Bui Nhat Minh
Intern Writer
Giống như phượng hoàng tái sinh từ đống tro tàn phóng xạ, năng lượng hạt nhân đang được tái sinh.
Trong suốt thế kỷ 20, thái độ của xã hội đối với năng lượng hạt nhân là một câu chuyện phức tạp và luôn thay đổi, dao động giữa các giai đoạn lạc quan tươi sáng và hoài nghi có cơ sở. Có sáng kiến Nguyên tử vì Hòa bình của những năm 1950, tiếp theo là phong trào phản đối hạt nhân mạnh mẽ của những năm 70 và 80 được định hình bởi những khoảnh khắc mang tính bước ngoặt tại Đảo Three Mile và Chernobyl . Với mối đe dọa đang rình rập của biến đổi khí hậu, nỗi sợ hãi đã dịu đi và năng lực hạt nhân được mở rộng vào đầu những năm 2000—thường được gọi là thời kỳ phục hưng hạt nhân —trước khi lại trở nên tồi tệ vào năm 2011 sau thảm họa tại Fukushima .
Bây giờ, khi thế giới đang hướng tới tương lai năng lượng tái tạo, vai trò của năng lượng hạt nhân đang bị đe dọa. Tháng 4 năm ngoái, Đức tuyên bố sẽ đóng cửa hoàn toàn các nhà máy điện hạt nhân còn lại, vốn cung cấp điện cho hơn một phần tư số hộ gia đình Đức. Quyết định này không phải là bất ngờ—Đức đã lên kế hoạch đóng cửa hoàn toàn các lò phản ứng hạt nhân của mình vào năm 2011. Đây là động thái bị những người ủng hộ năng lượng hạt nhân chỉ trích là gây nguy hiểm cho những nỗ lực của đất nước hướng tới mục tiêu khí hậu trung hòa carbon.
Đức không phải là trường hợp cá biệt. Kể từ năm 2012, 12 lò phản ứng hạt nhân tại Hoa Kỳ đã đóng cửa vĩnh viễn , gần đây nhất là nhà máy điện hạt nhân Indian Point của New York vào năm 2021. Theo báo cáo năm 2019 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), 25 phần trăm "công suất hạt nhân hiện có ở các nền kinh tế tiên tiến [dự kiến] sẽ đóng cửa vào năm 2025".
Mặc dù có thể coi đây là bài ca thiên nga của năng lượng hạt nhân, nhưng một số người có thể cho rằng nó giống như một con phượng hoàng trỗi dậy từ đống tro tàn phóng xạ hơn. Ngành công nghiệp này đang trải qua những bước phát triển trong các lò phản ứng thế hệ tiếp theo có quy mô chỉ bằng một phần nhỏ so với các nhà máy điện lớn. Ngoài ra còn có một lượng tiền mặt đáng kể chảy vào hàng triệu đô la từ các khoản đầu tư của liên bang và tư nhân vào các công ty công nghệ hạt nhân như TerraPower của Bill Gates . Và sau đó là nhu cầu tăng cao về an ninh năng lượng thông qua năng lượng hạt nhân do cuộc xâm lược đang diễn ra của Nga vào Ukraine .
Vậy tương lai của năng lượng hạt nhân trong thế giới đầy cảm xúc lẫn lộn của chúng ta sẽ ra sao ? Rất nhiều đổi mới, khá nhiều hứa hẹn, nhưng vẫn còn nhiều thách thức và mối quan tâm cần vượt qua.
“Khoảng 20 đến 30 năm trước, chúng tôi đã quan tâm đến việc mở rộng danh mục các lựa chọn [năng lượng hạt nhân],” Jackson nói với Popular Mechanics . “Bạn không thể lấy một lò phản ứng nước áp suất quy mô gigawatt và đặt nó xuống giữa vùng nông thôn Alaska. Vì vậy, ý tưởng là chúng tôi có thể cải thiện nền kinh tế và các lựa chọn bằng cách mở rộng thành các lò phản ứng mô-đun nhỏ.”
