Google ký thỏa thuận mua năng lượng nhiệt hạch lớn nhất từ trước đến nay, tăng nhiệt cuộc đua Mỹ - Trung làm chủ loại năng lượng sạch này

Chiến lược năng lượng bền vững của Google

Google vừa công bố đã ký hợp đồng mua điện trực tiếp lớn nhất từ trước đến nay trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch với Commonwealth Fusion Systems (CFS), đồng thời thực hiện khoản đầu tư vào CFS, nhằm hỗ trợ công ty này đưa điện năng nhiệt hạch lên lưới điện ở quy mô lớn và phát triển nhà máy thương mại đầu tiên.

Nhiệt hạch, quá trình kết hợp hai nguyên tử để tạo thành một nguyên tử duy nhất và giải phóng năng lượng, từ lâu được mệnh danh là “chén thánh” của ngành sản xuất năng lượng sạch và dồi dào, nhờ tiềm năng tạo ra điện từ hydro – nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ – mà không phát thải carbon như điện từ nhiên liệu hóa thạch, đồng thời không tạo ra chất thải phóng xạ nguy hiểm như quá trình phân hạch hạt nhân. Tuy nhiên, sản xuất năng lượng nhiệt hạch ở quy mô lớn vẫn còn khó khăn, do đòi hỏi điều kiện nhiệt độ và áp suất cực kỳ cao.

Được tách ra từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) năm 2018, CFS có trụ sở tại bang Massachusetts đang phát triển thiết bị nhiệt hạch đầu tiên trên thế giới có khả năng tạo ra năng lượng ròng dương – tức tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ – nhằm chứng minh và mở rộng việc sản xuất điện từ nhiệt hạch. Hiện tại, công ty đang hợp tác với Trung tâm Khoa học Plasma và Nhiệt hạch của MIT để xây dựng SPARC, một thiết bị thử nghiệm theo thiết kế “tokamak”, sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao được bố trí hình vành khuyên để khống chế plasma, tạo điều kiện cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra.

SPARC được dự kiến sẽ là tiền đề cho nhà máy thương mại đầu tiên của CFS – nhà máy ARC tại Chesterfield, bang Virginia – mà công ty hy vọng sẽ trở thành nhà máy điện nhiệt hạch quy mô lưới điện đầu tiên trên thế giới.

Thỏa thuận chiến lược với Google là bước khởi đầu cho nhiều thỏa thuận khác, khi chúng tôi tiến tới chứng minh năng lượng nhiệt hạch từ SPARC và đưa nhà máy điện đầu tiên vào hoạt động. Chúng tôi đặt mục tiêu chứng minh khả năng của nhiệt hạch trong việc cung cấp nguồn năng lượng dồi dào, sạch và đáng tin cậy ở quy mô đủ lớn để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và nâng cao chất lượng sống hiện đại – đồng thời mở ra cuộc chuyển đổi thị trường lớn nhất trong lịch sử.

Theo thỏa thuận mua bán điện (PPA) mới, Google sẽ mua điện từ nhà máy ARC đang được lên kế hoạch, mà CFS dự kiến sẽ bắt đầu hòa lưới điện vào đầu những năm 2030.

Khoản đầu tư của Google vào CFS dự kiến sẽ hỗ trợ các nỗ lực xây dựng nhà máy ARC, nối tiếp khoản đầu tư trước đó trong vòng huy động vốn trị giá 1,8 tỷ USD năm 2021 để phát triển SPARC. Các điều khoản cụ thể của khoản đầu tư mới chưa được tiết lộ.

Thông qua việc ký thỏa thuận với CFS, chúng tôi hy vọng sẽ góp phần chứng minh và mở rộng một hướng đi tiềm năng cho nhiệt hạch thương mại. Chúng tôi rất hào hứng đặt cược dài hạn vào công nghệ này, bởi nó có tiềm năng tạo ra bước đột phá trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng tương lai của thế giới, đồng thời hỗ trợ CFS đạt được những cột mốc khoa học và kỹ thuật cần thiết để hiện thực hóa điều đó.

