Năng lượng điện nhiệt hạch có thể hòa lưới điện vào những năm 2030

Nguyên mẫu nén plasma tại phòng thí nghiệm Vancouver của General Fusion. Canada. Ảnh: General Fusion

Các doanh nghiệp năng lượng nhiệt hạch thu được 2,83 tỷ USD đầu tư tài chính mới trong năm 2022, tăng 139% so với năm 2021, theo cuộc khảo sát thường niên thứ hai từ Hiệp hội Công nghiệp Nhiệt hạch “Fusion Industry Association” (FIA). Dữ liệu này cho thấy ngành công nghiệp đang trở nên lạc quan hơn, tin tưởng rằng năng lượng nhiệt hạch sẽ được hòa vào lưới điện vào những năm 2030, theo FIA.

Số lượng doanh nghiệp tư nhân tham gia vào Hiệp hội năm 2022 cũng tăng lên từ 23 vào năm 2021 đến 33.

Theo báo cáo của FIA, 6 công ty tham gia đã quyên góp được hơn 200 triệu USD. Công ty Commonwealth Fusion Systems, Mỹ huy động được 1,8 tỷ USD và Helion Energy, Mỹ huy động được 500 triệu USD.

Lò phản ứng nguyên mẫu thứ 6 của Helion, được gọi là Trenta đã hoàn thành vào năm 2020. Helion hiện đang xây dựng lò phản ứng thứ 7, được gọi là Polaris đồng thời lên kế hoạch xây dựng lò phản ứng thứ 8, Antares. Polaris được dự đoán sẽ là thiết bị nhiệt hạch đầu tiên có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ của nhà máy theo kế hoạch của Helion.

Ngoài việc đạt được những tiến bộ nhanh chóng, công ty Helion còn thu được từ kiến thức chuyên môn kỹ thuật tại địa phương. Công ty đang xây dựng Polaris ở Everett, Washington, gần các nhà máy lớn nhất của Boeing và có thể tận dụng cộng đồng công nhân kỹ thuật và kỹ sư chính xác.

Vị trí các Trung tâm Năng lượng Nhiệt hạch. Ảnh: Báo cáo FIA )

Công ty Commonwealth Fusion Systems (CFS) là doanh nghiệp tách ra từ Trung tâm Khoa học Plasma và Nhiệt hạch của Viện Nghiên cứu Công nghệ Massachusetts (MIT) nhằm tận dụng hàng thập kỷ kinh nghiệm nghiên cứu nhiệt hạch kết hợp với sự đổi mới và tốc độ phát triển của khu vực doanh nghiệp tư nhân.

Cuộc khảo sát của FIA cho thấy sản xuất điện là thị trường quan trọng nhất, tiếp theo là nguồn năng lượng không kết nối lưới điện, hydro và nhiên liệu sạch.

Cuộc đua của năng lượng nhiệt hạch

Nguồn điện từ Phản ứng tổng hợp hạt nhân (nhiệt hạch) đang nhận được rất nhiều tài trợ. Các doanh nghiệp lớn nhất hoạt động trong lĩnh vực này tin tưởng rằng, một cuộc cách mạng thực sự sẽ sớm xảy ra sau khi huy động được hàng tỷ USD từ các nhà đầu tư hàng đầu thế giới như Bill Gates và Jeff Bezos.

Các nhà máy điện hạt nhân hiện nay sử dụng quá trình phân hạch để tạo ra năng lượng, xả thải ra một lượng hữu hạn chất thải phóng xạ, trong khi phản ứng tổng hợp hạt nhân mà bản chất là phản ứng kết hợp các nguyên tử hydro để tạo ra heli, cung cấp nguồn điện vô tận không xả thải carbon và phụ phẩm gây ô nhiễm môi trường. Mặc dù vậy, đến thời điểm này vẫn cần nhiều thời gian hơn để nghiên cứu hoàn thiện công nghệ.

Những năm 2021 và 2022 có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển công nghệ nhiệt hạch và vấn đề cấp thiết là phải thấy được, phản ứng nhiệt hạch từng bước rời khỏi các phòng thí nghiệm và tham gia vào thị trường điện năng trong những năm tới.

Cuộc khảo sát thường niên lần thứ hai của FIA được định hướng vào những doanh nghiệp lớn nhất, hoặc những doanh nghiệp đã trả lời những câu hỏi khảo sát của hiệp hội nhằm tạo ra bức tranh toàn cảnh nhất về ngành nhiệt hạch.

Giám đốc điều hành FIA Andrew Holland trong bản báo cáo cho biết, năm 2022 đã chứng kiến trường hợp đầu tiên về khả năng kiểm soát “plasma cháy” tại Cơ sở Gây cháy Quốc gia (National Ignition Facility) ở California, sản lượng năng lượng kỷ lục từ Joint European Torus ở Oxford, thời gian duy trì trạng thái plasma nhiệt độ cao tại KSTAR của Hàn Quốc và EAST của Trung Quốc.

