Điện tổng hợp nhiệt hạch nối lưới năm 2050

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 như hydro, deutrium, tritium...

Tuần trước, trong khuôn khổ Hiệp định phát triển năng lương 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”.

Tiến sĩ Romanelli (đứng sau) cùng đồng nghiệp nghiên cứu công
nghệ lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch. (Nguồn:sciencedaily.com)

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.

Bản báo cáo chia lộ trình ra thành 8 nhiệm vụ, như: Hợp tác các chương trình nghiên cứu loại lò Tokamak. Triển vọng kinh tế, an toàn và môi trường của năng lượng tổng hợp nhiệt hạch, nhiên liệu tổng hợp nhiệt hạch v.v…

Trong mỗi nhiệm vụ đều phải đánh giá tình trạng nghiên cứu hiện tại và chỉ ra những vấn đề còn tồn tại, đề xuất một chương trình nghiên cứu và phát triển trong tương lai cũng như dự tính nguồn lực cần thiết. Các tác giả đã chỉ ra sự cần thiết phải tăng cường sự tham gia của các ngành công nghiệp và tìm kiếm mọi cơ hội phát triển hợp tác bên ngoài biên giới Châu Âu.

Chú thích lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch: Nhiên liệu bơm
qua ống "Helium pipe", tạo thành plasma và giam giữ trong
từ trường của nam châm (Magnet). Phản ứng nhiệt hạch
xảy ra phát lượng nhiệt cực lớn. Nhiệt lượng đun sôi nước
tạo luồng hơi nước (Steam) làm quay động cơ phát điện.

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 các hạt nhân nhẹ như hydro, deutrium, tritium...

Đến nay, trong lĩnh vực nghiên cứu nhiệt hạch đã bước đầu tạo ra được năng lượng nhiệt hạch, song nguồn năng lượng cung cấp ban đầu (đầu vào) lại lớn hơn năng lượng thu được (đầu ra), tức hiệu số “sinh lời” năng lượng là âm. Sự tiến triển trong công nghệ chế tạo lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch như thế có thể xem là rất chậm.

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 ta 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 vừa qua, 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.

Theo bản báo cáo, trong tiến trình thực thi các giai đoạn nói trên, chương trình phát triển năng lượng tổng hợp nhiệt hạch sẽ được phát triển từ quy mô phòng thí nghiệm và nghiên cứu khoa học sang quy mô công nghiệp và định hướng công nghệ.

Đến nay việc xây dựng ITER đã tiêu tốn kinh phí khoảng 6 tỷ 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.

Một trong những tác giả chính của Hiệp định phát triển năng lương nhiệt hạch Châu Âu (EFDA), Tiến sĩ Romanelli khẳng định: “Với sự hỗ trợ đầy đủ của các quốc gia thành viên và Khối Châu Âu, tôi tin tưởng rằng chúng ta sẽ đạt được mục tiêu đến năm 2050”.