Một công ty New Zealand đang cố gắng tái tạo năng lượng của một ngôi sao trên Trái đất, bằng cách sử dụng lò phản ứng hợp hạch kiểu mới.
Tại một nhà kho ở thủ đô Wellington của New Zealand, một công ty mới thành lập đang cố gắng tái tạo năng lượng của một ngôi sao trên Trái đất, bằng cách sử dụng lò phản ứng hợp hạch kiểu mới.
Năng lượng nhiệt hạch là gì?
Mục tiêu của công ty là sản xuất phản ứng tổng hợp hạt nhân, một dạng năng lượng sạch gần như vô hạn, được tạo ra bởi phản ứng hoàn toàn ngược lại với năng lượng hạt nhân hiện tại của thế giới.
Có nghĩa thay vì phân tách các nguyên tử, phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ kết hợp chúng lại với nhau giống như cách Mặt trời tạo ra nặng lượng. Quá trình này tạo ra một luồng năng lượng mạnh mẽ có thể đạt được bằng cách sử dụng nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ: hydro.
Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân của Openstar Technologies tại Wellington, New Zealand. (Ảnh: OpenStar Technologies).
Đầu tháng này, OpenStar Technologies công bố rằng họ đã tạo ra được plasma siêu nóng ở nhiệt độ khoảng 300.000 độ C - một bước tiến quan trọng trên chặng đường đường sản xuất năng lượng nhiệt hạch.
Ratu Mataira, nhà sáng lập và CEO OpenStar, chia sẻ rằng: "Plasma đầu tiên là một khoảnh khắc thực sự quan trọng", vì đó là dấu mốc cho thấy hệ thống của công ty đang hoạt động hiệu quả.
Ông cho biết thêm rằng, để đạt được điều này, công ty đã mất hai năm và khoảng 10 triệu đô la, với mục tiêu làm cho công nghệ năng lượng nhiệt hạch trở nên rẻ hơn và nhanh hơn.
OpenStar là một trong số ít công ty khởi nghiệp đang thúc đẩy nghiên cứu và phát triển năng lượng nhiệt hạch, với mục tiêu thương mại hóa nguồn năng lượng này, ngay cả khi nó chưa được chứng minh hoàn toàn khả thi.
Các công ty năng lượng nhiệt hạch thu hút hơn 7,1 tỷ đô la tiền tài trợ, theo Hiệp hội Công nghiệp Nhiệt hạch. Tuy nhiên, các chuyên gia cảnh báo rằng con đường phía trước vẫn còn dài và đầy thách thức.
Nhiệt hạch - quá trình tương tự như quá trình tạo ra năng lượng cho Mặt trời và các ngôi sao khác - thường được gọi là “chén thánh” của năng lượng sạch: nó gần như vô hạn, không gây ô nhiễm môi trường và không tạo ra chất thải phóng xạ nguy hiểm như phản ứng phân hạch trong các nhà máy điện hạt nhân hiện nay.
Đây là một bước nhảy vọt để giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu đang leo thang. Nó có thể cung cấp năng lượng ổn định và liên tục, mà không cần phải xây dựng quá nhiều cơ sở hạ tầng mới. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể chuyển sang sử dụng năng lượng sạch mà không làm đảo lộn cuộc sống hiện tại.
Tuy nhiên, việc tạo ra năng lượng nhiệt hạch trên Trái đất lại là một thách thức cực kỳ lớn.
Công nghệ hợp hạch mới
Công nghệ phổ biến nhất liên quan đến một lo phản ứng có tên gọi chung là tokamak, được nạp bằng hai dạng khí hydro - deuterium, những chất dễ dàng được tìm thấy trong nước biển, và tritium được chiết xuất từ lithium.
Nhiệt độ bên trong tokamak đạt 150 triệu độ, nóng gấp 10 lần lõi Mặt trời. Dưới nhiệt độ cực lớn này, các đồng vị hydro va chạm với nhau trong khối plasma, khiến chúng hợp nhất và tạo ra một nguồn năng lượng khổng lồ.
