Tiết lộ chiến lược năng lượng nhiệt hạch: Giải pháp mới cho ngành năng lượng sạch toàn cầu

Cập nhật những diễn biến quan trọng nhất của COP28

EU tăng cường nhập khẩu nhiên liệu hạt nhân của Nga

Một kỹ thuật viên bên trong Phòng thí nghiệm quốc gia

Phản ứng nhiệt hạch kết hợp hai nguyên tử hydro lại với nhau để tạo ra một nguyên tử helium và rất nhiều năng lượng – có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô, sưởi ấm và làm mát nhà cửa cũng như những thứ khác hiện thường được cung cấp năng lượng bằng nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt. Điều đó làm cho phản ứng nhiệt hạch trở thành một giải pháp tiềm năng quan trọng cho vấn đề biến đổi khí hậu, nguyên nhân của sự biến đổi này là do đốt nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, phản ứng nhiệt hạch vẫn còn là một chặng đường dài, trong khi các công nghệ sạch khác như gió, mặt trời và các công nghệ khác hiện đang được sử dụng và có thể được tăng cường.

“Chúng ta đang tiến gần hơn bao giờ hết tới một thực tế được cung cấp năng lượng từ nhiệt hạch. Tuy nhiên đồng thời, vẫn tồn tại những thách thức lớn về khoa học và kỹ thuật,” ông Kerry nói tại Dubai để tham dự các cuộc đàm phán về khí hậu của Liên hợp quốc.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm hiểu phản ứng cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao khác – một mục tiêu khó nắm bắt vì nó đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cao.

Ông Kerry muốn đẩy nhanh tốc độ đó với hy vọng hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 độ C (2,7 độ F) kể từ thời tiền công nghiệp, một chuẩn mực do cộng đồng quốc tế đặt ra. Ông kêu gọi các quốc gia cùng nhau “khai thác sức mạnh vật lý cơ bản và sự khéo léo của con người để ứng phó với khủng hoảng”.

Chiến lược này đưa ra năm lĩnh vực hợp tác quốc tế: nghiên cứu, chuỗi cung ứng và thị trường tương lai, quy định, vấn đề lực lượng lao động và sự tham gia của công chúng. Kerry đã phát biểu điều này tại Diễn đàn Năng lượng Toàn cầu của Hội đồng Đại Tây Dương.

Mỹ và Vương quốc Anh đã công bố quan hệ đối tác vào tháng 11, để tăng tốc phát triển năng lượng nhiệt hạch toàn cầu và vào năm ngoái Mỹ đã công bố tầm nhìn nghiên cứu của riêng mình trong thập kỷ qua. Ở miền nam nước Pháp, 35 quốc gia đang hợp tác trên một cỗ máy thử nghiệm để khai thác năng lượng nhiệt hạch -Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER), để chứng minh tính khả thi của phản ứng nhiệt hạch như một nguồn năng lượng không chứa carbon quy mô lớn. Dự án đó đã bị cản trở do trì hoãn lâu và chi phí vượt mức. Hôm thứ Sáu tuần trước, Nhật Bản và Châu Âu cho biết họ sẽ khởi động lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới.

Andrew Holland, giám đốc điều hành của Hiệp hội Công nghiệp năng lượng nhiệt hạch, cho biết cả Trung Quốc và Nga đều là đối tác của ITER và đặc biệt là Trung Quốc đang tích cực thúc đẩy nghiên cứu và phát triển nhiệt hạch.

Ông nói: “Chúng tôi đang cố gắng xây dựng một lực lượng toàn cầu để đạt được điều đó trước người Trung Quốc, để người Trung Quốc không thống trị một công nghệ mới nào khác”.

Trước khi đến Dubai, ông Kerry đã đi tham quan Commonwealth Fusion Systems ở Devens, Massachusetts, một công ty đang chạy đua thiết kế, xây dựng và triển khai các nhà máy điện nhiệt hạch.

Jim O'Neill, giám đốc an toàn cấp cao tại Commonwealth Fusion Systems, ở Devens, Mass

Cho đến nay, toàn bộ năng lượng hạt nhân đều đến từ các lò phản ứng phân hạch hạt nhân, trong đó các nguyên tử được phân chia - một quá trình tạo ra cả năng lượng và chất thải phóng xạ. Ngành công nghiệp hạt nhân toàn cầu đã đưa ra sáng kiến ​​tại COP28 để các quốc gia cam kết tăng gấp ba lần loại năng lượng hạt nhân này vào năm 2050. Hơn 20 quốc gia đã ký kết, bao gồm cả Mỹ và chủ nhà của cuộc đàm phán năm nay, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất.

Phản ứng nhiệt hạch không tạo ra chất thải phóng xạ như phản ứng phân hạch hạt nhân. Theo Hiệp hội Công nghiệp Nhiệt hạch, trong cuộc chạy đua toàn cầu nhằm biến nó thành nguồn năng lượng thực tế và có thể là vô hạn, cho đến nay, hơn 6 tỷ USD đã được đầu tư. Hiện có hơn 40 công ty nhiệt hạch trên toàn cầu với hơn 80% vốn đầu tư vào Mỹ. Mười ba công ty đã nổi lên chỉ trong một năm rưỡi qua.

Theo hiệp hội này, công ty Commonwealth Fusion Systems đã huy động được nhiều nhất, hơn 2 tỷ USD.

