Năng lượng nhiệt hạch - không lo thiếu hụt điện

Phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi mức nhiệt độ và áp suất cực điểm. Ảnh minh họa

Nếu con người có thể làm cho 2 nguyên tử cực nóng va chạm vào nhau rồi kết hợp thành một, kèm theo có khả năng kiểm soát năng lượng giải phóng ra sau va chạm thì chúng ta sẽ chẳng cần phải lo lắng gì về việc thiếu hụt điện nữa.

General Fusion - một doanh nghiệp của Canada hiện đang phát triển một lò tổng hợp hạt nhân dựa trên nguyên tắc từ tính. Ở mức nén cực đại, việc tổng hợp sẽ được diễn ra và năng lượng giải phóng dưới dạng hạt notron nhanh. Dung dịch kim loại lỏng xung quanh sẽ làm cho các notron này chậm lại và sinh ra nhiệt. Một bộ trao đổi nhiệt gắn trong lò sẽ dùng sức nóng đó đun nóng nước và làm quay turbine điện theo kiểu tiêu chuẩn, từ đây sinh ra điện. Đến nay, General Fusion đã phát triển xong các thành phần con dưới dạng nguyên mẫu, sau đó sẽ tiếp tục kết hợp chúng thành một nguyên mẫu to hơn.

Mục tiêu của những nghiên cứu về năng lượng tổng hợp nhiệt hạch là nhằm tạo ra nguồn năng lượng giống như trên những ngôi sao ngay tại Trái đất bằng cách tổng hợp hạt nhân các hạt nhân nhẹ.

Mới đây, trong khuôn khổ Hiệp định phát triển năng lượng tổng hợp nhiệt hạch Châu Âu (EFDA), một bản báo cáo phác họa định hướng đưa điện nhiệt hạch (fusion energy) lên lưới điện vào năm 2050 đã được công bố. Báo cáo có tên là “Lộ trình hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch”. Theo báo cáo, khả năng sản xuất điện tổng hợp nhiệt hạch một cách hiệu quả sẽ đem lại lợi ích to lớn, không chỉ cho các nước thành viên của EFDA mà cả mọi quốc gia trên thế giới.

So với các loại năng lượng tái tạo mà thế giới đang theo đuổi, điện nhiệt hạch có những lợi thế đặc biệt. Thứ nhất, để sản xuất điện, các lò phản ứng nhiệt hạch chỉ sử dụng các loại nhiên liệu deuterium và lithium vô cùng phong phú và gần như bất tận. Thứ hai, quá trình tổng hợp nhiệt hạch không xả ra bất kỳ loại khí gây hiệu ứng nhà kính nào vào khí quyển, và cũng không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài như các lò phản ứng phân hạch hạt nhân. Và cuối cùng, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch an toàn hơn so với phản ứng phân hạch dây chuyền khó kiểm soát.

Châu Âu hiện đang giữ vị trí dẫn đầu trong những nghiên cứu về nhiệt hạch và là chủ nhân của công nghệ lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế có tên là ITER. Thực tế là dự án ITER đang được Châu Âu và 6 quốc gia khác đóng góp và thực hiện. Mục tiêu quan trọng đặt ra trong bản báo cáo nói trên là sẽ đưa vào hoạt động của ITER vào năm 2020 với chỉ tiêu đạt được là: Năng lượng đầu ra 500 Megawatts trên năng lượng đầu vào 50 Megawatts.

Khi tập trung vào các hoạt động nghiên cứu và kỹ thuật về điện nhiệt hạch, bản báo cáo nhấn mạnh rằng những hoạt động này có thể được tiến hành trong giới hạn ngân sách hợp lý. Nguồn lực được đề xuất cũng ở mức tương đương như những đề xuất trong Chương trình khung Nghiên cứu của Châu Âu lần thứ 7, ngoài phần đầu tư xây dựng ITER.

Về mặt tiến độ, bản báo cáo đưa ra 3 giai đoạn. Giai đoạn 1, gọi là Horizon 2020: Nhiệm vụ là tiếp tục Chương trình nghiên cứu khung hiện có. Trong giai đoạn này phần lớn nguồn lực tập trung cho lò ITER và các thí nghiệm kèm theo.

Giai đoạn 2 từ 2021 đến 2030: Trọng tâm là khai thác tối đa khả năng của ITER và chuẩn bị xây dựng một nhà máy điện thử nghiệm DEMO có khả năng lần đầu tiên đưa điện nhiệt hạch vào lưới điện sử dụng.

Giai đoạn 3 từ 2031 đến 2050: Mục tiêu của giai đoạn cuối cùng này là xây dựng và vận hành các nhà máy DEMO.

Đến nay việc xây dựng ITER đã tiêu tốn kinh phí khoảng 6 tỉ Euro. Các quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành của DEMO sẽ cần có sự tham gia đầy đủ của nhiều ngành công nghiệp khác nhau để đảm bảo rằng, một khi DEMO vận hành thành công, các ngành công nghiệp có thể tiếp thu công nghệ và bảo đảm trách nhiệm đưa điện tổng hợp nhiệt hạch vào kinh doanh thương mại.