Mặc dù có tên như vậy, nhưng các lò phản ứng mô-đun nhỏ (hay SMR) và các lò phản ứng vi mô nhỏ gọn của chúng không thực sự có kích thước bỏ túi. Jackson cho biết SMR nặng khoảng 20 tấn và các lò phản ứng vi mô nhỏ hơn khoảng 100 đến 1.000 lần so với các lò phản ứng hạt nhân thông thường. Năng lượng tạo ra ít hơn đáng kể nhưng vẫn ấn tượng—từ 50 đến 300 megawatt, quá đủ để cung cấp năng lượng cho một thị trấn hoặc thành phố nhỏ. (Để tham khảo, các lò phản ứng hạt nhân thông thường tạo ra nhiều gigawatt năng lượng bằng cách thu năng lượng giải phóng khi một nguyên tử phân tách, được gọi là phân hạch hạt nhân .)
Sơ đồ lò phản ứng mô-đun nhỏ được NuScale đề xuất.
Không giống như các lò phản ứng hạt nhân tiền thân, SMR và lò phản ứng vi mô là các đơn vị đúc sẵn có thể được vận chuyển và lắp ráp ở hầu như bất cứ đâu, được lắp đặt vào lưới điện hiện có hoặc ngoài lưới điện, một giải pháp có khả năng tiết kiệm chi phí và thời gian so với việc xây dựng các lò phản ứng lớn hơn.
Công nghệ được sử dụng vẫn giống nhau với nước hoặc một chất khác như khí được sử dụng làm chất làm mát hoặc để điều tiết phản ứng hạt nhân. Jackson cho biết sự khác biệt chính là nhiều SMR và lò phản ứng vi mô sử dụng các tính năng an toàn thụ động thay vì các tính năng chủ động, giúp giảm nguy cơ tai nạn và giảm thiểu nhu cầu can thiệp của người vận hành. Ví dụ, thay vì bơm chất làm mát cơ học, một số lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ như SMR của NuScale, có thiết kế được các cơ quan quản lý liên bang phê duyệt vào năm 2022, sử dụng đối lưu tự nhiên để làm mát.
Alireza Haghighat , giáo sư kỹ thuật hạt nhân và giám đốc Chương trình Kỹ thuật hạt nhân của Virginia Tech, chia sẻ với Popular Mechanics rằng : "Mọi người hiện đang chú ý đến cái mà chúng tôi gọi là đồng phát điện".
Haghighat cho biết điều này liên quan đến việc lấy nhiệt dư thừa được tạo ra như một sản phẩm phụ của phản ứng phân hạch hạt nhân và chuyển nó vào các quá trình khác. Đây có thể là hệ thống sưởi ấm khu vực nơi nó được sử dụng để cung cấp nhiệt không gian và nước nóng cho các tòa nhà dân cư, thương mại và công nghiệp ở các cộng đồng lân cận. Nó có thể là công nghiệp nơi cần nhiệt độ cao để sản xuất hóa chất, chế biến thực phẩm hoặc tạo hơi nước.
Bằng cách kết hợp phát điện với sử dụng nhiệt, đồng phát điện tối đa hóa hiệu quả năng lượng và tổng sản lượng của nhà máy điện hạt nhân, Gehin của INL và Haghighat giải thích. Nó có thể tăng đáng kể hiệu quả chung của nhà máy điện hạt nhân bằng cách sử dụng nhiệt mà nếu không sẽ bị lãng phí, do đó giảm tác động đến môi trường và cải thiện nền kinh tế của cơ sở hạt nhân, có khả năng mang lại sức sống mới cho những nhà máy cũ đó.
Các công ty như gã khổng lồ Dow Chemical đã có động thái chuyển sang đồng phát điện. Trong những năm gần đây, Dow Chemical đã hợp tác với X-energy , một công ty kỹ thuật hạt nhân tư nhân có trụ sở tại Hoa Kỳ sản xuất lò phản ứng làm mát bằng khí, để thiết lập SMR để sưởi ấm và cung cấp điện cho một trong những cơ sở của mình dọc theo Bờ biển Vịnh Texas vào khoảng năm 2030, Chemical and Engineering News đưa tin vào năm 2022.
Năng lượng hạt nhân cũng đang được xem xét để giúp sản xuất năng lượng hydro sạch, một nỗ lực mà Bộ Năng lượng đã đầu tư 20 triệu đô la để tìm hiểu.
