Dẫn đầu thế giới về lĩnh vực phản ứng nhiệt hạch trong nhiều thập kỷ, một số công ty và chuyên gia cho biết Mỹ vẫn là cường quốc hạt nhân nhưng đang mất dần vị thế trước Trung Quốc trên đường đua làm chủ nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn này.

Năng lượng sạch đáng mơ ước

Phản ứng nhiệt hạch là tên gọi của chu trình tổng hợp 2 hạt nhân để tạo nên hạt nhân mới nặng hơn. Cách phổ biến nhất để tạo năng lượng nhiệt hạch hiện nay là sử dụng các biến thể hydro làm nhiên liệu đầu vào, sau đó tăng nhiệt độ của chúng lên mức cực cao trong cỗ máy có dạng vòng (tokamak), kết quả sẽ tạo ra trạng thái thứ 4 của vật chất gọi là “plasma”. Thông qua chuỗi phản ứng này, con người thu được nguồn năng lượng mới có thể sử dụng để quay tua-bin và tạo ra điện mà không phát thải carbon hay chất thải phóng xạ.

Các nhân viên lò tokamak của công ty Energy Singularity. Ảnh: Energy Singularity

Đã có nhiều quốc gia trên thế giới đạt những kết quả nghiên cứu nhất định về phản ứng tổng hợp hạt nhân, nhưng duy trì năng lượng nhiệt hạch đủ lâu để sử dụng trong thực tế vẫn còn khó nắm bắt. Cho nên có thể nói, sẽ là triển vọng hấp dẫn mang tới thịnh vượng và sức ảnh hưởng toàn cầu cho bất kỳ nước nào thành công kiểm soát và làm chủ công nghệ này trong tương lai. Đây thậm chí được coi là giải pháp “thay đổi cuộc chơi” khi Trái đất ngày càng nóng lên.

Trung Quốc vươn lên trong lĩnh vực điện hạt nhân

Từ đầu những năm 1950, Mỹ đã là một trong những nước đầu tiên trên thế giới thực hiện bước đi mang tính tương lai với các công trình nghiên cứu về nhiệt hạch. Mỹ cũng là nước đầu tiên ứng dụng năng lượng nhiệt hạch (bom khinh khí) và dẫn đầu lĩnh vực này trong hàng chục năm. Trong các vụ thử ở Thái Bình Dương, nhiều loại bom tạo ra phản ứng nhiệt hạch có sức công phá gấp 700 lần vụ nổ ở Hiroshima.

Hiện Mỹ có 94 lò phản ứng hạt nhân và đang lên kế hoạch xây dựng thêm nhà máy mới với số lượng giới hạn, bao gồm một nhà máy được nhà đồng sáng lập tập đoàn Microsoft Bill Gates hậu thuẫn để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu. Điều này phản ánh hy vọng của ngành công nghệ rằng năng lượng hạt nhân có thể là giải pháp nhanh chóng và thân thiện với khí hậu cho nhu cầu điện khổng lồ của ngành. Theo ước tính của ngân hàng Goldman Sachs, lượng điện sử dụng tại các trung tâm dữ liệu của Mỹ dự kiến ​tăng gấp 3 lần trong giai đoạn 2023-2030 và sẽ cần khoảng 47 gigawatt công suất điện năng mới.

Về phần mình, Trung Quốc đến cuối thập niên 1950 mới tham gia lĩnh vực nhiệt hạch nhưng đã tăng tốc và đạt được những thành tựu đáng kể những năm gần đây. Hiện số lượng bằng sáng chế nhiệt hạch từ Trung Quốc nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác, họ cũng sở hữu 56 lò hạt nhân và đang xây thêm 150 nhà máy trong giai đoạn 2020-2035. Không chỉ tăng số lượng lò phản ứng thông thường với tốc độ nhanh hơn, báo cáo của tổ chức nghiên cứu Information Technology & Innovation Foundation đánh giá Trung Quốc đi trước Mỹ từ 10-15 năm trong năng lực triển khai công nghệ hạt nhân thế hệ thứ 4 ở quy mô lớn.

Theo Kenneth Luongo, người đứng đầu tổ chức phi lợi nhuận về chính sách năng lượng, hạt nhân và an ninh xuyên quốc gia Partnership for Global Security, sự phát triển vượt bậc của Trung Quốc không nằm ngoài “bí quyết” nhận được hỗ trợ rất lớn từ nhà nước về tài chính, chuỗi cung ứng tích hợp cao cùng những cam kết phát triển công nghệ. Và Energy Singularity, công ty khởi nghiệp có trụ sở ở Thượng Hải, là một trong nhiều ví dụ về tốc độ phát triển chóng mặt của Trung Quốc.