Giống như nỗ lực của 35 quốc gia, Commonwealth đang cố gắng tạo ra nhiệt hạch bên trong cái được gọi là tokamak. Chiếc máy này sử dụng nam châm cực mạnh để giữ và cách nhiệt plasma sao cho nó đủ nóng để phản ứng nhiệt hạch xảy ra và giữ nóng lâu hơn.

Một năm trước, trong một bước đột phá lớn sử dụng một công nghệ khác tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California, lần đầu tiên các nhà khoa học đã có thể tạo ra một phản ứng tạo ra nhiều năng lượng hơn mức năng lượng được sử dụng để đốt cháy nó, gọi là năng lượng tăng ròng. Quá trình của họ sử dụng tia laser.

Các nhà vật lý trên khắp thế giới coi những cỗ máy tokamak là loại thiết nhiệt hạch từ tính hứa hẹn nhất.

Tokamaks ngày càng có kích thước lớn hơn để có hiệu suất tốt hơn. Commonwealth Fusion được thành lập vào năm 2018 bởi các nhà nghiên cứu và sinh viên từ Trung tâm Khoa học và Nhiệt hạch Plasma (MIT)của Viện Công nghệ Massachusetts. Sử dụng những đột phá trong công nghệ nam châm siêu dẫn kết hợp với khoa học từ tokamak nhỏ gọn, nhóm MIT bắt đầu chế tạo một nam châm chịu được nhiệt độ cao mà có thể tạo ra từ trường thực sự mạnh, sử dụng ít điện năng.

Alex Creely, người đứng đầu hoạt động của Tokamak, tại Commonwealth Fusion Systems, ở Devens, Mass

Giáo sư Dennis Whyte, người đồng sáng lập Commonwealth, người đứng đầu Trung tâm Khoa học và Nhiệt hạch Plasma, cho biết hy vọng của họ là nhanh chóng chế tạo được một thiết bị nhỏ hơn, ít tốn kém hơn để biến phản ứng nhiệt hạch thành hiện thực về mặt thương mại.

“Nếu phản ứng nhiệt hạch trở nên cạnh tranh về mặt kinh tế, chúng ta sẽ giải quyết được vấn đề năng lượng cho nhân loại mãi mãi," ông nói trong một cuộc phỏng vấn. "Áp lực đến từ biến đổi khí hậu và an ninh năng lượng có nghĩa là dường như đây là thời điểm thích hợp để thực hiện nỗ lực lớn nhằm đạt được điều đó."

Công ty này và trường đại học này đã hợp tác chặt chẽ. Vào năm 2021, họ đã bật nam châm điện siêu dẫn và trình diễn một từ trường phá kỷ lục, khiến nó trở thành nam châm nhiệt hạch mạnh nhất thuộc loại này.

Edwin Lyman, giám đốc an toàn năng lượng hạt nhân của Liên minh các nhà khoa học ở Washington, cho biết, bất chấp nhiều người cường điệu hóa lên, nhưng năng lượng nhiệt hạch hạt nhân rẻ và đáng tin cậy vẫn là một giấc mơ viển vông. Ông cho biết, năng lượng nhiệt hạch ít có khả năng được thương mại hóa hơn các giải pháp thay thế khác trong khung thời gian cho phép nó giúp ngăn chặn những tác động xấu nhất của biến đổi khí hậu. Ông Lyman cho biết mức giá khổng lồ cũng có thể làm mất đi những lựa chọn thay thế hứa hẹn hơn, chẳng hạn như năng lượng tái tạo, các nguồn tài nguyên mà họ cần để phát triển.

Tuy nhiên, 19 công ty nhiệt hạch cho rằng họ sẽ cung cấp điện cho lưới điện trước năm 2035, Hiệp hội Công nghiệp Nhiệt hạch cho biết vào tháng 7.

Commonwealth đang thiết kế nhà máy điện đầu tiên có tên là “ARC” để kết nối với lưới điện vào đầu những năm 2030.

ARC dự định sản xuất khoảng 460 megawatt điện. Khoảng 60 megawatt trong số đó sẽ được sử dụng để vận hành nhà máy, tạo ra công suất ròng khoảng 400 megawatt, đủ cung cấp điện cho hàng chục nghìn ngôi nhà. Theo công ty, họ dự kiến ​​nhà máy có giá khoảng 1 tỷ đến 2 tỷ USD và phù hợp với một không gian có kích thước bằng một sân bóng rổ.

Trước đó, Commonwealth cho biết họ sẽ xây dựng và thử nghiệm một nguyên mẫu tokamak mà họ gọi là SPARC, hy vọng sẽ kích hoạt nó vào cuối năm 2025 hoặc đầu năm 2026.

Giám đốc điều hành Bob Mumgaard cho biết ông nghĩ rằng năng lượng sạch từ phản ứng nhiệt hạch có thể khử cacbon cho các ngành công nghiệp nặng vốn là nguồn phát thải lớn khí nhà kính.

“Đó là sân chơi trong tương lai của chúng tôi, đó là thứ thực sự khó khăn, thứ sẽ khiến bạn khởi đầu bằng con số 0,” ông ấy nói trong một cuộc phỏng vấn.

Dọc theo các bức tường của Commonwealth có các họa tiết chấm trắng ngang hông, mỗi chấm tượng trưng cho một nhà máy trong số 10.000 nhà máy điện nhiệt hạch mà họ cho rằng thế giới sẽ cần đến năm 2050. Mumgaard cho biết đây là lời nhắc nhở hằng ngày rằng thế giới sử dụng rất nhiều năng lượng, hầu hết là năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch, và điều đó phải thay đổi.

Yến Anh