Nguồn vốn tư nhân tham gia kinh doanh

Các công ty nhiệt hạch do tư nhân tài trợ trong FIA cũng đạt được những tiến bộ đáng kể. Công ty Commonwealth Fusion Systems ở Massachusetts trình diễn nam châm mạnh nhất thế giới, Helion ở Washington đạt được nhiệt độ plasma trên 100 triệu độ, Tokamak Energy ở Anh hoàn thành hệ thống nén plasma chính xác, General Fusion ở Canada thể hiện khả năng hoạt động ở nhiệt độ plasma cao.

Với những tiêu chuẩn đã đạt được, nguồn vốn tư nhân đang tham gia vào lĩnh vực kinh doanh nhiệt hạch, cho phép chế tạo ra các thiết bị thử nghiệm, chứng minh khả năng thực tế có năng lượng nhiệt hạch. Theo nghiên cứu của FIA, ngành công nghiệp tư nhân thu hút được những khoản đầu tư mới với tổng trị giá hơn 2,8 tỷ USD, nâng tổng số vốn đầu tư tư nhân lên hơn 4,7 tỷ USD, theo báo cáo của FIA.

FIA cũng ghi nhận thêm 117 triệu USD tài trợ và những hỗ trợ khác của chính phủ Mỹ trong năm 2022, nhiều gấp 3 lần đầu tư trước đó cho ngành năng lượng nhiệt hạch so với cùng kỳ năm 2021.

Với sự trợ giúp của những khoản đầu tư này, các công ty nhiệt hạch có được khả năng nhanh chóng xây dựng các nhà máy thí điểm cần thiết để chứng minh, năng lượng nhiệt hạch đã sẵn sàng thương mại hóa.

Các chính phủ phải đóng vai trò là đối tác thực sự trong việc phát triển công nghệ năng lượng nhiệt hạch khi quá trình tổng hợp nhiệt hạch đang dần chuyển từ phòng thí nghiệm đến thị trường. Theo Holland, không nên có “sự cạnh tranh” giữa các phương pháp tổng hợp nhiệt hạch, được nhà nước tài trợ và khối tư nhân tài trợ.

Những quan hệ đối tác thực sự phải được hình thành thông qua tài trợ từ khu vực công và khu vực tư nhân. Các chính phủ cần cung cấp cơ sở hạ tầng và hỗ trợ đào tạo lực lượng lao động nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho cuộc cách mạng năng lượng nhiệt hạch trong khi khu vực tư nhân xây dựng các nhà máy điện.

Chính phủ Mỹ cam kết tài trợ 50 triệu USD cho năng lượng nhiệt hạch

Tháng 9/2022, Bộ Năng lượng Mỹ (DoE) thông báo chính phủ sẽ chi tới 50 triệu USD cho một chương trình phát triển nhiệt hạch, được cho phép trong Đạo luật Năng lượng năm 2020.

“Chương trình này sẽ hỗ trợ các tổ chức vì lợi nhuận, những chủ thể có thể hợp tác với các phòng thí nghiệm quốc gia, trường đại học và những cơ quan khác đáp ứng các cột mốc quan trọng về kỹ thuật và thương mại hóa, hướng tới khả năng thiết kế thành công một nhà máy điện nhiệt hạch (FPP) thí điểm, mang lại khả năng hợp nhất về kỹ thuật và thương mại, ” DoE trong thông cáo báo chí cho biết.

Ông Holland nói: “Đầu tư địa chính trị vào năng lượng nhiệt hạch có thể đóng góp vào nền hòa bình lâu dài. Năng lượng nhiệt hạch cần phải trở thành nền tảng cho sự thịnh vượng, an toàn và an ninh nếu chúng ta thực hiện các khoản đầu tư cần thiết yếu ngay hôm nay”.

Các thị trường mục tiêu. Ảnh: Báo cáo FIA

Biểu đồ phác thảo sự phát triển của các công ty nhiệt hạch. Ảnh : Báo cáo FIA

Một số thị trường các doanh nghiệp quan tâm

Phần lớn các doanh nghiệp được phản ánh trong cuộc khảo sát của FIA chủ yếu quan tâm đến sản xuất điện.

Nhưng hầu hết trong số các doanh nghiệp đã báo cáo về 2 thị trường tiềm năng bổ sung cho công nghệ là động cơ đẩy phương tiện bay trên không gian và hàng hải. Ngoài ra, các doanh nghiệp có sự quan tâm đáng kể đến khả năng sử dụng nhiệt hạch để sản xuất hydro, nhiên liệu sạch bền vững, điện ngoài lưới điện.

Kết luận của cuộc khảo sát tương tự như năm 2017, phần lớn các doanh nghiệp dự đoán công nghệ nhiệt hạch sẽ cung cấp điện cho lưới điện vào năm 2030.

Báo cáo của FIA lưu ý, mặc dù có những tiến bộ đáng kể, lĩnh vực năng lượng điện nhiệt hạch có rất nhiều việc phải làm trong tất cả các lĩnh vực liên quan, nhưng quan trọng nhất là tạo ra một lực lượng lao động kỹ thuật công nghệ đa dạng hơn, kể cả các nhà vật lý và kỹ sư nhiệt hạch.

Theo EE Times

Thái Bằng