Phát minh làm rung chuyển ngành năng lượng của Nhật Bản, khiến Trung Quốc, Mỹ dè chừng: Công nghệ 'đầu tiên trên thế giới' cho năng lượng sạch vô hạn

Đầu tuần này, startup năng lượng Nhật Bản Helical Fusion thông báo đã thực hiện thành công cuộc thử nghiệm hiệu suất quy mô lớn đối với cuộn dây siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS). Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới mục tiêu phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại.

Thành tựu này đánh dấu lần đầu tiên trên thế giới một cuộn dây HTS quy mô lớn, được thiết kế cho lò phản ứng thương mại, duy trì dòng điện ổn định trong điều kiện siêu dẫn, đồng thời mô phỏng được môi trường từ trường bên trong thiết bị phản ứng nhiệt hạch.

Tổng giám đốc Helical Fusion, ông Takaya Taguchi, phát biểu tại cuộc họp báo: “Điều này chứng minh khả năng đạt được mục tiêu sản xuất điện từ năng lượng nhiệt hạch đầu tiên trên thế giới”.

Trong thử nghiệm, Helical Fusion đã duy trì dòng điện siêu dẫn ổn định ở mức 40 kA trong từ trường 7 tesla ở nhiệt độ 15 Kelvin (-258°C), bằng cách sử dụng cơ sở vật chất của Viện Khoa học Nhiệt hạch Quốc gia Nhật Bản (NIFS). Thành công này đưa Helical Fusion trở thành một trong những ứng viên hàng đầu thế giới trong cuộc đua phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại.

Công ty cho biết sẽ tiếp tục nghiên cứu trong khuôn khổ Chương trình Helix, hướng tới hoàn tất các thử nghiệm hiệu suất của nam châm HTS.

Bước tiến lớn tiếp theo là xây dựng Helix HARUKA, thiết bị tích hợp được thiết kế để chứng minh phản ứng nhiệt hạch ổn định và liên tục.

Đến thập niên 2030, Helical Fusion đặt mục tiêu khởi động nhà máy thử nghiệm nhiệt hạch Helix KANATA, nơi sẽ chứng minh khả năng vận hành ổn định 24/7, sản lượng điện dương và bảo trì thiết bị hiệu quả. Đây là ba yếu tố then chốt để hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch thương mại.

Là đơn vị kế thừa duy nhất công nghệ phản ứng nhiệt hạch dạng xoắn ốc của NIFS, Helical Fusion hướng tới mục tiêu xây dựng nhà máy nhiệt hạch thương mại đầu tiên trên thế giới dựa trên thiết kế này.

Thiết kế này cho phép duy trì plasma liên tục mà không cần dòng điện kích thích bên ngoài, mở ra khả năng vận hành dài hơn và ổn định hơn so với các mô hình phản ứng khác.

Từ khi thành lập năm 2021, Helical Fusion đã hợp tác chặt chẽ với NIFS. Hai bên lập nhóm nghiên cứu chung vào tháng 3/2024 nhằm đẩy nhanh phát triển nam châm HTS và hệ thống lò phản ứng.

Dự án nhận được hỗ trợ từ Chương trình Đổi mới Doanh nghiệp Nhỏ (SBIR) giai đoạn 3 của Nhật Bản, với nguồn tài trợ 2 tỷ yên (khoảng 13 triệu USD) từ Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ (MEXT).

Thủ tướng Nhật Bản Sanae Takaichi, người ủng hộ mạnh mẽ nghiên cứu nhiệt hạch, là nhân tố chủ chốt thúc đẩy sáng kiến tài trợ này. Giám đốc Taguchi của Helical Fusion ghi nhận những hỗ trợ của chính phủ, song thừa nhận Nhật Bản vẫn đi sau các cường quốc nhiệt hạch lớn.

Ông nói: “Chúng tôi hy vọng chính quyền bà Takaichi sẽ thu hẹp khoảng cách với Mỹ và Trung Quốc, thậm chí vượt lên, thông qua tăng đầu tư và hỗ trợ chính sách”.

Hiện tổng chi cho nghiên cứu nhiệt hạch của Nhật Bản khoảng 100 tỷ yên, thấp hơn nhiều so với quy mô đầu tư hàng nghìn tỷ yên của Mỹ và Trung Quốc trong những năm gần đây. Tuy nhiên, thành công của Helical Fusion có thể khiến chính phủ tăng cường tập trung vào phát triển năng lượng nhiệt hạch trong nước.

Đầu tư toàn cầu vào năng lượng nhiệt hạch đã tăng thêm 2,64 tỷ USD so với năm ngoái, nhưng các chuyên gia nhận định vẫn cần nhiều vốn hơn để công nghệ này đạt tính thương mại.

Trong khoảng 50 dự án nhiệt hạch trên thế giới, Helical Fusion là một trong số ít công ty hướng tới cả ba tiêu chí thương mại hóa.

Các đối thủ đáng chú ý khác bao gồm Commonwealth Fusion Systems của Mỹ, công ty tách ra từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đang lên kế hoạch xây dựng nhà máy nhiệt hạch quy mô lưới điện tại bang Virginia vào đầu thập niên 2030.

Giám đốc công nghệ (CTO) của Helical Fusion, ông Junichi Miyazawa, nhận định: “Việc phát triển nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) đánh dấu bước chuyển mạnh mẽ từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang ứng dụng thực tế. Thử nghiệm thành công này là kết quả của nhiều năm phát triển và hợp tác chặt chẽ giữa các đối tác trong giới học thuật và công nghiệp”.

Theo Interesting Engineering