟化铀、氮化铀、氢化铀和铀金属等。“这里的想法是，它需要尽可能广泛地在商业上推广，并运输所有这些不同类型的燃料。所有经过改装的篮式运输系统都将进入一个桶式系统，我们也将拥有该系统的知识产权，”沃克说，并补充道：“这样我们就有了一个完整的运输技术系统。”

沃克再次展望了核运输服务的巨大市场，他说：“假设你有一家浓缩公司，他们生产 HALEU。他们如何将浓缩的 UF6 运送到分解设施?他们如何将其从分解设施运送到燃料制造厂?他们如何将其从燃料制造厂运送到为反应堆加油的客户，或运送到加油的部署地点?所有这些不同的要素都是运输业务要满足的。”他补充道：“很多人都在谈论运输加满燃料的反应堆，然后将它们运走并在需要时重新加油，但这并不意味着如果人们只是在制造厂为反应堆加油并将其运送到部署地点，业务就无法运作。整个网络仍然需要运输，因此我们希望尝试将公司设在这些地区以提供该服务。”

降低燃料运输技术业务的风险还涉及招募 UPS 前全球运营总裁。正如沃克所解释的那样：“这里的挑战是，虽然我们在技术方面相当发达，但我很高兴承认我对经营物流公司的实际业务一无所知。一旦你开始与他们交谈，你就会意识到这样的业务有多么复杂，因此我认为引进更专业的人是必不可少的。”

运输问题也影响了原厂纳米反应堆的设计，这也是降低商业风险的又一举措。在这个例子中，纳米反应堆将与燃料分开运输。沃克解释了原因：“我们之所以不自己使用燃料反应堆，是因为目前除非法规发生变化，否则不允许这样做——你不能通过公路运输临界配置的反应堆。除非发生重大变化，否则法规不允许这样做。这是一个很大的赌注，所以更明智的做法可能是绕过当前法规，而不是希望它们对你有利。”

上图：NANO 的先进燃料运输系统旨在服务日益增长的 HALEU 燃料市场

商业化的后续步骤

沃克承认，要获得设计许可，还有许多工作要做。他说：“通常，处于这一阶段的公司将进行两年的物理测试和演示工作，并可能根据实际反馈对设计进行轻微修改。一旦完成，我们将进入许可程序。当我们完成许可程序时，大约是 2030 年。在获得许可的同时，我们将建造我们的制造设施，看起来我们可能会在田纳西州建造这些设施。我们已经确定了制造业务的土地包，以及燃料制造设施和运输业务的选址。”

无论其微反应堆设计的最终命运如何，NANO 雄心勃勃地发展垂直整合核能初创公司的做法都是新颖的，沃克强调了这一点：“NANO 相当快地实现了多元化，这就是我们真正与众不同的地方。” 他还指出，NANO 的融资安排是它与小型反应堆领域其他核能初创公司的另一个区别。 “我们意识到的另一件事是，如果我们合理构建公司结构，如果我们尽早上市并且规模很小，我们就可以与公众一起成长，避免公司上市时估值很高，而如果估值下降，就很难筹集更多资金的问题。通过这种方式构建公司结构，这为我们提供了未来的融资途径，因此我们可以不断增加资金，因为成本将随着我们的发展而线性增加。这为我们提供了一种保持资金持续的机制。我们之所以与众不同，是因为很多项目都严重依赖政府资金和补助，而这对于长期发展来说并不是一个好策略，因为你不知道政府什么时候会来，你不知道你是否会赢，如果你赢不了，你就陷入困境了。”

另一个关键区别是，NANO 的商业模式是能源服务，而不是反应堆供应。尽管如此，最初的客户很可能来自工业界，因此将专注于工艺热而不是电力。两种设计都可以选择包括涡轮机，并在热能和电力输出之间切换。

ZEUS 在高温下运行，功率约为 5 MWth 和 1.5 MWe，因此非常适合生产过程或工业供热。而 ODIN 的运行温度要低得多，因此盐降解和热应力更少，并且可以使用更多现成的组件。ODIN 的功率约为 4 MWth 和 1 MWe。

沃克说：“我们最初的意图是同时追求这两种技术，因为这样可以降低最终成功的风险，但最终它们实际上迎合了几乎不同的领域，而且非常互补。你可以看到，在工业运营中，你可以部署这两种技术来满足不同的需求，所以我们目前仍在追求这两种技术，除非有任何重大的技术干预，否则我们会一直这样做，直到达到一定程度，也许我们会一直让这两种技术获得许可。

他指出，ODIN 设计可能会更早获得许可，因为它使用的是现成的组件，但 ZEUS 预计会紧随其后。两种设计的时间框架大致相同，目标是在 2030 年左右投入商业运营。“ZUES 可能晚一年上线，但差别并不大，因为它们大约同时开始，许可期限也相当标准。NRC 估计，微反应堆设计的许可大约需要 40 个月，他们可能会修改法规或引入更适合微反应堆设计的流程。然而，NRC 引入这样的修正案可能需要数年时间。在目前允许的范围内谨慎行事总是比在可能范围内谨慎行事更安全，”沃克说。

展望未来，沃克认为，这两种反应堆可能会有不同的部署方式，例如偏远工业、太空或使用 ZEUS 的高热应用，而对于需要稳定电力的岛屿社区或军事基地，ODIN 反应堆更有意义。沃克总结道：“ODIN 反应堆可能是更广泛的商业开发和部署产品，而 ZUES 则更针对更具体的领域，它更适合这种领域。”无论 NANO 反应堆设计是否具有商业前景，沃克都相信该公司无论如何都会取得成功。