Hướng đi mới trong sản xuất năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch

Đây là một trong những dự án theo đuổi phát triển năng lượng sạch theo phương pháp tác động hạt nhân nguyên tử. Tuy nhiên, cách thức không giống như năng lượng hạt nhân mà nhiều quốc gia trên thế giới đang sử dụng hiện nay. Đấy chỉ là phản ứng phân hạch, chia tách hạt nhân thành những hạt nhân bé hơn và giải phóng năng lượng.

Còn công ty này đang phát triển công nghệ dựa trên phản ứng nhiệt hạch hay còn gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Đây là quá trình giữa 2 hay nhiều hạt nhân trở lên hợp lại với nhau để tạo nên một hạt nhân mới nặng hơn, cùng với đó là quá trình giải phóng năng lượng hoặc hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia.

Đầu tháng này, OpenStar Technologies thông báo rằng họ đã tạo ra được plasma siêu nóng ở nhiệt độ khoảng 300.000 độ C, một bước cần thiết trên con đường dài hướng tới sản xuất năng lượng nhiệt hạch.

Công ty này ca ngợi đây là một bước đột phá. Nhà sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của OpenStar, ông Ratu Mataira cho biết: “Plasma đầu tiên là một khoảnh khắc thực sự quan trọng. Đó là khoảnh khắc bạn biết rằng mọi thứ đều hoạt động hiệu quả”.

Trong phát biểu với hãng tin CNN, ông Mataira chia sẻ công ty phải mất 2 năm và khoảng 10 triệu USD để đạt được thành quả này. Một mức giá rẻ hơn và thời gian ngắn hơn rất nhiều so với những nỗ lực do các chính phủ đầu tư trong hàng thập kỷ.

OpenStar là một trong số nhiều công ty khởi nghiệp đang thúc đẩy thế giới hướng tới mục tiêu tổng hợp hạt nhân để chứng minh tình khả thi và thương mại hóa nguồn năng lượng này trong tương lai.

Theo Hiệp hội công nghiệp nhiệt hạch, các công ty nhiệt hạch đã thu hút được hơn 7,1 tỷ USD tiền tài trợ, nhưng các chuyên gia cảnh báo rằng vẫn còn một chặng đường dài và gian nan phía trước.

Năng lượng của Mặt Trời và các ngôi sao trong vũ trụ đều có nguồn gốc từ các phản ứng nhiệt hạch, bắt đầu từ việc đốt cháy hydrogen để tạo thành helium, được gọi là chu trình proton – proton. Đây được đánh giá là nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn, không gây ô nhiễm, gây tình trạng nóng lên toàn cầu và không có vấn đề chất thải phóng xạ lâu dài thường gặp ở phản ứng phân hạch – loại công nghệ hạt nhân thế giới hiện đang sử dụng.

Đây là một bước tiến đột phá để giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu đang leo thang. Tuy nhiên phải khẳng định việc tái tạo loại năng lượng này trên Trái Đất vô cùng khó khăn. Công nghệ phổ biến nhất bao gồm một cỗ máy ‘hình bánh rán’ gọi là tokamak, được cung cấp 2 dạng khí gồm deuterium - một đồng vị của hydro có trong nước biển và tritium - chiết xuất từ ​​lithium.

Nhiệt độ bên trong tokamak đạt tới 150 triệu độ C, nóng hơn lõi Mặt Trời tới 10 lần. Dưới sức nóng khủng khiếp này, các đồng vị hydro va chạm với nhau trong plasma, khiến chúng hợp nhất trong một quá trình tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Các cuộn dây từ tính mạnh trong tokamak được sử dụng để giới hạn plasma.

Tuy nhiên, công nghệ của OpenStar đảo ngược điều này, về cơ bản là lật ngược tokamak. Thay vì có plasma bên trong nam châm thì nó lại có nam châm bên trong plasma. Lò phản ứng của OpenStar có một nam châm cực mạnh duy nhất lơ lửng bên trong một buồng chân không rộng gần 5m, trông giống như một chiếc bánh rán thép có chân. Thiết kế được mô phỏng theo plasma trong từ trường của các hành tinh, bao gồm cả Trái Đất.

Nhà vật lý Akira Hasegawa đã đưa ra khái niệm này vào những năm 1980, dựa trên nghiên cứu của ông về plasma xung quanh Sao Mộc. Cỗ máy đầu tiên sử dụng các nguyên lý này được chế tạo tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) có sự hợp tác của Đại học Columbia và được đưa vào hoạt động vào năm 2004, nhưng đã kết thúc vào năm 2011.

Ông Mataira cho rằng, ưu điểm của lò phản ứng của công ty OpenStar là dễ chế tạo và sản xuất nhanh hơn so với tokamak. Ông cũng cho biết việc chế tạo ít phức tạp hơn tokamak nên việc sửa chữa sẽ nhanh hơn nếu phát sinh sự cố.

OpenStar đã huy động được 12 triệu USD và hiện đang bắt đầu một vòng gọi vốn tài trợ mới lớn hơn. Công ty có kế hoạch xây dựng thêm 2 nguyên mẫu nữa trong vòng 2 đến 4 năm tới để tìm ra cách mở rộng quy mô và có thể hiện thực hóa được tham vọng sản xuất, thương mại hóa nguồn năng lượng này.

Ông Gerald Navratil, Giáo sư về năng lượng nhiệt hạch và vật lý plasma tại Đại học Columbia, cho biết OpenStar là 1 trong nhiều công ty nhiệt hạch nổi lên trong 5 năm qua, theo đuổi nhiều công nghệ đa dạng. Ông nói rằng: "Lĩnh vực này đã ‘trưởng thành’ đến mức hiện nay các nhà đầu tư mạo hiểm tư nhân sẵn sàng bỏ tiền ra để thử đánh giá phản ứng nhiệt hạch hơn một chút hay không".

Commonwealth Fusion Systems – 1 trong những dự án thương mại lớn nhất, sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao bên trong tokamak, đã huy động được hơn 2 tỷ USD.

Những công ty khác, như OpenStar, đang khám phá công nghệ khác thông thường hơn. Trong khi đó, công ty Zap Energy có trụ sở tại Seattle đang cố gắng xây dựng một lò phản ứng nhỏ gọn, có thể mở rộng quy mô mà không sử dụng nam châm, thay vào đó bắn xung điện vào luồng plasma.

Khi được hỏi khi nào sẽ sẵn sàng cung cấp năng lượng nhiệt hạch, công ty OpenStar nhận định là khoảng 6 năm tới. Commonwealth Fusion dự định có thể cung cấp năng lượng nhiệt hạch cho lưới điện vào đầu những năm 2030 và tương tự thời gian trên với Zap Energy.

Cơ quan Năng lượng nguyên tử Anh cho biết phản ứng nhiệt hạch không có khả năng trở thành hiện thực thương mại cho đến nửa cuối thế kỷ này do những thách thức đáng kể về khoa học và kỹ thuật.

Công ty OpenStar vẫn giữ thái độ khá lạc quan và tự tin vào khả năng nhanh chóng thúc đẩy thế giới tiến xa hơn và nhanh hơn tới một nguồn năng lượng sạch hấp dẫn từ năng lượng nhiệt hạch. Giám đốc điều hành công ty cho rằng: “Không phải tất cả các công ty tổng hợp hạt nhân đều sẽ thành công, OpenStar có thể là một trong số đó. Nhưng với tư cách là một xã hội, chúng ta sẽ cùng nhau học nhanh hơn”.