Dầu khí sẽ trở nên lỗi thời: Trung Quốc phá vỡ "lời nguyền 30 năm"
CC0 / /
Đăng ký
Trung Quốc đã hoàn thành thử nghiệm thành công nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới dành cho lò phản ứng nhiệt hạch, vượt qua một trở ngại quan trọng trong việc tạo ra "mặt trời nhân tạo". Quốc gia này đang bùng nổ mạnh mẽ trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch. Sputnik tìm hiểu những lý do đằng sau điều này.
"Lời nguyền 30 năm"
Khác với lò phản ứng hạt nhân, lò phản ứng nhiệt hạch an toàn hơn và có nguồn nhiên liệu gần như vô tận. Tuy nhiên, việc xây dựng một cơ sở như vậy không hề dễ dàng. Phản ứng nhiệt hạch bên trong Mặt Trời xảy ra nhờ lực hấp dẫn. Nhưng, do áp suất trên Trái Đất thấp hơn rất nhiều so với trong lõi sao (nơi áp suất lực hấp dẫn ép các nguyên tử lại gần nhau), các nhà khoa học buộc phải nung nóng vật chất lên tới 100 triệu độ C hoặc hơn. Không có vật liệu nào được biết đến có thể chịu được nhiệt độ cao như vậy.
Các nhà khoa học Liên Xô đã tìm ra giải pháp: họ phát triển khái niệm về buồng hình xuyến với cuộn dây từ (viết tắt là Tokamak) - một thiết bị có buồng chứa hình xuyến (giống chiếc bánh rán) dùng từ trường mạnh để giam giữ plasma nóng. Tuy nhiên, trong 70 năm kể từ khi ý tưởng này được đề xuất lần đầu, chưa có một tokamak công nghiệp nào được xây dựng: tất cả các cơ sở hiện có đều mang tính thử nghiệm.
Có rất nhiều thách thức kỹ thuật. Ví dụ, trong khi plasma được nung nóng đến hàng trăm triệu độ, nam châm siêu dẫn, ngược lại, chỉ hoạt động và mất hoàn toàn điện trở ở nhiệt độ gần độ âm tuyệt đối (khoảng 5 Kelvin). Và điểm nóng nhất và lạnh nhất của thiết bị này chỉ cách nhau vài mét.
Những người hoài nghi thường nói đùa rằng "năng lượng nhiệt hạch luôn còn cách 30 năm nữa". Tuy nhiên, mọi thứ có thể thay đổi trong những năm tới: nhân loại đang tiến rất gần đến việc tạo ra "mặt trời nhân tạo". Thành tựu mới nhất theo hướng này đã đạt được ở Trung Quốc - thử nghiệm thành công hai hệ thống nam châm siêu dẫn cho tokamak lớn nhất thế giới. Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (ASIPP) đã hoàn thành thử nghiệm thành công cụm nam châm siêu dẫn cốt lõi cho lò phản ứng nhiệt hạch.
“Bản địa hóa hoàn toàn”
Thiết bị hình chữ D có chiều dài 21m, rộng 12m, cao 3,3m và nặng 582 tấn. Các nam châm có thể tích lớn hơn 1,3 lần và năng lượng dự trữ cao gấp 3 lần so với nam châm tương đương của dự án Lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế (ITER) tại Pháp. Hệ thống này gồm 16 nam châm siêu dẫn trường hình xuyến (TF) được xếp thành một vòng tròn để tạo từ trường mạnh 6,5 tesla giữ plasma nóng 100 triệu độ C.
Cuộn dây điện từ trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao là thiết bị tạo từ trường then chốt trong lò phản ứng nhiệt hạch, được các nhà nghiên cứu ví von như "bugi" vì đóng vai trò khởi mồi và điều chỉnh dòng plasma, đã trải qua quá trình thử nghiệm tham số đầy đủ.
Giám đốc Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (ASIPP), ông Song Yuntao (Tống Vân Đào), nhấn mạnh rằng, Trung Quốc đạt nội địa hóa 100% các công nghệ lõi của hệ thống nam châm siêu dẫn cho lò phản ứng nhiệt hạch - từ nguyên liệu thô đến sản xuất các linh kiện công nghệ cao.
Lò phản ứng nhiệt hạch siêu dẫn thử nghiệm với plasma cháy dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm 2027. Trung Quốc đặt mục tiêu tạo ra điện từ năng lượng nhiệt hạch vào năm 2030.
Lò phản ứng này đang được xây dựng như một phần của dự án CRAFT - nền tảng thử nghiệm cốt lõi để xây dựng thành công lò phản ứng trình diễn nhiệt hạch tương lai (CFEDR).
Tất cả điều này là một phần của dự án nhiệt hạch toàn cầu. Giai đoạn đầu tiên - phát triển công nghệ cho dự án này. Đây là lò phản ứng ITER đang được xây dựng ở Pháp thông qua sự hợp tác quốc tế. Giai đoạn thứ hai là tạo ra một nhà máy điện nhiệt hạch nguyên mẫu, sau đó sẽ cung cấp năng lượng cho lưới điện. CFEDR được kỳ vọng sẽ "đóng vai trò là cầu nối giữa ITER và các nhà máy điện nhiệt hạch thương mại."
Trung Quốc và các nước khác
Theo ông Anatoly Krasilnikov, Giám đốc Trung tâm Dự án ITER (Tập đoàn Nhà nước Rosatom), thế giới đang chứng kiến sự bùng nổ mạnh mẽ trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch, và điều này đặc biệt dễ nhận thấy ở Trung Quốc.
