Cuộc đua dẫn đầu kỷ nguyên năng lượng sạch: Mỹ, Trung Quốc tăng tốc, châu Âu có thể lại hụt hơi?

Phản ứng tổng hợp hạt nhân (nuclear fusion) đang nổi lên như một trong những cuộc đua công nghệ quan trọng nhất thế kỷ XXI. Khi nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng nhanh dưới tác động của trí tuệ nhân tạo (AI), điện khí hóa và chuyển đổi xanh, các doanh nghiệp châu Âu đang tăng tốc cạnh tranh với Mỹ và Trung Quốc nhằm thương mại hóa công nghệ được kỳ vọng sẽ tạo ra nguồn điện gần như vô tận, sạch và an toàn.

“Cuộc đua” hàng trăm tỷ USD

Nhu cầu năng lượng của thế giới đang tăng vọt, đặc biệt khi các nền kinh tế bước vào quá trình điện khí hóa và các trung tâm dữ liệu phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI) tiêu thụ lượng điện khổng lồ.

Trong bối cảnh đó, phản ứng tổng hợp hạt nhân được xem là một trong những lời giải triển vọng nhất cho bài toán năng lượng tương lai. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), đến năm 2050, ngành công nghiệp năng lượng nhiệt hạch có thể đạt quy mô hơn 350 tỷ USD.

Về nguyên lý, khác với công nghệ phân hạch hạt nhân đang được sử dụng tại các nhà máy điện hiện nay, phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra năng lượng bằng cách kết hợp các hạt nhân nguyên tử nhẹ dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao, tương tự các phản ứng diễn ra trong Mặt trời, để hình thành nguyên tố mới, đồng thời giải phóng lượng nhiệt rất lớn.

Nhiệt hạch được coi là “đỉnh cao” của năng lượng sạch nhờ hầu như không phát thải khí nhà kính, tạo ra rất ít chất thải phóng xạ và có tiềm năng cung cấp nguồn điện gần như vô hạn.

Nguồn nhiệt này có thể được sử dụng để phát điện ổn định, không phụ thuộc điều kiện thời tiết, không sử dụng nhiên liệu hóa thạch và không phát thải khí nhà kính. Đặc biệt, công nghệ này có nguy cơ xảy ra tai nạn thấp hơn rất nhiều so với điện hạt nhân truyền thống và hầu như không tạo ra chất thải phóng xạ tồn lưu lâu dài.

Chính những ưu điểm này đã khiến phản ứng tổng hợp hạt nhân trở thành "đích đến" của nhiều quốc gia và doanh nghiệp công nghệ trên thế giới.

Trong nhiều thập niên, nghiên cứu nhiệt hạch chủ yếu gắn với các dự án quy mô lớn do chính phủ tài trợ, tiêu biểu là Lò phản ứng nhiệt hạch thực nghiệm quốc tế (ITER) đang được xây dựng tại miền Nam nước Pháp với sự tham gia của 35 quốc gia, bao gồm Liên minh châu Âu (EU), Mỹ, Nga và Trung Quốc.

Tuy nhiên, kể từ khi khởi công năm 2007, dự án liên tục đội vốn và chậm tiến độ. Theo kế hoạch mới nhất, ITER chỉ có thể đi vào vận hành trong giai đoạn 2034 - 2036.

Trong khi đó, khu vực tư nhân đang nổi lên như động lực mới của cuộc đua thương mại hóa công nghệ nhiệt hạch. Theo báo cáo của Fusion for Energy (F4E) - cơ quan phụ trách chương trình nhiệt hạch của EU, hiện có khoảng 77 doanh nghiệp trên thế giới đang phát triển lò phản ứng nhiệt hạch thương mại.

Trong số này, 42 doanh nghiệp đặt tại Mỹ, 8 doanh nghiệp tại Trung Quốc, 6 doanh nghiệp tại Anh và 4 doanh nghiệp tại Đức, gồm Focused Energy, Marvel Fusion, Proxima Fusion và Gauss Fusion.

Phát triển công nghệ nhiệt hạch đòi hỏi nguồn vốn rất lớn do đây là lĩnh vực có hàm lượng nghiên cứu và phát triển (R&D) đặc biệt cao. Theo F4E, tính đến cuối năm 2025, khu vực tư nhân đã đầu tư gần 13 tỷ Euro vào nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân trên toàn cầu, tăng khoảng 30% chỉ trong vòng 6 tháng kể từ tháng 6/2025.

Hơn 53% dòng vốn này chảy vào các doanh nghiệp Mỹ, trong khi khoảng một phần ba thuộc về các công ty Trung Quốc. Báo cáo cho biết, nhiều doanh nghiệp tại hai quốc gia này đã trở thành các "kỳ lân", với định giá vượt 1 tỷ USD.

