Lựa chọn hạt nhân kiểu mới của startup Last Energy

Cách Houston một giờ về phía tây, nơi vùng ngoại ô trải dài chuyển thành đồng cỏ chăn bò, có một xưởng công nghiệp lớn, nơi những người thợ lắp và thợ hàn ống lắp ráp thiết bị cho các nhà máy lọc dầu và giàn khoan ở vịnh Mexico.

Bret Kugelmass, 36 tuổi, sáng lập và CEO của công ty Last Energy tại Washington D.C., cho biết: “Những người này đã nỗ lực trong nhiều thập niên để mô đun hóa các bộ phận đáp ứng điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.” Đó là lý do anh tìm đến VGas LLC, vì anh muốn có nguyên mẫu của lò phản ứng phân hạch hạt nhân dạng mô đun nhỏ mà anh tin có thể đóng vai trò quan trọng trong cắt giảm nhiên liệu hóa thạch.

Dựa trên thiết kế nguồn mở của Kugelmass và sử dụng hầu hết các thành phần có sẵn, VGas đã chế tạo gần như tất cả các bộ phận cho một lò phản ứng nước nhẹ cỡ nhỏ cơ bản và đưa chúng vào chín mô đun có kích thước bằng container vận chuyển. Chỉ mất hai ngày để ráp chúng lại với nhau.

Rõ ràng, đây không phải là mẫu lò đang hoạt động – trên thực tế, bình chịu áp suất nặng 75 tấn của lò đã bị loại bỏ để chứng tỏ các tổ hợp nhiên liệu tiêu chuẩn gồm các thanh zirconium chứa đầy các viên nhiên liệu giàu uranium có thể được sắp xếp ổn định bên trong.

Kugelmass nhấn mạnh: “Chúng tôi không thêm chất hóa học mới hay xây dựng bất kỳ lò phản ứng mới nào. Sự đổi mới cốt lõi của chúng tôi là mô hình phân phối của nhà máy điện hạt nhân. Chúng tôi chỉ đóng gói nó theo một cách khác.”

Ở đây chúng ta đang nói về công nghệ phân hạch lỗi thời – đã được sử dụng trong nhiều thập niên, tạo ra năng lượng bằng cách tách các nguyên tử uranium ra. Điều này trái ngược với phản ứng tổng hợp hạt nhân, đó là cách mặt trời tạo ra năng lượng thông qua kết hợp các nguyên tử hydro.

Trong nhiều thập niên, nghiên cứu về nhiệt hạch đã bị đình trệ vì các nhà khoa học không thể thu được mức năng lượng từ các phản ứng nhiệt hạch nhiều hơn so với mức cần thiết để kích hoạt chúng. Những bước đột phá gần đây cho thấy nhiều hứa hẹn, nhưng ngay cả những kế hoạch lạc quan nhất cũng cần phải mất nhiều năm nữa mới đạt được hiệu quả thương mại của phản ứng nhiệt hạch.

Dùng khoa học làm lý do là một cách để khiến mọi việc trở nên dễ dàng hơn; nhưng né tránh các cơ quan quản lý của Hoa Kỳ là một chuyện khác. Kugelmass thậm chí không xin Hoa Kỳ phê duyệt cho các nhà máy của mình.

Thay vào đó, anh hi vọng sẽ đưa lò phản ứng 20 megawatt đầu tiên của mình (đủ cung cấp điện cho 20 ngàn hộ gia đình) vào hoạt động năm 2025 tại Ba Lan, nơi phải sử dụng than để cung cấp 70% năng lượng kể từ khi nguồn cung khí đốt tự nhiên từ Nga bị cắt.

Ba Lan đã đồng ý mua điện từ 10 lò phản ứng, mà Kugelmass hi vọng sẽ kiếm được 100 triệu đô la Mỹ mỗi lò, theo hợp đồng dài hạn yêu cầu Last Energy vận hành các lò phản ứng và chấp nhận rủi ro thấu chi.

