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2023.08
【康吉森观察】常温压超导 | 第四次工业革命的新曙光?
发布者:康吉森股份             浏览次数:495


一周前,韩国科学家团队宣布合成了全球首个温常压超导体LK-99,立刻掀起全球争先报道。接踵而至的是众多各国科研团队纷纷加入复现LK-99常温压超导的实验,一时间科技圈风起云涌,说法不一,温常压超导体是否已成为现实?LK-99超导性究竟能否复现成功?成为当下最受关注的话题。



与科技圈的翘首以待不同的是,金融领域率先开启了“超导模式”。永鼎股份、创新新材、百利电气、中孚实业、东方钽业、精达股份等超导概念股,开盘触及涨停。甚至有人认为,常温压超导的证实无异于开启第四次工业革命,将为人类的工业开启新纪元。那么,常温压超导到底是什么?它又将对当前的工业自动化领域带来什么样的影响呢?


【零电阻·能源传输的终极梦想】


从某种角度讲,人类科技的发展历程就是人类运用能量的发展历程。苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫甚至以此为核心定义出宇宙文明的七个定级。

人类对能量的运用始终围绕两大课题,第一是能量从何而来,第二是能量如何传输。对于第一点,人类的终极梦想是发明“永动机”,目前最有可能实现的是可控核聚变;对于第二点,人类的终极梦想是就是发现常温压“超导体”。

自第二次工业革命以来,电力的广泛应用和发展成为推动工业化和现代化最重要动力。然而,电力在传输中会面临导线电阻等带来的损耗。在我国,每年有5%左右的电力在远距离传输中遭到损耗,而这一数据在农村电网中的损耗则会更多。全球范围内每年的电力损耗在数百到数千亿千瓦时之间。


如果能有一种导体能够实现“零电阻”,那么就意味着电力传输中将不再有损耗,这显然将带来巨大的经济效益和环境价值。而这种“零电阻”的物质,则被称作超导体。



严格意义上讲,超导体并非是一种新物质。早在1911年,荷兰物理学家海克·卡末林就发现了汞的超导现象。他在实验中发现,当汞的温度降至-268.9°C(4.2K)以下时,电阻突然消失。随后在德国物理学家威廉·迈登和罗伯特·奥肯、约翰·巴丁和约翰·巴丁、苏联物理学家康斯坦丁·亚历山大罗维奇·穆拉延斯基、康斯坦丁·穆拉延斯基和亚历山大·奥格尔尼科夫、日本科学家铃木义人等众多科学家和科研团队先后发现了铅、钽、氧化铯钇钡铜氧、氧化镨钡铜氧、氧化镧钡铜氧等物质的超导特性。然而遗憾的是,这些超导特性的成立均需远超自然的特定环境。比如氧化铯钇钡铜氧的超导性要求超高温,氧化镧钡铜氧的超导转变温度临界点高达40K。这意味着如果想实现这些已发现的超导体的超导特性,则需要持续消耗更大的能量来创造特定的物理环境,如此一来,便得不偿失了。



LK-99的轰动之处便在于韩国科研团队宣称LK-99实现了常温常压状态下的超导特性。如果LK-99最终被证实,那么意味着人类第一次不再需要为电阻产生的电力损耗而发愁,意味着全球能源结构将迎来再一次大洗牌,意味着在能源、交通、医学、工业自动化等诸多领域带来颠覆性的影响。


【超导体·流程工业的点金石】

流程工业是一种基于工艺流程的产业形态,以连续流程生产为主要特征,涉及到原材料、能源的输入和生产过程中的化学反应、物理变化等过程最终产出成品或产品的工业。流程工业广泛应用于石油化工、化学工业、能源生产等领域,对物质的输送、化学反应、热力学、能源利用等多个方面有着严格的要求。

一旦常温压超导体得以实现,整个流程工业极有可能用来升级重塑。



首先在工业软件领域,超导体的零电阻和磁场特性必然催生更加高性能的电动机和发电机,这对工业自动化软件的控制和监测需求将提出前所未有的新要求,催生新的市场空间。软件对基于超导的新型传感器的数据采集、分析、优化需要更清晰的底层模型。超导体技术的应用可能涉及到复杂的磁场和电场模拟。工业软件需要增加利用虚拟仿真技术来模拟超导体系统的运行情况,帮助工程师在设计和优化阶段进行预测和验证。




在生产阶段,以石油化工领域为例,安全控制系统、分布式控制系统将发挥更大作用。比如,超导体技术在石油化工领域的安全控制系统中可以用于产生强大且稳定的磁场,可以用于控制和操控流体和反应过程,从而实现更精确的控制和更高效的安全控制;超导电缆有助于提高电力传输的效率和稳定性,从而增强石油化工设施的安全性。超导体传感技术在安全控制系统中可以用于实时数据采集和监测。超导传感器可以测量温度、压力、流量等关键参数,帮助监控设备和工艺的运行状态,及时发现异常并进行安全控制。磁悬浮技术可以用于实现无接触悬浮运行的设备和工具,减少操作人员的接触风险。磁阻抗断路器有助于防止设备过载和故障,保护石油化工设施的安全运行;超导磁体可以产生强大的磁场可以用于石油化工反应器的温度控制和稳定,防止过热和反应失控。



超导体同样将对工业自动化的硬件设施产生巨大影响。最直接的一点便是超导体技术将开创阀门领域阀门控制和流体测量的新时代。基于超导体的高性能的电磁阀和电动执行器具有零电阻和高电流密度特性,能够提供更强大的控制力和更高的响应速度,从而实现阀门和执行器的精确控制;磁流体阀门实现对流体的无接触控制;磁敏传感器、超导磁阻断路器、超导电缆等对工业自动化底层硬件设施的监测、保护和降本增效带来切实且长远的作用。


【创新·工业发展的永恒支点】

中国的工业自动化进程并没有经历像西方工业革命那样的阶段性演进,而是工业现代化和信息化相互交织,同步推进。这一发展现状决定了我国的工业自动化企业必须同时吸收和利用第二次和第三次工业革命带来的成果。



同样,常温压超导体(如果最终被证实)的实际影响也将首先体现在对既有的工业材料革新、工业数字化的促进作用。

比如,超导体可以用于高密度的电能储存,提供更有效的能源储存解决方案,有助于实现工业能源的数字化管理;超导体技术可能产生更大规模的数据,对于工业数字化转型而言,其技术的应用将促进工业数据的高效处理和分析,帮助企业更好地进行生产优化和决策支持;工业物联网中的应用可能会增加大量传感器数据。这些数据将用于监控和优化生产过程,实现智能制造和远程监控,而这也将同时对现有的网络安全提出更高的要求。所以,至少从现阶段来看,

常温压超导体将加速工业数字化、数智化转型的到来而非另立门户。



历史上,当出现某种足以改变工业领域的新材料、新科技出现时,

更加全面的工业自动化企业往往能凭借多维度的综合实力,更深厚的“Know-How”积累、更高的内部动员能力和更综合的创新研发体系而占得先机。只有建立起“端到端”的全面工业自动化领域布局的市场布局,才能适应技术日新月异的时代发展诉求。
无论这次LK-99超导材料最终被证实还是证伪,

在科学大厦上的技术创新才是工业发展的永恒支点和前行曙光。


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