Có lẽ một lý do thậm chí còn thuyết phục hơn để giữ năng lượng hạt nhân trong tầm tay là, đáng ngạc nhiên, năng lượng tái tạo. Trên toàn cầu, năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện chiếm 29 phần trăm sản lượng điện vào năm 2020, một xu hướng dự kiến sẽ tăng mạnh hơn nữa vào năm 2025, theo Báo cáo thị trường điện năm 2023 của IEA .
Nhưng theo Jacopo Buongiorno , giám đốc Trung tâm Hệ thống Năng lượng Hạt nhân Tiên tiến của MIT, vấn đề khi dựa vào năng lượng tái tạo là nó không thể đoán trước được - tùy thuộc vào ý muốn thất thường của môi trường - cái gọi là nguồn năng lượng không liên tục trái ngược với các nguồn năng lượng cơ bản hoạt động liên tục trong thời gian dài.
Lưu trữ pin theo lưới điện được coi là giải pháp cho vấn đề không liên tục, nhưng cũng không phải là không có thách thức, chẳng hạn như thiết kế pin có thể sử dụng lâu dài, chi phí lithium tăng cao và chi phí xây dựng các cơ sở lưu trữ siêu lớn.
Đó là lý do tại sao một số chuyên gia năng lượng như Gehin, Haghighat và Buongiorno coi năng lượng hạt nhân không cạnh tranh với năng lượng tái tạo mà là phương tiện giúp duy trì độ tin cậy và khả năng phục hồi của năng lượng này, hy vọng sẽ giảm sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên liệu hóa thạch và tạo điều kiện chuyển đổi sang tương lai bền vững và ít carbon.
Năng lượng hạt nhân có thể được sử dụng cùng với các nguồn năng lượng tái tạo khác, như năng lượng mặt trời, để làm cho chúng đáng tin cậy hơn.
“Năng lượng hạt nhân không chỉ không phát thải carbon , giống như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, mà còn có thể điều độ để cung cấp cho bạn năng lượng khi bạn cần”, Buongiorno nói với Popular Mechanics . “Nếu bạn có một chút năng lượng hạt nhân trong hỗn hợp năng lượng của mình, bạn có thể giảm lượng năng lượng tái tạo và lưu trữ quá mức cần thiết để đáp ứng nhu cầu”.
Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các nhà máy điện hạt nhân không trực tiếp sản sinh ra khí nhà kính, nhưng hoạt động khai thác và tinh chế quặng urani để làm nhiên liệu cho lò phản ứng có thể bao gồm một số khí nhà kính nếu nhiên liệu hóa thạch được sử dụng trong các quy trình đó hoặc trong quá trình xây dựng nhà máy.
Mặc dù không có câu trả lời chắc chắn về việc ai sẽ thống trị thị trường hạt nhân, SMR và lò phản ứng vi mô nắm giữ một cổ phần hợp lý. Có một số công ty tư nhân như NuScale, TerraPower, X-energy và Elysium , và những công ty lớn hơn trong ngành như General Electrics và Westinghouse ở nhiều giai đoạn phát triển và cấp phép lò phản ứng khác nhau. Jackson của INL cho biết chúng ta có thể mong đợi SMR và lò phản ứng vi mô được triển khai sớm nhất là vào năm 2030 và muộn nhất là vào năm 2050. Chúng có thể sẽ không hề rẻ, ít nhất là không phải lúc đầu.
“Đây là một con số không chắc chắn tại thời điểm này vì không ai xây dựng một lò phản ứng nào cả,” ông nói. “Nhưng nếu bạn nhìn xung quanh, bạn sẽ thấy con số vào khoảng 100 triệu đô la để xây dựng một lò phản ứng vi mô. Điều quan trọng là, lò đầu tiên có thể tốn 150 triệu đô la nhưng lò thứ hai có thể tốn 75 hoặc 50 triệu đô la. Nền kinh tế được cải thiện nhờ học tập và sự tiến hóa của [công nghệ].”
Hàng tỷ đô la đã được chi để duy trì các nhà máy điện hạt nhân khi chính quyền Biden cam kết chi 6 tỷ đô la vào tháng 11 năm 2021 để duy trì đội tàu hạt nhân hiện có. Thậm chí còn có nhiều nhượng bộ hơn nữa khi Đạo luật Giảm lạm phát được thông qua vào năm 2022, cung cấp tín dụng thuế năng lượng hạt nhân cho các nhà máy hiện có.
