Microsoft vừa ký một thỏa thuận khiến giới công nghệ ngạc nhiên, mua điện từ nhà máy phản ứng tổng hợp hạt nhân, hay nhiệt hạch. Đây là phản ứng tạo ra năng lượng cho Mặt trời.
Phản ứng nhiệt hạch hứa hẹn là nguồn năng lượng sạch vô hạn, nhưng triển khai thương mại vẫn là tương lai rất xa vời. Một công ty có tên Helion Energy cho rằng họ có thể giao nguồn năng lượng này cho Microsoft vào năm 2028.
Theo thỏa thuận công bố ngày 10/5, Helion sẽ chạy máy phát nhiệt hạch thương mại đầu tiên trên thế giới vào năm 2028, hòa lưới điện ở Washington, tạo ra ít nhất 50 megawatt điện.
"Đây là mục tiêu táo bạo nhất mà tôi từng nghe", Robert Rosner, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Chicago, nói.
Các chuyên gia ước tính sớm nhất là cuối thập kỷ này, hoặc vài thập kỷ nữa, thế giới mới có nhà máy nhiệt hạch đầu tiên. Để đáp ứng được thỏa thuận với Microsoft, Helion phải đạt được những bước đột phá công nghệ trong thời gian ngắn, sau đó thương mại hóa sao cho chi phí rẻ hơn so với các nguồn năng lượng khác.
Mục tiêu chinh phục nguồn năng lượng của Mặt trời
“Đây là một thỏa thuận ràng buộc có hình phạt tài chính nếu chúng tôi không thể hoàn thành. Chúng tôi cam kết có thể xây dựng một hệ thống tổng hợp hạt nhân và bán thương mại hệ thống đó cho Microsoft", David Kirtley, người sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của Helion, nói với The Verge.
Bên trong lò phản ứng nhiệt hạch tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (Mỹ). (Ảnh: BBC).
Phản ứng tổng hợp hạt nhân bắt chước cách các ngôi sao tạo ra ánh sáng và nhiệt. Chẳng hạn, với Mặt trời, các hạt nhân hydro hợp nhất với nhau, tạo ra heli và một lượng năng lượng khổng lồ.
Đây cũng chính là nguyên lý hoạt động của bom nhiệt hạch, còn gọi là bom khinh khí hay bom H. Tuy nhiên để vũ khí hóa, phản ứng này không cần bị kiểm soát chặt chẽ như khi sản xuất điện.
Phản ứng nhiệt hạch trái ngược với phản ứng hạt nhân hay phân hạch - giải phóng năng lượng thông qua phân tách các nguyên tử. Một nhược điểm lớn của phản ứng phân hạch là để lại các hạt nhân không ổn định có thể duy trì tính phóng xạ trong hàng triệu năm. Nhiệt hạch tránh được vấn đề chất thải phóng xạ vì nó chỉ tạo ra các nguyên tử helium mới.
Ngày nay, để tạo ra điện thông qua phản ứng nhiệt hạch, các nhà khoa học dùng chùm tia laze cực mạnh bắn vào một mục tiêu nhỏ, hoặc dùng một cỗ máy gọi là tokamak tạo ra từ trường dồn nén vật chất quá nhiệt, plasma.
Lò phản ứng nhiệt hạch của Joint European Torus (JET). (Ảnh: JET).
Helion không sử dụng những phương pháp này. Công ty đang phát triển một thiết bị dài 12m, được gọi là máy gia tốc plasma, làm nóng nhiên liệu lên 100 triệu độ C. Máy nung nóng deuterium, một đồng vị của hydro, và helium-3 thành plasma, sau đó sử dụng từ trường để nén plasma cho đến khi phản ứng nhiệt hạch xảy ra.
Bí mật kỹ thuật của Helion
Helion tuyên bố rằng toàn bộ lượng điện dùng để kích hoạt phản ứng sẽ được "tái sử dụng" để sạc các nam châm tạo ra từ trường của thiết bị. “Chúng tôi thu hồi tất cả năng lượng năng lượng đưa vào phản ứng nhiệt hạch có thể xây dựng các hệ thống nhỏ hơn và rẻ hơn", Kirtley nói.
“Đây là một thông báo thú vị và nhiều người trong giới công nghệ rất muốn xem các chi tiết kỹ thuật”, Anne White, chuyên gia về năng lượng hạt nhân tại Trường Kỹ thuật MIT, cho biết.
Tìm ra cách sử dụng năng lượng hiệu quả là chìa khóa để biến năng lượng nhiệt hạch thành hiện thực. Cần nhiệt độ và áp suất cực cao để buộc các nguyên tử hợp nhất với nhau. Và cho đến nay, để tạo ra phản ứng nhiệt hạch, các nhà nghiên cứu phải tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với phản ứng nhiệt hạch tạo ra.
Thiết bị nguyên mẫu của Helion nhìn từ mặt trước. (Ảnh: Helion).
Vào tháng 12/2022, công nghệ laser đã đạt được một bước đột phá gọi là “đánh lửa nhiệt hạch”, lần đầu tiên phản ứng nhiệt hạch nhân tạo có "lãi" về năng lượng. Đây là một cột mốc quan trọng mà Helion vẫn chưa đạt được.
Rosner cho biết nguồn nhiên liệu helium-3 có thể là một thách thức lớn khác. Đây là một đồng vị rất hiếm được sử dụng trong máy tính lượng tử và chụp ảnh y tế. Helion nói rằng họ đã được cấp bằng sáng chế cho một quy trình tạo ra helium-3 bằng cách kết hợp các nguyên tử deuterium với nhau trong máy gia tốc plasma. Một phần hấp dẫn của phản ứng tổng hợp hạt nhân là nó có thể chạy bằng hydro, nguyên tố đơn giản nhất và sẵn có nhất trong vũ trụ.
Các nhà tài trợ của Helion bao gồm Sam Altman, Giám đốc điều hành OpenAI. Altman là chủ tịch hội đồng quản trị của Helion và là nhà đầu tư lớn nhất, theo The Washington Post, và có thể đã tham gia môi giới thỏa thuận mua bán giữa Helion với Microsoft.
“Thỏa thuận với Helion đi theo mục tiêu năng lượng sạch dài hạn của chúng tôi và sẽ thúc đẩy thị trường thiết lập một phương pháp mới, hiệu quả để mang lại nhiều năng lượng sạch hơn”, Brad Smith, Chủ tịch Microsoft, cho biết trong một thông cáo báo chí.