上圖：兩種 NANO 微反應器均設計為適合標準 ISO 集裝箱

NANO Nuclear Energy Inc由 Jay Jiang Yu 創立，其成立源于人們對核能興趣的重新燃起。部分原因是人們認識到對風能和太陽能等可再生能源的投資正在下降，同時也認識到工業脫碳的指令即將出臺，而唯一的解決方案就是核能。

詹姆斯·沃克是這家新興企業的首批員工之一，他曾是核物理學家和工程師，他清楚核工業的準入門檻很高，而且資本密集度很高。盡管如此，他解釋道：“經過進一步分析，我們很快意識到，我們認為最具潛力的領域實際上不是小型模塊化反應堆等較發達的領域，而是微型反應堆領域。這是因為即使你一年可以制造 10 萬個微型反應堆，但仍然無法滿足它們可能產生的需求。”

沃克認為，微反應堆可以將核能部署到以前沒有核能的地區，事實上，除了柴油之外沒有其他能源。偏遠社區、軍事基地、救災區、偏遠工業區、采礦項目、石油和天然氣項目以及海上船舶等市場都在考慮范圍內。正如沃克所說：“客戶數量不斷增加。”

然而，除了明顯的市場機會之外，技術因素也發揮了一定作用。“我們對這個領域感興趣的另一個原因是，該領域的發展水平遠不及 SMR。沒有獲得許可的微型反應堆公司，甚至沒有一家公司正在申請許可。我們認為，只要有合適的團隊和合適的公司結構，我們就能獲得適當的融資，我們實際上可以很快進入這個領域，”沃克解釋說。

在決定進入微反應器領域后，NANO 迅速聯系了兩個世界領先的著名研究團隊。一個來自加州伯克利大學，另一個來自英國劍橋大學。“我們對客戶真正想要的東西做了一些分析，發現沒有人愿意購買反應堆，沒有人愿意運行反應堆，也沒有人愿意在反應堆報廢后處理它。我們意識到，如果我們擁有反應堆，我們就會運營它，我們只出售能源，這實際上是一種每個人都可能感興趣的商業模式，因為在偏遠地區，柴油的成本實際上非常高，”他補充說，每天、每周或每月運送燃料的物流成本比燃料本身的成本高出很多。相反，微反應器只需運行 15 或 20 年，無需燃料供應或其他密集的后勤支持。沃克解釋說：“如果我們與某個礦山簽訂了為期 15 年的合同，我們就可以算出需要花費多少成本，然后我們可以隨著時間的推移縮減資本成本，并實際上開始降低這些地區的柴油成本。”

有效地建立了業務框架之后，這反過來又為實質性的設計元素提供了信息：“一旦我們有了這種商業模式，我們就知道我們必須讓微反應堆非常便攜，它們必須采用被動冷卻以使其更加安全，它們必須具有很少的機械部件，不需要太多人員，并且它們必須能夠通過公路、輪船或火車運輸，這樣你就可以非常輕松地將它部署到任何地方。

反應堆設計基礎

鑒于商業模式的限制，兩個技術團隊的設計起點是相同的指導方針，但兩個團隊都提出了新穎的解決方案。對于來自伯克利大學的宙斯團隊(ZEUS 是他們的反應堆的名稱)來說，他們的解決方案是完全去除冷卻劑，取而代之的是實心堆芯。在這種情況下，利用熱傳導將鈾的熱量轉移到堆芯外圍，然后正常的空氣循環將熱量從堆芯外圍帶走以供使用。“這幾乎是制造反應堆最簡單的方法，”沃克說，并補充道：“我們甚至稱之為核電池，因為我認為你不能再簡化了。”

上圖：NANO 核能 ZEUS 反應堆

與此同時，劍橋大學的 ODIN 團隊想出了另一種方法。“他們更多地考慮部署更商業化的產品，因此他們希望使用技術就緒程度更高的技術，包括現成的組件、已知燃料和已知技術，這樣許可就會非常容易。”

他們的解決方案是利用熱對流的太陽鹽，同時使用自然循環來散熱。“同樣，這是非常簡單的方法，而 ODIN 的好處實際上是它在較低的溫度下運行，熱應力較小，而且制造成本低廉，”沃克指出。