Kugelmass đặt mục tiêu xây dựng 10 ngàn lò phản ứng nhỏ này trên toàn thế giới. Điều này có vẻ viển vông đối với một người mới trong ngành công nghiệp hạt nhân và cho đến nay mới chỉ huy động được 24 triệu đô la Mỹ vốn đầu tư mạo hiểm.

Tuy nhiên, đó là tiền thông minh: 21 triệu đô la Mỹ trong số đó huy động được trong một vòng gọi vốn do Gigafund tại Austin, Texas dẫn đầu. Giám đốc hợp danh của Gigafund, Luke Nosek, là nhà đầu tư mạo hiểm đầu tiên ủng hộ SpaceX của Elon Musk.

Trong giọng nói của Kugelmass, bạn vẫn có thể nghe thấy âm hưởng của anh chàng ở Long Island yêu thích chế tạo robot và học toán tại SUNY Stony Brook trước khi lấy bằng thạc sĩ về kỹ thuật cơ khí tại Stanford.

Năm 2012, khi mới 25 tuổi, anh thành lập doanh nghiệp sử dụng đội máy bay không người lái có cánh cố định để đánh giá rủi ro bão bằng cách chụp ảnh khảo sát hàng triệu mái nhà cho các công ty bảo hiểm.

Anh huy động được 5,8 triệu đô la Mỹ cho doanh nghiệp của mình, được gọi là Airphrame, và bán đi vào năm 2017. Tại thời điểm đó, anh quyết định cống hiến hết mình để chống biến đổi khí hậu.

—————————-

ƯỚC MƠ XANH
Last Energy hình dung các nhà máy điện của họ hòa nhập với môi trường, với các lõi lò phản ứng được lắp đặt an toàn dưới lòng đất, các quạt đối xứng và tua-bin hơi nước thay thế các tháp giải nhiệt khổng lồ. Mỗi lò phản ứng 20 megawatt cần chưa đến 0,4 héc ta đất.

———————————————–

Kugelmass nhanh chóng coi năng lượng hạt nhân là một phần quan trọng của giải pháp. Theo viện Nghiên cứu quốc tế về Khí hậu và Xã hội của đại học Columbia, hạt nhân là giải pháp duy nhất cho “bộ ba bất khả thi về năng lượng” – nguồn năng lượng đáng tin cậy, giá cả phải chăng và bền vững. Gió? Hay mặt trời? Marc Bianchi, nhà phân tích năng lượng tại Cowen & Co. lưu ý rằng, các dạng năng lượng này đòi hỏi vật liệu cho một đơn vị phát điện nhiều hơn gấp 10 lần so với hạt nhân. 

Hơn nữa, khả năng tiếp cận đất đai và chủ nghĩa NIMBY (not in my backyard – ám chỉ những cá nhân, tập thể hoặc những quốc gia chỉ hành động với hi vọng có thể tránh tổn hại tới lãnh thổ của họ) khiến việc mở rộng quy mô trở nên khó khăn – các trang trại năng lượng mặt trời và gió trên toàn thế giới đã có diện tích rộng gấp đôi Texas và chỉ cung cấp 5% nhu cầu điện của hành tinh.

Trung bình, để tạo ra 20 megawatt giống như của lò phản ứng nhỏ do Kugelmass đề xuất, sẽ cần đến các tấm pin mặt trời trải dài trên 242 héc ta đất hoặc lượng tua-bin gió đặt trên 1.618 héc ta đất.

Năm 2018, Kugelmass vẫn là người mới làm quen với hạt nhân, vì vậy anh đã bắt đầu phỏng vấn các chuyên gia thông qua một chương trình podcast, Titans of Nuclear, hiện đã phát triển lên gần 400 tập. Anh đã nghiên cứu những trở ngại đối với việc phát triển thêm năng lực sản xuất hạt nhân và kết luận rằng những vấn đề lớn tồn tại hiện nay là có quá nhiều sự phức tạp và quá nhiều quy định.