Các cuộn dây nam châm từ trường của tokamak giúp giữ cho plasma không chạm vào thành của thiết bị.
Tuy nhiên, công nghệ của OpenStar thì ngược lại. Thay vì có plasma bên trong nam châm, nó lại có nam châm bên trong plasma.
Hình ảnh động bên trong lò phản ứng của OpenStar. (Ảnh: OpenStar Technologies).
Lò phản ứng của nó có một nam châm cực mạnh lơ lửng bên trong buồng chân không rộng khoảng 16 feet. Cách sắp xếp này lấy cảm hứng từ các hiện tượng tự nhiên như từ trường của 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. Chiếc máy đầu tiên ứng dụng các nguyên lý này được chế tạo tại MIT, hợp tác với Đại học Columbia, và đi vào hoạt động vào năm 2004, nhưng đã phải đóng cửa vào năm 2011.
“Ưu điểm của lò phản ứng này khả năng lặp lại thử nghiệm nhanh chóng và cải thiện hiệu suất rất nhanh”, Mataira cho biết. So với tokamak, công nghệ của OpenStar đơn giản và dễ sửa chữa hơn khi có sự cố.
OpenStar đã huy động được 12 triệu đô la và đang chuẩn bị cho một vòng tài trợ lớn hơn, đặt mục tiêu xây dựng thêm hai nguyên mẫu trong vòng 2-4 năm tới.
Năng lượng nhiệt hạch ngày càng khả thi
OpenStar chỉ là một trong số nhiều công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực hợp hạch đã xuất hiện trong 5 năm qua. Những quốc gia như Trung Quốc, Mỹ và Hàn Quốc cũng đang đẩy mạnh nghiên cứu và xây dựng lò phản ứng hợp hạch, đều đã giành được thành công nhất định.
Thiết bị nghiên cứu tiên tiến Tokamak siêu dẫn Hàn Quốc (KSTAR), được gọi là "mặt trời nhân tạo", tại Viện Năng lượng nhiệt hạch Hàn Quốc. (Ảnh: AFP).
Giáo sư Gerald Navratil từ Đại học Columbia cho biết: "Lĩnh vực này đang phát triển rất nhanh đến nỗi các nhà đầu tư tư nhân sẵn sàng rót vốn để đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu và phát triển công nghệ này”.
Commonwealth Fusion Systems, dẫn đầu với công nghệ tokamak, đã huy động được hơn 2 tỷ đô la. Trong khi đó, các công ty khác như OpenStar và Zap Energy đang theo đuổi những cách tiếp cận độc đáo hơn. Zap Energy đang tập trung vào việc phát triển lò phản ứng nhỏ gọn, có thể mở rộng quy mô, sử dụng xung điện để tạo ra plasma.
Các công ty trong lĩnh vực này đang đưa ra các câu trả lời cho câu hỏi “Khi nào năng lượng nhiệt hạch sẽ sẵn sàng?”. OpenStar dự đoán 6 năm. Commonwealth Fusion nói rằng vào đầu năm 2030. Zap Energy trả lời tương tự.
Tuy nhiên, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh (UK Atomic Energy Authority) cho biết rằng việc thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch sẽ chưa thành hiện thực cho đến nửa cuối thế kỷ này, do những thách thức lớn về khoa học và kỹ thuật.
Navratil chia sẻ rằng, đôi khi các công ty khởi nghiệp có xu hướng “nói quá về những gì họ có thể làm”. Việc chuyển từ lý thuyết sang thực tiễn, đặc biệt là việc xây dựng một hệ thống năng lượng an toàn và đáng tin cậy, là một quá trình vô cùng phức tạp.
Dù vậy, Mataira tin rằng cuộc đua phát triển năng lượng nhiệt hạch sẽ tạo ra một môi trường cạnh tranh sôi động, nơi các công ty học hỏi lẫn nhau và cùng nhau thúc đẩy tiến bộ nhanh chóng.