Matt Bowen , một học giả nghiên cứu năng lượng hạt nhân tại Trung tâm Chính sách Năng lượng Toàn cầu của Đại học Columbia, chia sẻ với Popular Mechanics rằng trong khi những nỗ lực lập pháp này nhằm mục đích phục hồi và tạo động lực cho ngành công nghiệp, vẫn có thể làm được nhiều hơn nữa bằng cách khiến biến đổi khí hậu trở nên ràng buộc hơn về mặt pháp lý đối với một số ngành công nghiệp nhất định .
“Không có chính sách ràng buộc nào để khử cacbon trong ngành điện, vốn thường được coi là ngành dễ khử cacbon nhất”, Bowen nói. “Bạn có một vài tiêu chuẩn năng lượng sạch của tiểu bang, [và] bạn có một vài cam kết không ràng buộc của các công ty tiện ích. Khi bạn ra khỏi ngành điện, thực sự rất khó để khử cacbon trong các ngành như thép và bê tông. Không có gì buộc chúng tôi phải làm điều đó”.
Sau đó là vấn đề về năng lượng hạt nhân — nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân, các rủi ro sức khỏe liên quan do chất thải phóng xạ và khai thác uranium , và rủi ro tan chảy. Gắn chặt với điều đó là nhận thức của công chúng về năng lượng hạt nhân, với các thảm họa hạt nhân khét tiếng như Three Mile Island, Chernobyl và Fukushima vẫn còn nằm trong ý thức xã hội của chúng ta như những câu chuyện cảnh báo.
Sukesh Aghara , giám đốc Phòng thí nghiệm An ninh và Bảo vệ Hạt nhân Tích hợp của Đại học Massachusetts Lowell, tin rằng gió đang chuyển hướng có lợi cho năng lượng hạt nhân, nếu cuộc xâm lược Ukraine đang diễn ra của Nga là một dấu hiệu. Ngày càng có nhiều quốc gia không muốn phụ thuộc vào nguồn cung cấp than, khí đốt hoặc dầu của Nga, và họ cũng không muốn hợp tác với ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân do nhà nước sở hữu của Nga vì nước này coi thường an toàn hạt nhân trong chiến tranh .
“Khi bạn nhìn vào sự sắp xếp lại toàn cầu, đó là lý do tại sao Ba Lan và Cộng hòa Séc ký các thỏa thuận [công nghệ hạt nhân] với Hoa Kỳ,” Aghara nói với Popular Mechanics . “Bạn phải nhìn vào sự sắp xếp địa chính trị của các quốc gia… đó là một dấu hiệu rất rõ ràng về nơi họ muốn đến.”
Nếu không có quả cầu pha lê, thật khó để nói liệu mối quan tâm hiện tại đối với năng lượng hạt nhân có bền vững hay đang trải qua một trong những nỗi đau ngày càng tăng của nó. Có một hy vọng rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân — nơi năng lượng được tạo ra từ các nguyên tử kết hợp với nhau thay vì phân tách, được coi là tương đối an toàn hơn vì nó không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài — có thể mở ra một kỷ nguyên mới của năng lượng hạt nhân, mặc dù nó vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm .
Tuy nhiên, đừng ngạc nhiên nếu một ngày nào đó bạn có một máy SMR đặt ở sân sau, đáp ứng mọi nhu cầu năng lượng của bạn. (popularmechanics)
Trong suốt thế kỷ 20, thái độ của xã hội đối với năng lượng hạt nhân là một câu chuyện phức tạp và luôn thay đổi, dao động giữa các giai đoạn lạc quan tươi sáng và hoài nghi có cơ sở. Có sáng kiến Nguyên tử vì Hòa bình của những năm 1950, tiếp theo là phong trào phản đối hạt nhân mạnh mẽ của những năm 70 và 80 được định hình bởi những khoảnh khắc mang tính bước ngoặt tại Đảo Three Mile và Chernobyl . Với mối đe dọa đang rình rập của biến đổi khí hậu, nỗi sợ hãi đã dịu đi và năng lực hạt nhân được mở rộng vào đầu những năm 2000—thường được gọi là thời kỳ phục hưng hạt nhân —trước khi lại trở nên tồi tệ vào năm 2011 sau thảm họa tại Fukushima .
