Năng lượng Nhiệt hạch: “Chén thánh” của năng lượng, giờ đây là vấn đề khi nào, không phải nếu nào, để cung cấp năng lượng cho AI
Năng lượng nhiệt hạch, từ lâu được xem là “chén thánh” của ngành năng lượng, từng nổi tiếng là “luôn cách 30 năm.” Ngày nay, câu hỏi không còn là liệu nhiệt hạch có cung cấp năng lượng hay không, mà là khi nào nó sẽ đi vào vận hành.
Nhà máy thí điểm và thương mại hóa sớm
Công ty dẫn đầu ngành, Commonwealth Fusion Systems (CFS), đang xây dựng nhà máy thí điểm SPARC gần Boston, dự kiến hoạt động năm 2027. Khu vực tokamak sẽ chứa hệ thống nam châm siêu dẫn hình donut, nơi xảy ra phản ứng nhiệt hạch.
Bước đột phá trong năng lượng nhiệt hạch—nguồn năng lượng gần như vô tận, thường được ví như “ngôi sao trong lọ”—xảy ra vào cuối năm 2022 khi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore đạt “first ignition,” lần đầu tiên tạo ra năng lượng lớn hơn năng lượng tiêu thụ.
Sau thành tựu này, Annie Kritcher, nhà vật lý hạt nhân chính của dự án, đồng sáng lập Inertia Enterprises vào tháng 8/2022 nhằm đưa năng lượng nhiệt hạch lên lưới điện. Fusion hứa hẹn cung cấp năng lượng liên tục, sạch, không chất thải phóng xạ, không gặp vấn đề gián đoạn hay phụ thuộc vào chuỗi cung ứng nước ngoài.
Inertia không phải startup duy nhất. Nhiều công ty đang theo đuổi thương mại hóa trong vòng một thập kỷ tới. Các nhà phân tích ngày càng tin rằng năng lượng nhiệt hạch cung cấp cho hộ gia đình chỉ còn là vấn đề thời gian.
Bối cảnh lịch sử và tiến bộ công nghệ
Khoảng 60 năm trước, nhà vật lý Liên Xô Lev Artsimovich nói năng lượng nhiệt hạch sẽ sẵn sàng “khi xã hội cần.” Những tiến bộ về siêu máy tính, nam châm siêu dẫn và vốn từ các công ty AI giúp nhiệt hạch trở thành lựa chọn khả thi khi nhu cầu điện toàn cầu tăng.
Fusion khác hẳn phân hạch hạt nhân truyền thống. Thay vì tách nguyên tử, fusion hợp nhất chúng, tạo ra helium từ hydrogen trong nước. Khi thực hiện đúng, quá trình tạo ra năng lượng liên tục. Các ngôi sao dựa vào áp lực hấp dẫn khổng lồ để duy trì phản ứng; trên Trái Đất, tạo và kiểm soát áp lực cần thiết vẫn là thách thức kỹ thuật lớn.
“Khi cung cấp năng lượng cho cả đời người, chỉ cần một bồn nước biển và lượng lithium bằng pin laptop,” Kritcher giải thích. “Nguyên liệu rất ít và không có chất thải phóng xạ lâu dài như phân hạch.”
Bill Gates cho biết các dự án fusion và phân hạch thế hệ mới là những việc “tuyệt vời nhất” ông đang theo đuổi. Năng lượng fusion có khả năng cung cấp điện vô hạn mọi nơi, tác động mạnh mẽ như máy hơi nước trong Cách mạng Công nghiệp.
Dự án thương mại và công nghệ
CFS, thành lập 2018 từ MIT, dẫn đầu về vốn và hợp đồng. Nhà máy thương mại đầu tiên ARC gần Richmond, Virginia, dự kiến cung cấp 400 MW cho lưới, đủ cho ~300,000 hộ gia đình, dự kiến đầu thập niên 2030. SPARC, nhà máy thí điểm gần Boston, dự kiến 2027.
Các đối thủ khác: Inertia, OpenStar Technologies, Type One Energy, theo đuổi các công nghệ fusion khác nhau: laser, levitated dipole, stellarator, nhằm đạt năng lượng nhiệt hạch mở rộng, đáng tin cậy và giá cả hợp lý.
Công nghệ giải thích
-
Tokamak: CFS sử dụng, buồng từ hình vòng toroidal với nam châm siêu dẫn.
-
Levitated Dipole (OpenStar): Plasma bao quanh nam châm, tạo “từ quyển” kiểm soát.
-
Stellarator (Type One): Trường từ xoắn, kiểm soát plasma tốt hơn nhưng phức tạp hơn.
Tokamak lớn nhất thế giới, ITER tại Pháp, dự kiến 2035, nhưng các dự án nhỏ hơn, hiệu quả hơn như CFS có thể triển khai lưới nhanh hơn.
Vốn đầu tư
Startup fusion huy động ~10 tỷ USD; CFS nhận ~3 tỷ USD. Nhà đầu tư: Breakthrough Energy Ventures, Google, Microsoft, Nvidia, Mitsubishi. Nguồn vốn vẫn là thách thức cho nhà máy thương mại.
Môi trường pháp lý
Khác phân hạch, fusion không chịu nhiều rào cản. Ủy ban Quản lý Hạt nhân Mỹ cấp phép fusion theo khung vật liệu phụ, rút ngắn thời gian triển khai.
Triển vọng
Fusion sẽ mở rộng dần, có thể chiếm phần lớn lưới điện sau 2030s. Fusion có thể trở thành “nguồn năng lượng cuối cùng” nhờ mật độ năng lượng vượt trội. Triển khai sớm rất quan trọng cho mục tiêu khí hậu 2050.
Kết luận
Với đột phá công nghệ, nhà đầu tư hỗ trợ, và hoạt động thương mại tăng, năng lượng nhiệt hạch không còn là khoa học viễn tưởng. Thách thức là kỹ thuật quy mô lớn và vốn. Nhưng với các nhà tiên phong như Kritcher, Mumgaard, Mataira, khai thác sức mạnh của các vì sao là điều tất yếu.
