Trung Quốc và Mỹ đang chạy đua để tạo ra năng lượng tổng hợp hạt nhân quy mô lưới điện đầu tiên trên thế giới. Sau nhiều thập kỷ Mỹ dẫn đầu, Trung Quốc đang bắt kịp bằng cách đầu tư mạnh mẽ và xây dựng các dự án với tốc độ kỷ lục.
Thường được gọi là chén thánh của năng lượng sạch, tổng hợp hạt nhân tạo ra năng lượng nhiều hơn 4 lần trên một kilogam nhiên liệu so với phân hạch hạt nhân truyền thống và nhiều hơn 4 triệu lần so với đốt than, đồng thời không có khí nhà kính hoặc chất thải phóng xạ lâu dài. Theo Ignition Research, nếu mọi việc diễn ra theo kế hoạch, thị trường này sẽ có giá trị ít nhất là 1.000 tỷ USD vào năm 2050.
Dennis Whyte, giáo sư khoa học và kỹ thuật hạt nhân tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết: "Những nhà máy điện tổng hợp duy nhất đang hoạt động hiện nay trong vũ trụ là các ngôi sao".
Mỹ là quốc gia đầu tiên sử dụng năng lượng tổng hợp quy mô lớn với một cuộc thử nghiệm bom khinh khí vào năm 1952. Trong bảy thập kỷ sau đó, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã cố gắng khai thác các phản ứng tổng hợp để phát điện.
Phản ứng tổng hợp xảy ra khi các nguyên tử hydro đạt đến nhiệt độ đủ cao để chúng hợp nhất với nhau, tạo thành một loại khí siêu nóng gọi là plasma. Về mặt lý thuyết, khối lượng tỏa ra trong quá trình này có thể biến thành một lượng năng lượng khổng lồ, nhưng plasma rất khó kiểm soát.
Theo Hiệp hội Công nghiệp Phản ứng tổng hợp hạt nhân (FIA), đầu tư tư nhân vào các công ty khởi nghiệp về năng lượng nhiệt hạch của Mỹ đã tăng vọt lên hơn 8 tỷ USD vào năm 2022, tăng từ 1,2 tỷ USD vào năm 2021. Trong số 40 công ty thành viên của FIA, 25 công ty có trụ sở tại Mỹ.
Năng lượng hạt nhân truyền thống (được tạo ra từ phản ứng phân hạch thay vì phản ứng nhiệt hạch) đã chứng kiến sự gia tăng lớn về đầu tư khi Big Tech tìm cách đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu AI. Amazon, Google và Meta đã ký cam kết giúp tăng gấp ba năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới vào năm 2050.
"Nếu quan tâm đến AI và quan tâm đến vị thế dẫn đầu về năng lượng… chúng ta phải đầu tư vào năng lượng nhiệt hạch… Đây là điều mà nếu Mỹ không dẫn đầu thì Trung Quốc sẽ dẫn đầu", Giám đốc điều hành FIA Andrew Holland cho biết.
Quy mô và tốc độ đầu tư
Mặc dù Mỹ có nhiều nhà máy điện hạt nhân hoạt động nhất, nhưng Trung Quốc lại đang dẫn đầu trong các dự án mới.
Mặc dù đã khởi công xây dựng lò phản ứng đầu tiên gần bốn thập kỷ sau khi Mỹ tiên phong trong công nghệ này, nhưng hiện nay Trung Quốc đang xây dựng nhiều nhà máy điện phân hạch hơn bất kỳ quốc gia nào khác.
Trung Quốc đã tham gia cuộc đua nhiệt hạch vào đầu những năm 2000 (khoảng 50 năm sau Mỹ) khi họ tham gia cùng hơn 30 quốc gia để hợp tác trong siêu dự án Lò phản ứng thử nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) tại Pháp. Nhưng kể từ đó, ITER đã gặp phải sự chậm trễ.