上圖：NANO Nuclear 團隊設計的 ODIN 反應堆

對于這兩座反應堆，由于輸出功率相對較小，因此在等容器尺寸內仍有大量空間，這是主要的尺寸限制，這使得渦輪機等外圍系統可以包含在標準集裝箱裝置內。兩臺機器都運行布雷頓循環渦輪機，支持緊湊設計。“在 100° 以上運行水冷反應堆意味著需要高壓，這會導致更復雜的安全案例和更長的許可期。如果像 ODIN 一樣使用太陽鹽，則可以避免這些問題，因為鹽的沸點顯然要高得多。如果你能移除增壓器，反應堆就會進一步縮小，而在 ZEUS 反應堆上，他們的解決方案是完全移除冷卻劑，”他說。沃克還指出，劍橋大學深度參與了航空母艦渦輪機的研究，這使得 NANO 能夠開發自己的優化渦輪機，以適應將與它們一起安裝的兩種反應堆設計。

雖然兩座反應堆的設計理念截然不同，但沃克堅信這是正確的方法：“我們現在可以設想這樣一種情況，盡管我們組建了兩座反應堆團隊來降低風險，從而獲得兩種成功模式，但兩座反應堆最終卻具有很強的互補性，因為 ODIN 制造成本低，可以很容易地進行大規模生產和部署，而 ZEUS 的工作溫度更高，更適合用于工業工藝熱等方面。出于這個原因，我們仍在同時追求這兩種方案，”他說。

此外，兩支團隊還具有其他優勢，正如 Walker 所解釋的那樣：“技術團隊實際上可以互相幫助，并在我們進行過程中互相審核，以進行健全性檢查。如果是熱交換器工作之類的工作，兩支團隊都可以從中受益，那么他們實際上可以傳遞其中一支團隊所掌握的知識。有時我們會將工作結合起來，即使進行兩種不同的設計有很大的好處。”

設計方法的一個關鍵部分是爭取監管部門的批準和許可，NANO 從一開始就采取了實質性措施與監管機構進行接觸。“我們一直在尋求改進、開發和完善我們已有的產品，但我仍然認為，在微反應堆領域，就推出商業產品而言，我們確實處于領先地位，因為我們已經預見了監管要求以及如何圍繞這些要求進行實際設計，而且我們也非常透明。我認為我們是唯一一家向政府付費讓工程團隊對我們的反應堆進行拆解、查看并向我們提供反饋的微反應堆公司，”沃克說。

沃克表示，這兩個反應堆的設計都經過了愛達荷國家實驗室的深入審核，主要就是出于這個原因。“這種外部驗證和意見實際上非常有用，”他說，并指出這些工程調查的結果會被納入許可文件中。

劍橋大學一直致力于 ODIN 反應堆的研究，該團隊的技術成熟度更高，目前已完成設計以及所有相關的計算機建模和概念設計工作。現在他們開始建造試驗臺，用于模型驗證，并提供許可流程所需的數據。“劍橋團隊已經設計了試驗臺，他們正在組建團隊，因為現在團隊需要大規模擴充。我們已經在尋找試驗臺反應堆的選址，但現在我們可以建造初始試驗臺來驗證模型，然后我們將不得不再次建造幾乎相同的試驗臺，但使用的是核材料，”沃克解釋說，并補充道：“我們希望在今年晚些時候的初步土地準備工作中啟動這項工作并最終確定選址，我們計劃明年開始購買核材料，然后進行核試驗，以生成獲得許可所需的最終數據。到那時，我們基本上已經準備好完成該流程來生產該商業產品。”

上圖：環形線性感應泵 (ALIP) 技術是 ODIN 微反應器的關鍵支持技術

一旦獲得授權，NANO 計劃立即進入市場并開始向客戶群供貨。正如 Walker 所說：“大型礦業公司、軍隊和島國都對我們感興趣，因為他們正在尋找更清潔、成本不像柴油那么高的解決方案。”

應對商業風險

NANO 核能戰略的一個關鍵主題是解決商業風險。沃克觀察到：“我認為 NANO 很快就與競爭對手截然不同，因為當我們試圖降低最終產品的風險時，我們意識到由于相關供應鏈的缺陷，美國在實際建造反應堆方面存在巨大的能力差距。”沃克引用了一些依賴新型燃料開發才能運行的反應堆設計。這個和類似的問題促使 NANO 采取了不同的方法。“我們研究了這個問題，認為‘這是實際開發反應堆的主要障礙’，所以我們與能源部和國家實驗室討論了這個問題的解決方案。他們相當肯定，如果我們要建造燃料制造設施，例如，它將是美國唯一的 Cat II 設施，它將降低我們項目的風險，但它也會為我們開辟一條不同的業務線，一個新的機會。所以我們就是這么做的。”