Mỹ - Trung Quốc chạy đua làm chủ năng lượng nhiệt hạch

Những năm gần đây, Trung Quốc đang đẩy mạnh đầu tư để thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch – dạng năng lượng sạch gần như vô hạn, với tham vọng vượt Mỹ trong cuộc đua này.

Tại Thượng Hải, startup Energy Singularity là minh chứng cho tốc độ phát triển chóng mặt của ngành nhiệt hạch Trung Quốc. Công ty này chỉ mất ba năm để chế tạo lò phản ứng tokamak đầu tiên – thiết bị hình bánh vòng cực kỳ phức tạp, nơi plasma nóng hàng trăm triệu độ C được duy trì để tạo phản ứng nhiệt hạch. Loại nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao mà họ sử dụng mạnh hơn hẳn các nam châm đồng cũ, giúp lò nhỏ hơn mà vẫn tạo ra nhiều năng lượng. Energy Singularity đã huy động hơn 112 triệu USD vốn tư nhân và đặt mục tiêu có lò tokamak thế hệ thứ ba hòa lưới điện trước năm 2035.

Chính phủ Trung Quốc chi 1-1,5 tỷ USD/năm cho nghiên cứu nhiệt hạch – cao hơn mức 800 triệu USD của Mỹ. Từ năm 2015, số bằng sáng chế liên quan tới nhiệt hạch ở Trung Quốc tăng vọt, vượt mọi quốc gia khác, cho thấy tốc độ bắt kịp và thậm chí có thể vượt Mỹ. Góp phần vào tham vọng này, Trung Quốc đang xây dựng công viên nghiên cứu nhiệt hạch CRAFT trị giá 570 triệu USD ở miền đông nước này, dự kiến hoàn thành năm sau.

Trong khi đó, Mỹ từng dẫn đầu nghiên cứu nhiệt hạch từ thập niên 1950 nhưng hiện đối mặt nhiều thách thức. Các lò tokamak chính ở Mỹ, như DIII-D hay tại Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton, đã hoạt động hàng chục năm và đang lỗi thời. Mỹ phụ thuộc phần lớn vào thiết bị và nghiên cứu từ đồng minh châu Âu, Nhật Bản và Anh.

Tuy nhiên, Mỹ cũng đang phát triển hướng tiếp cận khác với công nghệ laser. Cuối năm 2022, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (California) đã lần đầu đạt thặng dư năng lượng nhiệt hạch – tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ để đốt nóng nhiên liệu, bằng cách bắn gần 200 tia laser vào viên nhiên liệu cỡ hạt hồ tiêu. Đây là dấu mốc quan trọng, nhưng vẫn còn xa khả năng sản xuất điện thương mại.

Theo các chuyên gia, chưa thể khẳng định thiết kế nào tối ưu nhất cho năng lượng nhiệt hạch. Tokamak được nghiên cứu lâu nhất và tiên tiến nhất về mặt vật lý, nhưng công nghệ laser cũng đầy tiềm năng. Dù vậy, các lò tokamak của Trung Quốc đã đạt những kỷ lục ấn tượng: lò EAST ở Hợp Phì duy trì plasma ở 70 triệu độ C – nóng gấp 5 lần lõi Mặt Trời – suốt hơn 17 phút.

Năm 2024, Mỹ dẫn đầu về vốn đầu tư tư nhân với 80% trong tổng 7 tỷ USD toàn cầu đổ vào nhiệt hạch vài năm qua. Nhưng nếu Trung Quốc tiếp tục duy trì mức đầu tư công hơn 1 tỷ USD/năm, nước này có thể vượt lên không chỉ trong nghiên cứu mà còn ở lĩnh vực tư nhân. Cuộc đua làm chủ nguồn năng lượng sạch vô hạn đang ngày càng quyết liệt và hứa hẹn định hình lại bản đồ năng lượng thế giới.