Bây giờ, khi thế giới đang hướng tới tương lai năng lượng tái tạo, vai trò của năng lượng hạt nhân đang bị đe dọa. Tháng 4 năm ngoái, Đức tuyên bố sẽ đóng cửa hoàn toàn các nhà máy điện hạt nhân còn lại, vốn cung cấp điện cho hơn một phần tư số hộ gia đình Đức. Quyết định này không phải là bất ngờ—Đức đã lên kế hoạch đóng cửa hoàn toàn các lò phản ứng hạt nhân của mình vào năm 2011. Đây là động thái bị những người ủng hộ năng lượng hạt nhân chỉ trích là gây nguy hiểm cho những nỗ lực của đất nước hướng tới mục tiêu khí hậu trung hòa carbon.
Đức không phải là trường hợp cá biệt. Kể từ năm 2012, 12 lò phản ứng hạt nhân tại Hoa Kỳ đã đóng cửa vĩnh viễn , gần đây nhất là nhà máy điện hạt nhân Indian Point của New York vào năm 2021. Theo báo cáo năm 2019 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), 25 phần trăm "công suất hạt nhân hiện có ở các nền kinh tế tiên tiến [dự kiến] sẽ đóng cửa vào năm 2025".
Mặc dù có thể coi đây là bài ca thiên nga của năng lượng hạt nhân, nhưng một số người có thể cho rằng nó giống như một con phượng hoàng trỗi dậy từ đống tro tàn phóng xạ hơn. Ngành công nghiệp này đang trải qua những bước phát triển trong các lò phản ứng thế hệ tiếp theo có quy mô chỉ bằng một phần nhỏ so với các nhà máy điện lớn. Ngoài ra còn có một lượng tiền mặt đáng kể chảy vào hàng triệu đô la từ các khoản đầu tư của liên bang và tư nhân vào các công ty công nghệ hạt nhân như TerraPower của Bill Gates . Và sau đó là nhu cầu tăng cao về an ninh năng lượng thông qua năng lượng hạt nhân do cuộc xâm lược đang diễn ra của Nga vào Ukraine .
Vậy tương lai của năng lượng hạt nhân trong thế giới đầy cảm xúc lẫn lộn của chúng ta sẽ ra sao ? Rất nhiều đổi mới, khá nhiều hứa hẹn, nhưng vẫn còn nhiều thách thức và mối quan tâm cần vượt qua.
Tất cả là về việc thu hẹp quy mô
Trong khi các nhà máy điện hạt nhân mới ở Hoa Kỳ đang trở nên khan hiếm, thì có thêm hai lò phản ứng được bổ sung vào Nhà máy Vogtle của Georgia —một lò đã đi vào hoạt động vào năm ngoái và lò còn lại dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào đầu năm 2024. Tuy nhiên, trọng tâm của các nỗ lực hạt nhân thế hệ thứ tư mới nhất là giảm quy mô để đạt được các lò phản ứng dễ quản lý hơn và có khả năng đáp ứng nhiều nhu cầu năng lượng hơn, theo Jess Gehin , phó giám đốc phòng thí nghiệm khoa học và công nghệ hạt nhân tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (INL) và John Jackson , giám đốc kỹ thuật quốc gia của chương trình Lò phản ứng vi mô của Bộ Năng lượng tại cùng một tổ chức.“Khoảng 20 đến 30 năm trước, chúng tôi đã quan tâm đến việc mở rộng danh mục các lựa chọn [năng lượng hạt nhân],” Jackson nói với Popular Mechanics . “Bạn không thể lấy một lò phản ứng nước áp suất quy mô gigawatt và đặt nó xuống giữa vùng nông thôn Alaska. Vì vậy, ý tưởng là chúng tôi có thể cải thiện nền kinh tế và các lựa chọn bằng cách mở rộng thành các lò phản ứng mô-đun nhỏ.”