"Trung Quốc hiện dẫn đầu thế giới về số lượng lò phản ứng hạt nhân đang xây dựng, ngoài ra còn có nhiều trung tâm nghiên cứu, cơ quan và thậm chí cả các công ty tư nhân hoạt động trong lĩnh vực này. Lý do rất rõ ràng: một quốc gia với dân số khổng lồ và nền kinh tế đang phát triển đang đối mặt với các vấn đề lớn về nhiên liệu truyền thống và cần các nguồn năng lượng mới. Do đó, phát triển năng lượng nhiệt hạch đã chính thức trở thành ưu tiên chiến lược quốc gia của Trung Quốc", ông Krasilnikov giải thích.
Một trong những dự án đáng chú ý nhất là lò phản ứng nhiệt hạch BEST (Tokamak thử nghiệm plasma cháy) tại Hợp Phì. Việc xây dựng sắp hoàn thành. Giai đoạn đầu của dự án này dự kiến đạt công suất nhiệt hạch trong khoảng từ 50 đến 200 megawatt. Để so sánh, lò phản ứng ITER được thiết kế để tạo ra công suất nhiệt hạch 500 megawatt.
"Mặc dù lò phản ứng của Trung Quốc nhỏ hơn, nhưng nhiều giải pháp công nghệ của nó dựa trên những phát triển từ ITER. Trung Quốc, giống như Nga, là một bên tham gia vào dự án quốc tế này, và do đó có quyền truy cập vào các công nghệ được phát triển bởi tất cả các đối tác, bao gồm các hệ thống từ trường siêu dẫn, thiết kế cuộn dây, các giải pháp kỹ thuật và nhiều thành phần khác," chuyên gia cho biết.
Theo ông Krasilnikov, tất cả các quốc gia công nghệ hàng đầu thế giới đều đang phát triển năng lượng nhiệt hạch.
"Ví dụ, lò phản ứng nhiệt hạch SPARC sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) đang được xây dựng tại Hoa Kỳ, - chuyên gia Krasilnikov lưu ý. - Điều thú vị là, một số vật liệu siêu dẫn cho dự án của Mỹ đang được sản xuất tại Nga. Hiện nay, các công nghệ của Nga trong lĩnh vực này vẫn thuộc hàng tốt nhất thế giới."
Tại Nga, Rosatom cũng đang phát triển dự án lò phản ứng nhiệt hạch riêng mang tên TRT (Tokamak với công nghệ lò phản ứng). Theo người đứng đầu Trung tâm Dự án ITER, thiết kế kỹ thuật hiện đang được hoàn thiện, sau đó lò phản ứng TRT sẽ được xây dựng tại Troitsk, vùng Tân Moscow. Địa điểm và cơ sở hạ tầng cần thiết đã sẵn sàng.
“Nước Nga có thế mạnh trong một số lĩnh vực”
ITER vẫn là đại dự án và là trung tâm hợp tác khoa học nhiệt hạch lớn nhất thế giới; lò phản ứng đang được xây dựng tại Pháp với sự tham gia của hơn 30 quốc gia.
"Dự án này đóng vai trò nền tảng công nghệ. Tất cả các bên tham gia đều đóng góp những phát triển tốt nhất của mình và sau đó sử dụng các giải pháp thu được để phát triển các chương trình quốc gia riêng. Đó là lý do tại sao chúng ta đang chứng kiến sự phát triển tích cực của các dự án ở châu Âu, Mỹ, Trung Quốc và các nước khác. ITER tập hợp những công nghệ tốt nhất từ tất cả các bên tham gia. Trong một số lĩnh vực, Nga mạnh hơn, trong khi ở những lĩnh vực khác, Nhật Bản, châu Âu, Mỹ, Trung Quốc hoặc Hàn Quốc lại mạnh hơn. Kết quả là, một nền tảng công nghệ thống nhất đang được tạo ra, dự án ITER sau này sẽ trở thành nền tảng cho các lò phản ứng nhiệt hạch thương mại", ông Krasilnikov nói.
Ông lưu ý rằng nhiều công nghệ được phát triển trong dự án ITER đã được ứng dụng rộng rãi ngoài lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch—trong y học, công nghiệp vũ trụ, vật lý năng lượng cao và các lĩnh vực khác.
"Đây là một quá trình cùng có lợi cho dự án ITER và Nga. Một mặt, Nga đóng góp những phát triển độc đáo của riêng mình. Mặt khác, Nga có khả năng tiếp cận với kinh nghiệm kỹ thuật tập thể của tất cả các bên tham gia dự án. Ngày nay, nhiều giải pháp kỹ thuật đang được sử dụng trong dự án Tokamak với công nghệ lò phản ứng của Nga dựa trên công nghệ ITER—hoặc sao chép hoàn toàn hoặc là mở rộng chúng. Việc tham gia vào một dự án quy mô lớn như vậy giúp Nga tạo ra các cơ sở thế hệ tiếp theo," chuyên gia nhấn mạnh.
Theo ông Krasilnikov, bất chấp những khó khăn khách quan, dự án ITER đang được thực hiện trước tiến độ sáu tháng.
Có thể nói rằng thế giới đã bước vào cuộc chạy đua năng lượng toàn cầu. Nếu cuộc đua này dẫn đến việc tạo ra một công nghệ thực sự khả thi, toàn nhân loại sẽ giành chiến thắng.
