Trong nhiều thập kỷ, thorium bị gạt khỏi các cuộc thảo luận toàn cầu về năng lượng khi uranium thống trị ngành năng lượng hạt nhân. Nhưng hiện nay, xu hướng của thế giới hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 đang thay đổi tình hình, đưa loại nhiên liệu này trở lại mạnh mẽ.

Thủ tướng Ấn Độ Narendra Modi (phải) thị sát lò phản ứng PFBR tại Tamil Nadu. Ảnh: Hindustan Times

Các quốc gia cần nguồn năng lượng ổn định, ít phát thải carbon và có thể hoạt động liên tục 24/7. Vì vậy, các công nghệ hạt nhân tiên tiến đang một lần nữa thu hút sự chú ý và thorium đang trở thành chủ đề nóng.

Bước đột phá của Ấn Độ

Hôm 6-4, lò phản ứng tái tạo nhanh nguyên mẫu (PFBR) đầu tiên do Ấn Độ tự thiết kế và chế tạo tại bang Tamil Nadu ở miền Nam nước này đã chính thức đạt trạng thái vận hành ổn định. Đây là bước đầu tiên trước khi có thể phát điện bởi nếu không đạt trạng thái ổn định, lò phản ứng công suất 500 megawatt điện này sẽ không thể hoạt động.

PFBR là loại lò phản ứng hạt nhân tiên tiến có khả năng tạo ra nhiều vật liệu phân hạch (uranium-233), tức nhiên liệu dùng cho phản ứng phân hạch, hơn lượng mà nó tiêu thụ.

Các lò phản ứng hạt nhân mà Ấn Độ và nhiều quốc gia khác đang sử dụng phổ biến là lò phản ứng nước nặng áp lực (PHWR). Chúng sử dụng uranium làm nhiên liệu và thải ra plutonium như một sản phẩm phụ.

Tuy nhiên, lò PFBR có thể tận dụng chính lượng plutonium thừa này làm nhiên liệu để duy trì phản ứng hạt nhân tự vận hành. Dù vẫn sử dụng uranium, nhưng loại lò này cần ít uranium hơn vì có thể “đốt” cả plutonium. Do vậy, lò tại Tamil Nadu sẽ cần ít uranium hơn để sản xuất điện so với các lò PHWR. Thêm một điểm khác biệt là nó được thiết kế để chuyển đổi sang sử dụng thorium.

Trên toàn cầu, trữ lượng thorium lớn gấp 4 lần so với uranium. Ấn Độ chỉ sở hữu 1-2% trữ lượng uranium của thế giới, nhưng lại nắm giữ hơn 25% trữ lượng thorium.

Sức hấp dẫn từ thorium

Thorium là một kim loại phóng xạ tự nhiên có trong vỏ Trái đất, nhưng cách thức hoạt động khác với uranium. Nó không trực tiếp phân hạch, nghĩa là không thể tự duy trì phản ứng hạt nhân. Thay vào đó, thorium-232 sẽ hấp thụ neutron trong lò phản ứng và chuyển hóa thành uranium-233. Đây chính là vật liệu tạo ra phản ứng phân hạch.

Về lợi ích, các lò phản ứng sử dụng thorium hoặc nhiên liệu dựa trên thorium ổn định hơn ở nhiệt độ cao, giảm nguy cơ các sự cố nghiêm trọng như nóng chảy hạt nhân và tạo ra ít chất thải phóng xạ so với các lò phản ứng uranium truyền thống.

Địa chính trị cũng đóng vai trò quan trọng. Việc nguồn cung uranium tập trung ở một số khu vực nhất định sẽ tạo ra rủi ro. Ngược lại, thorium phân bố rộng rãi hơn, giúp tăng cường an ninh năng lượng và giảm phụ thuộc vào một vài quốc gia cụ thể.

Theo Cơ quan khảo sát địa chất Mỹ, các trữ lượng lớn thorium tập trung tại Ấn Độ (850.000 tấn), Brazil (630.000 tấn), Úc và Mỹ (600.000 tấn mỗi nước). Ngoài ra, các nước thuộc Cộng đồng các quốc gia độc lập (CIS) cùng sở hữu khoảng 1,5 triệu tấn thorium, bao gồm Kazakhstan, Uzbekistan và Azerbaijan.

Theo các đánh giá địa chất, nguồn tài nguyên này về lý thuyết có thể tạo ra điện năng trong nhiều thế kỷ nếu được khai thác đầy đủ bằng các công nghệ lò phản ứng tiên tiến. Điều đó khiến thorium không chỉ là nhiên liệu thay thế, mà còn là giải pháp năng lượng dài hạn.

HẠNH NGUYÊN