Mặc dù có tên như vậy, nhưng các lò phản ứng mô-đun nhỏ (hay SMR) và các lò phản ứng vi mô nhỏ gọn của chúng không thực sự có kích thước bỏ túi. Jackson cho biết SMR nặng khoảng 20 tấn và các lò phản ứng vi mô nhỏ hơn khoảng 100 đến 1.000 lần so với các lò phản ứng hạt nhân thông thường. Năng lượng tạo ra ít hơn đáng kể nhưng vẫn ấn tượng—từ 50 đến 300 megawatt, quá đủ để cung cấp năng lượng cho một thị trấn hoặc thành phố nhỏ. (Để tham khảo, các lò phản ứng hạt nhân thông thường tạo ra nhiều gigawatt năng lượng bằng cách thu năng lượng giải phóng khi một nguyên tử phân tách, được gọi là phân hạch hạt nhân .)
Sơ đồ lò phản ứng mô-đun nhỏ được NuScale đề xuất.
Không giống như các lò phản ứng hạt nhân tiền thân, SMR và lò phản ứng vi mô là các đơn vị đúc sẵn có thể được vận chuyển và lắp ráp ở hầu như bất cứ đâu, được lắp đặt vào lưới điện hiện có hoặc ngoài lưới điện, một giải pháp có khả năng tiết kiệm chi phí và thời gian so với việc xây dựng các lò phản ứng lớn hơn.
Công nghệ được sử dụng vẫn giống nhau với nước hoặc một chất khác như khí được sử dụng làm chất làm mát hoặc để điều tiết phản ứng hạt nhân. Jackson cho biết sự khác biệt chính là nhiều SMR và lò phản ứng vi mô sử dụng các tính năng an toàn thụ động thay vì các tính năng chủ động, giúp giảm nguy cơ tai nạn và giảm thiểu nhu cầu can thiệp của người vận hành. Ví dụ, thay vì bơm chất làm mát cơ học, một số lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ như SMR của NuScale, có thiết kế được các cơ quan quản lý liên bang phê duyệt vào năm 2022, sử dụng đối lưu tự nhiên để làm mát.
Nhưng không phải tất cả đều là về điện
Không còn nghi ngờ gì nữa, điện là vua trong thế giới hiện đại của chúng ta, nhưng tương lai của năng lượng hạt nhân không chỉ dừng lại ở việc cung cấp điện cho các ngôi nhà hay cung cấp đủ điện cho Steam Deck của bạn .Alireza Haghighat , giáo sư kỹ thuật hạt nhân và giám đốc Chương trình Kỹ thuật hạt nhân của Virginia Tech, chia sẻ với Popular Mechanics rằng : "Mọi người hiện đang chú ý đến cái mà chúng tôi gọi là đồng phát điện".
Haghighat cho biết điều này liên quan đến việc lấy nhiệt dư thừa được tạo ra như một sản phẩm phụ của phản ứng phân hạch hạt nhân và chuyển nó vào các quá trình khác. Đây có thể là hệ thống sưởi ấm khu vực nơi nó được sử dụng để cung cấp nhiệt không gian và nước nóng cho các tòa nhà dân cư, thương mại và công nghiệp ở các cộng đồng lân cận. Nó có thể là công nghiệp nơi cần nhiệt độ cao để sản xuất hóa chất, chế biến thực phẩm hoặc tạo hơi nước.
Bằng cách kết hợp phát điện với sử dụng nhiệt, đồng phát điện tối đa hóa hiệu quả năng lượng và tổng sản lượng của nhà máy điện hạt nhân, Gehin của INL và Haghighat giải thích. Nó có thể tăng đáng kể hiệu quả chung của nhà máy điện hạt nhân bằng cách sử dụng nhiệt mà nếu không sẽ bị lãng phí, do đó giảm tác động đến môi trường và cải thiện nền kinh tế của cơ sở hạt nhân, có khả năng mang lại sức sống mới cho những nhà máy cũ đó.
Các công ty như gã khổng lồ Dow Chemical đã có động thái chuyển sang đồng phát điện. Trong những năm gần đây, Dow Chemical đã hợp tác với X-energy , một công ty kỹ thuật hạt nhân tư nhân có trụ sở tại Hoa Kỳ sản xuất lò phản ứng làm mát bằng khí, để thiết lập SMR để sưởi ấm và cung cấp điện cho một trong những cơ sở của mình dọc theo Bờ biển Vịnh Texas vào khoảng năm 2030, Chemical and Engineering News đưa tin vào năm 2022.