Trong khi đó, toàn bộ tám doanh nghiệp của châu Âu chỉ thu hút hơn 700 triệu Euro, dù hai startup của Đức là Marvel Fusion và Focused Energy nhận được phần lớn nguồn vốn này.

Nguy cơ châu Âu tụt lại phía sau?

Khoảng cách đầu tư hiện nay phản ánh xu hướng đã diễn ra ở nhiều ngành công nghệ khác. Từ pin mặt trời, điện gió, bán dẫn, xe điện, công nghệ không gian đến AI, Mỹ và Trung Quốc đều đang chiếm ưu thế nhờ nguồn lực tài chính dồi dào cùng chính sách hỗ trợ mạnh mẽ.

Trong lĩnh vực phản ứng tổng hợp hạt nhân, Trung Quốc chủ yếu dựa vào đầu tư của chính phủ, trong khi Mỹ được thúc đẩy bởi dòng vốn tư nhân, đặc biệt từ các tập đoàn công nghệ lớn. Google đã đầu tư hàng trăm triệu USD cho TAE Technologies, đồng thời cử kỹ sư trực tiếp tham gia các dự án nghiên cứu của doanh nghiệp này. Tập đoàn cũng đầu tư vào Commonwealth Fusion Systems (CFS) và ký hợp đồng mua điện trong tương lai.

Trong khi đó, Helion Energy nhận được sự hậu thuẫn của Sam Altman, Giám đốc điều hành OpenAI, còn Microsoft cũng đã ký hợp đồng mua điện với doanh nghiệp này.

Dù thừa nhận nguy cơ bị tụt lại phía sau, Giáo sư Markus Roth, Đại học Kỹ thuật TU Darmstadt và đồng sáng lập Focused Energy, vẫn tin Đức có những lợi thế riêng. Theo ông, hệ sinh thái kết nối giữa các viện nghiên cứu, doanh nghiệp khởi nghiệp và các tập đoàn công nghiệp tại Đức đủ khả năng tạo ra tốc độ phát triển nhanh hơn, ngay cả khi nguồn vốn thấp hơn các đối thủ.

Doanh nghiệp Đức Focused Energy đang theo đuổi công nghệ nhiệt hạch bằng laser. Công nghệ này từng được chứng minh khả thi vào cuối năm 2022 khi Phòng thí nghiệm National Ignition Facility (Mỹ) lần đầu tiên tạo ra lượng năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng laser đưa vào.

Niềm tin vào công nghệ này cũng khiến tập đoàn năng lượng Đức RWE quyết định đầu tư thêm 60 triệu Euro cho Focused Energy vào tháng 5/2026. Hai bên dự kiến xây dựng nguyên mẫu nhà máy điện nhiệt hạch tại khu vực nhà máy điện hạt nhân cũ của RWE ở Biblis.

Theo Giáo sư Roth, một trong những thách thức lớn nhất hiện nay là xây dựng chuỗi cung ứng đủ năng lực phục vụ sản xuất hàng loạt.

Ông cho rằng Đức cần phát triển ngành công nghiệp laser theo mô hình sản xuất dây chuyền giống ngành ô tô, vừa đảm bảo quy mô vừa duy trì độ chính xác cực cao.

Chính phủ Đức cũng xác định phản ứng tổng hợp hạt nhân là một trong sáu công nghệ chiến lược của đất nước trong chương trình "Chương trình nghị sự công nghệ cao của Đức" công bố năm 2025. Berlin cam kết đầu tư hơn 2 tỷ Euro cho lĩnh vực này trong nhiệm kỳ lập pháp hiện nay.

Theo kế hoạch của Focused Energy, nguyên mẫu lò phản ứng nhiệt hạch thương mại sẽ hoàn thành vào năm 2037, trước khi nhà máy điện thương mại đầu tiên có thể đi vào hoạt động trong đầu những năm 2040.

Tuy nhiên, con đường phía trước vẫn rất tốn kém. Theo Giáo sư Markus Roth, doanh nghiệp hiện cần từ 150-200 triệu Euro mỗi năm để tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Khi bước sang giai đoạn xây dựng nhà máy thử nghiệm, tổng chi phí có thể lên tới hàng tỷ Euro.

Ông nhấn mạnh, mục tiêu thương mại hóa phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ khó thành hiện thực nếu thiếu sự hỗ trợ dài hạn từ chính phủ.

Nhìn rộng hơn, cuộc đua nhiệt hạch không còn đơn thuần là cạnh tranh về công nghệ năng lượng, mà đang trở thành cuộc cạnh tranh mới về năng lực công nghiệp, chuỗi cung ứng và vị thế kinh tế giữa các cường quốc. Quốc gia nào thương mại hóa thành công lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên sẽ nắm lợi thế rất lớn trong thị trường năng lượng sạch toàn cầu được dự báo trị giá hàng trăm tỷ USD trong nhiều thập niên tới.