Cuộc đua cũng đang diễn ra giữa các quốc gia riêng lẻ, nhưng khu vực tư nhân Mỹ vẫn dẫn đầu. Theo FIA, trong số 8 tỷ USD đầu tư nhiệt hạch tư nhân toàn cầu, 6 tỷ USD là ở Mỹ.
Trung Quốc đang đặt ra 1,5 tỷ USD mỗi năm cho nỗ lực này trong khi số tiền liên bang của Mỹ dành cho nhiệt hạch trung bình khoảng 800 triệu USD mỗi năm trong vài năm qua.
Tổng thống Donald Trump đã tăng cường hỗ trợ cho năng lượng hạt nhân, bao gồm cả nhiệt hạch trong nhiệm kỳ đầu tiên và điều đó tiếp tục dưới thời cựu Tổng thống Joe Biden. Tuy nhiên, nguồn tài trợ nhiệt hạch sẽ như thế nào trong nhiệm kỳ thứ hai của Tổng thống Trump vẫn đang bỏ ngỏ.
Mặt khác, Mỹ có thể đã mất đi vị thế dẫn đầu khi nói đến kích thước lò phản ứng. Nhìn chung, diện tích càng lớn thì lò phản ứng càng có thể làm nóng và hạn chế plasma hiệu quả hơn, tăng cơ hội có được năng lượng dương ròng.
Nhân lực và vật liệu
Việc Trung Quốc nhanh chóng triển khai các dự án tổng hợp hạt nhân mới diễn ra vào thời điểm mà các nỗ lực của Mỹ chủ yếu tập trung vào việc nâng cấp các máy móc hiện hữu, mà một số trong số chúng đã hơn 30 năm tuổi.
Vào đầu những năm 2000, việc cắt giảm ngân sách cho nghiên cứu tổng hợp hạt nhân trong nước đã buộc các trường đại học của Mỹ phải dừng nghiên cứu máy móc mới và cử các nhà nghiên cứu đến học trên máy móc của các quốc gia khác, bao gồm cả Trung Quốc.
Theo báo cáo của Nikkei Asia, Trung Quốc hiện có nhiều bằng sáng chế về tổng hợp hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác và số lượng tiến sĩ về khoa học và kỹ thuật tổng hợp hạt nhân gấp 10 lần so với Mỹ.
Bên cạnh nhân lực, các dự án nhiệt hạch cần một lượng lớn vật liệu, chẳng hạn như nam châm công suất cao, kim loại cụ thể, tụ điện và chất bán dẫn công suất.
Trong khi đó, Trung Quốc đang có những động thái để kiểm soát chuỗi cung ứng cho nhiều loại vật liệu quan trọng trong các dự án nhiệt hạch, tương tự như cách họ thống trị pin mặt trời và pin xe điện.
“Trung Quốc đang đầu tư gấp 10 lần so với Mỹ vào việc phát triển vật liệu tiên tiến…Đó là điều chúng ta phải thay đổi", David Kirtley, người sáng lập và giám đốc điều hành của Công ty nhiệt hạch hạt nhân Helion Energy cho biết.
Mặc dù vậy, thời điểm đạt được năng lượng tổng hợp thương mại quy mô lưới điện vẫn còn một chặng đường dài phía trước. Helion Energy đã đặt mục tiêu trở thành công ty đầu tiên đạt được vào năm 2028. Trong khi Commonwealth có kế hoạch đưa nhà máy điện tổng hợp đầu tiên vào hoạt động vào đầu những năm 2030.
"Mặc dù những sản phẩm đầu tiên có thể ở Mỹ, nhưng tôi không nghĩ chúng ta nên an ủi về điều này…Vạch đích thực sự là ngành công nghiệp tổng hợp hạt nhân trưởng thành đang sản xuất các sản phẩm để sử dụng trên toàn thế giới, bao gồm cả trong các trung tâm AI", giáo sư Dennis Whyte cho biết.