通過與業內專業人士和國家實驗室合作，NANO 找到了土地并組建了一支技術團隊來設計燃料制造設施。在燃料制造方面，NANO 計劃購買濃縮鈾，然后將其制造成燃料組件。“目前，美國計劃為 HALEU TRISO 建造一座設施，但 HALEU [高含量低濃縮鈾] 市場的大部分不會是 TRISO，我們的反應堆也不使用 TRISO，所以這件事必須由我們自己做。在我們開始這項工作時，可能會有機會與一些大公司合作，但我們很驚訝他們自己并沒有真正在這個領域發展。我們知道 HALEU 會發生，每個人都在圍繞它進行設計，但它本質上仍然是一個備受期待的行業。建造這些設施是一項重大承諾。雖然有大型核燃料企業，但我認為他們中沒有多少人在建造微型反應堆或小型模塊式反應堆，因此他們不會通過自己構建這些能力來降低自己最終產品的風險。”

顯然，許多 SMR 和不同的反應堆設計都在考慮 HALEU，這可能代表著一個市場，也是 NANO 的一個不同的收入來源。“這里的優勢在于它正在重建美國的基礎設施，但它也為我們提供了一個收入來源，即使在微反應堆部署之前就已經上線了”，沃克說。

他辯稱，即使兩家公司的反應堆最終都失敗了，這種方法也為持續盈利的運營提供了一個模式。“如果有人能在我們之前贏得 SMR 微型反應堆競賽，那就太好了，因為我們想要做的就是能夠為所有人提供燃料。燃料業務將獨立于 NANO 的反應堆，但所有 SMR 公司、所有微型反應堆，如果國防部、能源部、國家實驗室需要 HALEU，而他們肯定需要，他們需要制造它，這就是我們想要提供的。我們希望讓這項業務盡可能廣泛地惠及所有人。如果有人想出更好的反應堆，他們這樣做其實很棒，因為它具有更大的商業潛力，如果它具有更大的商業潛力，而且他們正在制造更多這樣的東西，那么我們就有更多的燃料可以制造。”

這種多元化、垂直整合的商業模式也延伸到了運輸領域。沃克解釋說，燃料制造業務的工作為 NANO 帶來了另一個機會：“我們還意識到，我們需要一種方法來運輸商業數量的 HALEU 燃料。我們再次與能源部進行了交談，我們發現該部門和國家實驗室曾資助過一項技術，但資金已經停止。有一項技術只是擱置著，所以我們出去買了它，這讓我們在這場創造一種在全國范圍內實際運輸商業數量燃料的方法的競賽中處于領先地位。”

最初設計的技術是籃式運輸二氧化鈾，但 NANO 正在對其進行改造，使其也能運輸六氟化鈾、氮化鈾、氫化鈾和鈾金屬等。“這里的想法是，它需要盡可能廣泛地在商業上推廣，并運輸所有這些不同類型的燃料。所有經過改裝的籃式運輸系統都將進入一個桶式系統，我們也將擁有該系統的知識產權，”沃克說，并補充道：“這樣我們就有了一個完整的運輸技術系統。”

沃克再次展望了核運輸服務的巨大市場，他說：“假設你有一家濃縮公司，他們生產 HALEU。他們如何將濃縮的 UF6 運送到分解設施?他們如何將其從分解設施運送到燃料制造廠?他們如何將其從燃料制造廠運送到為反應堆加油的客戶，或運送到加油的部署地點?所有這些不同的要素都是運輸業務要滿足的。”他補充道：“很多人都在談論運輸加滿燃料的反應堆，然后將它們運走并在需要時重新加油，但這并不意味著如果人們只是在制造廠為反應堆加油并將其運送到部署地點，業務就無法運作。整個網絡仍然需要運輸，因此我們希望嘗試將公司設在這些地區以提供該服務。”

降低燃料運輸技術業務的風險還涉及招募 UPS 前全球運營總裁。正如沃克所解釋的那樣：“這里的挑戰是，雖然我們在技術方面相當發達，但我很高興承認我對經營物流公司的實際業務一無所知。一旦你開始與他們交談，你就會意識到這樣的業務有多么復雜，因此我認為引進更專業的人是必不可少的。”