Ngoài ra còn có một vấn đề khác: rủi ro thấu chi khổng lồ của các dự án hạt nhân lớn, mà anh cho rằng một phần là do các biện pháp khuyến khích sai lệch trong việc tài trợ và xây dựng. Ở Hoa Kỳ, các công ty điện lực dám thử xây dựng các nhà máy hạt nhân mới ít gặp rủi ro từ việc thấu chi, vì họ biết rằng có thể trang trải các hóa đơn bằng cách tính thêm tiền điện. Dẫu sao thì họ có sự độc quyền nhất định, được các cơ quan quản lý cho phép.

Giải pháp của Kugelmass là áp dụng mô hình cấp vốn từ các dự án năng lượng mặt trời và gió: Last Energy sẽ xây dựng và sở hữu các nhà máy, sử dụng các hợp đồng dài hạn như hợp đồng đã ký ở Ba Lan làm cơ sở để vay số tiền lớn cần thiết – như trường hợp của dự án ở Ba Lan là khoảng một tỉ đô la Mỹ.

Last Energy gần như không phải là công ty khởi nghiệp duy nhất có mục tiêu xây dựng một thế hệ mới các lò phản ứng nhỏ hơn. Các đối thủ cạnh tranh nhiều tiền trong đó có Terra-Power, liên doanh giữa Bill Gates và Berkshire Hathaway của Warren Buffett, đang tìm cách xây dựng một lò phản ứng mới, 345 megawatt, sử dụng clorua nóng chảy và làm mát bằng natri lỏng, ở Wyoming.

Dù có được khoản trợ cấp liên bang trị giá hai tỉ đô la Mỹ, chi phí của Terra Power đã tăng vọt lên hơn bốn tỉ đô la Mỹ trong nhiều năm trì hoãn. X-energy, sắp trở thành công ty đại chúng thông qua thương vụ SPAC do Ares Management tài trợ, cũng đang sử dụng nhiên liệu uranium oxycarbide chống nóng chảy mới lạ cho lò phản ứng 320 megawatt, điều này sẽ dẫn đến sự giám sát chặt chẽ hơn của cơ quan quản lý.

NuScale Energy, nhà phát triển hạt nhân mini được giao dịch công khai đầu tiên, đã được phê duyệt thiết kế 50 megawatt vào tháng 1.2023 sau khi dành mười năm và một tỉ đô la Mỹ để thuyết phục ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ, nhưng cũng không hi vọng hoàn thành nhà máy đầu tiên cho đến đầu những năm 2030.

Vậy làm thế nào để Last Energy, sử dụng công nghệ cũ, giải quyết những lo ngại về an toàn (chính đáng và không chính đáng) đã cản trở các dự án hạt nhân trong nhiều thập niên qua? Kugelmass nói rằng ngay cả khi nhiều cơ chế làm mát dự phòng của lò bị hỏng, hầm ngầm bao bọc lò phản ứng bằng 550 tấn thép sẽ tản nhiệt thừa và chứa nhiên liệu hiệu quả trong trường hợp xảy ra sự cố nóng chảy.

Về phần chất thải phóng xạ, hầu hết các nhà máy hạt nhân loại bỏ các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng khỏi lò phản ứng và lưu trữ chúng bên ngoài trong các thùng bê tông và thép. Nhưng kế hoạch của Last Energy thì ngược lại, đưa vào mô đun lò phản ứng mới, được nạp sẵn nhiên liệu, sáu năm một lần. Các lõi cũ được lưu giữ dưới lòng đất, làm mát cho đến khi nhà máy ngừng hoạt động.

Việc thay thế toàn bộ mô đun lò phản ứng thay vì chỉ thay thế nhiên liệu có vẻ lãng phí, nhưng lại làm cho cuộc sống trở nên đơn giản hơn. Kugelmass nói: “Chúng tôi đã cố tình chấp nhận sự kém hiệu quả nhất định của nhà máy để đạt được hiệu quả kinh tế. Nếu áp dụng bất kỳ cách tiếp cận nào khác, mọi việc sẽ quay trở lại điểm xuất phát.”

Biên dịch: Quỳnh Anh
Theo Forbes Việt Nam số 115, tháng 3.2023