Trong 3 năm kể từ khi thành lập vào năm 2021, Energy Singularity đã có được lò tokamak riêng và hiện lên kế hoạch xây dựng cỗ máy thế hệ thứ 2. Đối với một công ty mới thành lập trong lĩnh vực phức tạp nhất thế giới, Energy Singularity tin phương pháp của họ khả thi về mặt thương mại vào năm 2027 và thiết bị thế hệ 3 có thể đưa điện nhiệt hạch vào lưới điện trước năm 2035. Tham vọng trên có cơ sở khi Energy Singularity nhận được hơn 112 triệu USD đầu tư tư nhân. Họ cũng đạt thành tích là công ty đầu tiên trên thế giới có lò tokamak sử dụng nam châm tiên tiến trong thí nghiệm plasma. Theo Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ, loại nam châm này cho phép lò tokamak nhỏ sản xuất nhiều năng lượng nhiệt hạch như lò lớn và có thể kìm hãm plasma tốt hơn.

Năm ngoái, Trung Quốc còn khánh thành Cơ sở Nghiên cứu Toàn diện về Công nghệ Nhiệt hạch (CRAFT) trị giá 570 triệu USD tại tỉnh An Huy. Toàn bộ cơ sở hạ tầng của CRAFT dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2025, nhưng các nhà khoa học tại đây đã bắt đầu thực hiện các dự án chế tạo “Mặt trời nhân tạo”. So với cải tiến liên tục ở Trung Quốc, Giám đốc Điều hành (CEO) Andrew Holland của Hiệp hội Công nghiệp Nhiệt hạch trụ sở tại Washington cho biết cơ sở nhiệt hạch tại các phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ đang “già đi” với những cỗ máy 30 năm tuổi. Washington hiện phải dựa vào máy móc của các đồng minh như Nhật Bản, Anh và nhiều nước châu Âu để thúc đẩy nghiên cứu.

Bộ Năng lượng Mỹ ước tính, Chính phủ Trung Quốc đang đổ tiền vào các dự án nhiệt hạch với trung bình từ 1 đến 1,5 tỉ USD/năm. Con số đó cao hơn nhiều so với 800 triệu USD/năm mà chính quyền Tổng thống Mỹ Joe Biden chi cho lĩnh vực này. Không chỉ lớn mạnh hơn về đầu tư, nhiều chuyên gia trong ngành công nghiệp hạt nhân lo ngại Bắc Kinh với “lịch sử” sao chép công nghệ Mỹ đang đánh bại Washington trên chính sân chơi của mình.

Theo đó, một số lò tokamak thế hệ tiếp theo mà Trung Quốc xây dựng hoặc có kế hoạch mở rộng về cơ bản là “bản sao” của thiết kế cùng chất liệu được sản xuất từ Mỹ. Đơn cử như lò tokamak BEST do nhà nước Trung Quốc tài trợ, dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2027, là bản sao của phiên bản do công ty con của Viện MIT là Commonwealth Fusion Systems thiết kế. Ngay cả lãnh đạo của Energy Singularity cũng xác nhận cách tiếp cận của công ty được “lấy cảm hứng” từ công trình đang được MIT và Commonwealth Fusion Systems phát triển.

Mỹ tìm hướng đi công nghệ mới

Là nguồn năng lượng sạch bền vững, nhưng duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân trong thời gian dài vẫn là thách thức kỹ thuật lớn nhất đối với việc thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch. Đến nay, kỷ lục thế giới thuộc về lò siêu dẫn tiên tiến thử nghiệm (EAST) hay “Mặt trời nhân tạo” của Trung Quốc khi giữ plasma ổn định ở 70 triệu độ C (nóng gấp 5 lần lõi Mặt trời) trong 1.056 giây. Bước đột phá này đặt nền tảng khoa học và thực nghiệm vững chắc cho tương lai vận hành lò phản ứng nhiệt hạch ở Trung Quốc.

Trong khi Trung Quốc dần chiếm vị thế với thành công cải tiến lò tokamak, Mỹ đang tìm ra công nghệ khác trong lĩnh vực này: tia laser. Theo đó, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore năm 2022 đã sử dụng tia laser và thành công đạt được thặng dư về năng lượng nhiệt hạch. Đây là thí nghiệm đầu tiên trên thế giới mà năng lượng sản sinh từ quá trình nhiều hơn mức sử dụng để làm nóng nhiên liệu. Bên cạnh việc tìm hướng đi mới, Mỹ cũng đang thu hút nhiều đầu tư tư nhân hơn. Ước tính, khu vực tư nhân toàn cầu đã chi 7 tỉ USD cho nhiệt hạch trong 3-4 năm qua, trong đó khoảng 80% là của các công ty Mỹ.

MAI QUYÊN (Theo CNN, US News)