Năng lượng hạt nhân cũng đang được xem xét để giúp sản xuất năng lượng hydro sạch, một nỗ lực mà Bộ Năng lượng đã đầu tư 20 triệu đô la để tìm hiểu.
Có lẽ một lý do thậm chí còn thuyết phục hơn để giữ năng lượng hạt nhân trong tầm tay là, đáng ngạc nhiên, năng lượng tái tạo. Trên toàn cầu, năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện chiếm 29 phần trăm sản lượng điện vào năm 2020, một xu hướng dự kiến sẽ tăng mạnh hơn nữa vào năm 2025, theo Báo cáo thị trường điện năm 2023 của IEA .
Nhưng theo Jacopo Buongiorno , giám đốc Trung tâm Hệ thống Năng lượng Hạt nhân Tiên tiến của MIT, vấn đề khi dựa vào năng lượng tái tạo là nó không thể đoán trước được - tùy thuộc vào ý muốn thất thường của môi trường - cái gọi là nguồn năng lượng không liên tục trái ngược với các nguồn năng lượng cơ bản hoạt động liên tục trong thời gian dài.
Lưu trữ pin theo lưới điện được coi là giải pháp cho vấn đề không liên tục, nhưng cũng không phải là không có thách thức, chẳng hạn như thiết kế pin có thể sử dụng lâu dài, chi phí lithium tăng cao và chi phí xây dựng các cơ sở lưu trữ siêu lớn.
Đó là lý do tại sao một số chuyên gia năng lượng như Gehin, Haghighat và Buongiorno coi năng lượng hạt nhân không cạnh tranh với năng lượng tái tạo mà là phương tiện giúp duy trì độ tin cậy và khả năng phục hồi của năng lượng này, hy vọng sẽ giảm sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên liệu hóa thạch và tạo điều kiện chuyển đổi sang tương lai bền vững và ít carbon.
Năng lượng hạt nhân có thể được sử dụng cùng với các nguồn năng lượng tái tạo khác, như năng lượng mặt trời, để làm cho chúng đáng tin cậy hơn.
“Năng lượng hạt nhân không chỉ không phát thải carbon , giống như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, mà còn có thể điều độ để cung cấp cho bạn năng lượng khi bạn cần”, Buongiorno nói với Popular Mechanics . “Nếu bạn có một chút năng lượng hạt nhân trong hỗn hợp năng lượng của mình, bạn có thể giảm lượng năng lượng tái tạo và lưu trữ quá mức cần thiết để đáp ứng nhu cầu”.
Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các nhà máy điện hạt nhân không trực tiếp sản sinh ra khí nhà kính, nhưng hoạt động khai thác và tinh chế quặng urani để làm nhiên liệu cho lò phản ứng có thể bao gồm một số khí nhà kính nếu nhiên liệu hóa thạch được sử dụng trong các quy trình đó hoặc trong quá trình xây dựng nhà máy.
Những thách thức dai dẳng ở phía trước
Việc mở rộng năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới sẽ phải đối mặt với ba vấn đề: chi phí, chính sách và nhận thức của công chúng.Mặc dù không có câu trả lời chắc chắn về việc ai sẽ thống trị thị trường hạt nhân, SMR và lò phản ứng vi mô nắm giữ một cổ phần hợp lý. Có một số công ty tư nhân như NuScale, TerraPower, X-energy và Elysium , và những công ty lớn hơn trong ngành như General Electrics và Westinghouse ở nhiều giai đoạn phát triển và cấp phép lò phản ứng khác nhau. Jackson của INL cho biết chúng ta có thể mong đợi SMR và lò phản ứng vi mô được triển khai sớm nhất là vào năm 2030 và muộn nhất là vào năm 2050. Chúng có thể sẽ không hề rẻ, ít nhất là không phải lúc đầu.