運輸問題也影響了原廠納米反應堆的設計，這也是降低商業風險的又一舉措。在這個例子中，納米反應堆將與燃料分開運輸。沃克解釋了原因：“我們之所以不自己使用燃料反應堆，是因為目前除非法規發生變化，否則不允許這樣做——你不能通過公路運輸臨界配置的反應堆。除非發生重大變化，否則法規不允許這樣做。這是一個很大的賭注，所以更明智的做法可能是繞過當前法規，而不是希望它們對你有利。”

上圖：NANO 的先進燃料運輸系統旨在服務日益增長的 HALEU 燃料市場

商業化的后續步驟

沃克承認，要獲得設計許可，還有許多工作要做。他說：“通常，處于這一階段的公司將進行兩年的物理測試和演示工作，并可能根據實際反饋對設計進行輕微修改。一旦完成，我們將進入許可程序。當我們完成許可程序時，大約是 2030 年。在獲得許可的同時，我們將建造我們的制造設施，看起來我們可能會在田納西州建造這些設施。我們已經確定了制造業務的土地包，以及燃料制造設施和運輸業務的選址。”

無論其微反應堆設計的最終命運如何，NANO 雄心勃勃地發展垂直整合核能初創公司的做法都是新穎的，沃克強調了這一點：“NANO 相當快地實現了多元化，這就是我們真正與眾不同的地方。” 他還指出，NANO 的融資安排是它與小型反應堆領域其他核能初創公司的另一個區別。 “我們意識到的另一件事是，如果我們合理構建公司結構，如果我們盡早上市并且規模很小，我們就可以與公眾一起成長，避免公司上市時估值很高，而如果估值下降，就很難籌集更多資金的問題。通過這種方式構建公司結構，這為我們提供了未來的融資途徑，因此我們可以不斷增加資金，因為成本將隨著我們的發展而線性增加。這為我們提供了一種保持資金持續的機制。我們之所以與眾不同，是因為很多項目都嚴重依賴政府資金和補助，而這對于長期發展來說并不是一個好策略，因為你不知道政府什么時候會來，你不知道你是否會贏，如果你贏不了，你就陷入困境了。”

另一個關鍵區別是，NANO 的商業模式是能源服務，而不是反應堆供應。盡管如此，最初的客戶很可能來自工業界，因此將專注于工藝熱而不是電力。兩種設計都可以選擇包括渦輪機，并在熱能和電力輸出之間切換。

ZEUS 在高溫下運行，功率約為 5 MWth 和 1.5 MWe，因此非常適合生產過程或工業供熱。而 ODIN 的運行溫度要低得多，因此鹽降解和熱應力更少，并且可以使用更多現成的組件。ODIN 的功率約為 4 MWth 和 1 MWe。

沃克說：“我們最初的意圖是同時追求這兩種技術，因為這樣可以降低最終成功的風險，但最終它們實際上迎合了幾乎不同的領域，而且非常互補。你可以看到，在工業運營中，你可以部署這兩種技術來滿足不同的需求，所以我們目前仍在追求這兩種技術，除非有任何重大的技術干預，否則我們會一直這樣做，直到達到一定程度，也許我們會一直讓這兩種技術獲得許可。

他指出，ODIN 設計可能會更早獲得許可，因為它使用的是現成的組件，但 ZEUS 預計會緊隨其后。兩種設計的時間框架大致相同，目標是在 2030 年左右投入商業運營。“ZUES 可能晚一年上線，但差別并不大，因為它們大約同時開始，許可期限也相當標準。NRC 估計，微反應堆設計的許可大約需要 40 個月，他們可能會修改法規或引入更適合微反應堆設計的流程。然而，NRC 引入這樣的修正案可能需要數年時間。在目前允許的范圍內謹慎行事總是比在可能范圍內謹慎行事更安全，”沃克說。

展望未來，沃克認為，這兩種反應堆可能會有不同的部署方式，例如偏遠工業、太空或使用 ZEUS 的高熱應用，而對于需要穩定電力的島嶼社區或軍事基地，ODIN 反應堆更有意義。沃克總結道：“ODIN 反應堆可能是更廣泛的商業開發和部署產品，而 ZUES 則更針對更具體的領域，它更適合這種領域。”無論 NANO 反應堆設計是否具有商業前景，沃克都相信該公司無論如何都會取得成功。