Sản xuất hydro hỗ trợ hạt nhân và tái chế chất thải phóng xạ – Góc nhìn mới về tích hợp hydro làm chất mang và lưu trữ năng lượng
Ngày 26 tháng 7 năm 2026
Annie Nguyễn
Trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng sạch toàn cầu, vai trò của hydro như một chất mang năng lượng đang ngày càng được quan tâm. Một nghiên cứu được công bố bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Đài Loan, Đại học Công nghệ Quốc gia Chin-Yi và Đại học Quốc gia Đài Loan đã khám phá các ứng dụng bổ sung của hydro với hệ thống điện, bức xạ hạt nhân và chất thải hạt nhân, đề xuất một khái niệm mới về việc chuyển đổi chất thải phóng xạ – một thách thức lâu dài của ngành công nghiệp hạt nhân – thành nguồn tài nguyên sản xuất hydro.
Vị trí của nền kinh tế hydro và lưu trữ năng lượng
Nền kinh tế hydro bao gồm sản xuất, lưu trữ, vận chuyển và ứng dụng cuối cùng của hydro, nhằm tăng cường khả năng phục hồi của lưới điện năng lượng tái tạo và đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng dài hạn. Nghiên cứu chỉ ra rằng lưu trữ điện hiệu quả hơn về chi phí cho cung cấp ngắn hạn, trong khi hydro phù hợp hơn cho lưu trữ năng lượng dài hạn và theo mùa. Lưu trữ hydro quy mô lớn vẫn phải đối mặt với các hạn chế về chi phí và hiệu suất, đòi hỏi các công nghệ bổ sung.
Hydro sạch từ năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân là một công nghệ phát điện trưởng thành, với hơn 454 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên toàn thế giới đóng góp khoảng 10% điện năng toàn cầu. Các lò phản ứng mô-đun nhỏ được phát triển gần đây có thể điều chỉnh công suất đầu ra theo điều độ lưới điện và tích hợp năng lượng tái tạo, với thời gian xây dựng rút ngắn từ 8 năm của lò phản ứng truyền thống xuống còn 3 năm, đồng thời thu hẹp khu vực quy hoạch ứng phó khẩn cấp và giảm chi phí vốn ban đầu.
Nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân, tích hợp vật liệu hạt nhân, phát điện và công nghệ nén hydro để hình thành một hệ thống năng lượng sạch hiệu quả kết hợp hạt nhân-mặt trời-hydro. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng lưu ý rằng hydro chỉ là một chất mang năng lượng, không phải là nguồn năng lượng có thể sử dụng trực tiếp, và phương pháp sản xuất hydro hiệu quả nhất hiện nay vẫn dựa vào vật liệu carbon, trong khi các phương pháp thân thiện với môi trường như điện phân nước có hiệu suất năng lượng rất thấp và yêu cầu nguồn điện bên ngoài chuyên dụng.
Tăng cường hiệu suất sản xuất hydro với chất thải hạt nhân
Nghiên cứu đề xuất một cách tiếp cận đổi mới: sử dụng bức xạ alpha, beta và gamma để bắn phá các phân tử nước, phân hủy trước thông qua quá trình phân giải phóng xạ thành các gốc hydro, gốc hydroxyl, khí hydro, hydro peroxide và các chất khác – tất cả đều dễ dàng bị phân ly bởi dòng điện hơn so với phân tử nước ban đầu, làm tăng đáng kể hiệu suất sản xuất hydro.
Hơn nữa, nghiên cứu chỉ ra rằng quy trình sản xuất hydro xanh sạch nhất cho các ứng dụng thương mại quy mô lớn – chuyển đổi nước thành hydro và oxy – có hiệu suất kém, trong khi chất xúc tác kim loại quý đắt đỏ và dễ bị suy thoái. Chiết xuất urani từ chất thải hạt nhân để sản xuất chất xúc tác nhằm tăng tốc phản ứng sẽ có chi phí thấp hơn nhiều so với bạch kim và các chất xúc tác kim loại quý khác. Khi sử dụng chất xúc tác urani cho quá trình cải tạo hơi nước metan – phương pháp sản xuất hydro công nghiệp chủ đạo trên thế giới – chất xúc tác urani ít bị tích tụ carbon hơn và có tuổi thọ vận hành dài hơn.
Các thanh nhiên liệu vừa được lấy ra khỏi lò phản ứng có nhiệt lượng và phóng xạ quá cao để xử lý ngay lập tức, yêu cầu phải lưu trữ trong bể chứa vài năm trước khi xử lý lại hoặc thải bỏ. Nhóm nghiên cứu đề xuất tận dụng giai đoạn năng lượng cao này cho sản xuất hydro bằng cách sử dụng chất thải phóng xạ hạt nhân. Chất thải hạt nhân tự phát nhiệt, thúc đẩy các phản ứng hóa học và điện hóa mà không yêu cầu hệ thống gia nhiệt bổ sung, làm cho quá trình sản xuất hydro hiệu quả hơn, đồng thời chuyển đổi vấn đề chất thải phóng xạ lâu nay thành nguồn tài nguyên hữu ích.
Ý nghĩa chiến lược
Nghiên cứu này trình bày một góc nhìn tiến bộ: chất thải hạt nhân không chỉ nên được xem như một gánh nặng, mà còn có thể trở thành một nguồn tài nguyên quý giá cho nền kinh tế hydro. Nếu năng lượng hạt nhân, hydro và hệ thống lưu trữ năng lượng có thể được tích hợp thành công, điều này sẽ không chỉ tăng cường khả năng phục hồi của lưới điện năng lượng tái tạo mà còn biến chất thải phóng xạ thành động lực cho sản xuất hydro – đạt được một kết quả đôi bên cùng có lợi cho cả chuyển đổi năng lượng và quản lý chất thải.