“Đây là một con số không chắc chắn tại thời điểm này vì không ai xây dựng một lò phản ứng nào cả,” ông nói. “Nhưng nếu bạn nhìn xung quanh, bạn sẽ thấy con số vào khoảng 100 triệu đô la để xây dựng một lò phản ứng vi mô. Điều quan trọng là, lò đầu tiên có thể tốn 150 triệu đô la nhưng lò thứ hai có thể tốn 75 hoặc 50 triệu đô la. Nền kinh tế được cải thiện nhờ học tập và sự tiến hóa của [công nghệ].”
Hàng tỷ đô la đã được chi để duy trì các nhà máy điện hạt nhân khi chính quyền Biden cam kết chi 6 tỷ đô la vào tháng 11 năm 2021 để duy trì đội tàu hạt nhân hiện có. Thậm chí còn có nhiều nhượng bộ hơn nữa khi Đạo luật Giảm lạm phát được thông qua vào năm 2022, cung cấp tín dụng thuế năng lượng hạt nhân cho các nhà máy hiện có.
Matt Bowen , một học giả nghiên cứu năng lượng hạt nhân tại Trung tâm Chính sách Năng lượng Toàn cầu của Đại học Columbia, chia sẻ với Popular Mechanics rằng trong khi những nỗ lực lập pháp này nhằm mục đích phục hồi và tạo động lực cho ngành công nghiệp, vẫn có thể làm được nhiều hơn nữa bằng cách khiến biến đổi khí hậu trở nên ràng buộc hơn về mặt pháp lý đối với một số ngành công nghiệp nhất định .
“Không có chính sách ràng buộc nào để khử cacbon trong ngành điện, vốn thường được coi là ngành dễ khử cacbon nhất”, Bowen nói. “Bạn có một vài tiêu chuẩn năng lượng sạch của tiểu bang, [và] bạn có một vài cam kết không ràng buộc của các công ty tiện ích. Khi bạn ra khỏi ngành điện, thực sự rất khó để khử cacbon trong các ngành như thép và bê tông. Không có gì buộc chúng tôi phải làm điều đó”.
Sau đó là vấn đề về năng lượng hạt nhân — nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân, các rủi ro sức khỏe liên quan do chất thải phóng xạ và khai thác uranium , và rủi ro tan chảy. Gắn chặt với điều đó là nhận thức của công chúng về năng lượng hạt nhân, với các thảm họa hạt nhân khét tiếng như Three Mile Island, Chernobyl và Fukushima vẫn còn nằm trong ý thức xã hội của chúng ta như những câu chuyện cảnh báo.
Sukesh Aghara , giám đốc Phòng thí nghiệm An ninh và Bảo vệ Hạt nhân Tích hợp của Đại học Massachusetts Lowell, tin rằng gió đang chuyển hướng có lợi cho năng lượng hạt nhân, nếu cuộc xâm lược Ukraine đang diễn ra của Nga là một dấu hiệu. Ngày càng có nhiều quốc gia không muốn phụ thuộc vào nguồn cung cấp than, khí đốt hoặc dầu của Nga, và họ cũng không muốn hợp tác với ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân do nhà nước sở hữu của Nga vì nước này coi thường an toàn hạt nhân trong chiến tranh .
“Khi bạn nhìn vào sự sắp xếp lại toàn cầu, đó là lý do tại sao Ba Lan và Cộng hòa Séc ký các thỏa thuận [công nghệ hạt nhân] với Hoa Kỳ,” Aghara nói với Popular Mechanics . “Bạn phải nhìn vào sự sắp xếp địa chính trị của các quốc gia… đó là một dấu hiệu rất rõ ràng về nơi họ muốn đến.”
Nếu không có quả cầu pha lê, thật khó để nói liệu mối quan tâm hiện tại đối với năng lượng hạt nhân có bền vững hay đang trải qua một trong những nỗi đau ngày càng tăng của nó. Có một hy vọng rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân — nơi năng lượng được tạo ra từ các nguyên tử kết hợp với nhau thay vì phân tách, được coi là tương đối an toàn hơn vì nó không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài — có thể mở ra một kỷ nguyên mới của năng lượng hạt nhân, mặc dù nó vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm .
Tuy nhiên, đừng ngạc nhiên nếu một ngày nào đó bạn có một máy SMR đặt ở sân sau, đáp ứng mọi nhu cầu năng lượng của bạn. (popularmechanics)
