Mỹ đang tụt lại phía sau Trung Quốc trong cuộc đua phát triển năng lượng hạt nhân tổng hợp

Cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Trung Quốc trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân tổng hợp đang trở nên ngày càng gay gắt. Sau nhiều thập kỷ dẫn đầu, Mỹ hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn khi Trung Quốc không ngừng gia tăng tốc độ phát triển nhờ vào những khoản đầu tư khổng lồ và việc triển khai các dự án với tốc độ nhanh chóng. Năng lượng hạt nhân tổng hợp, được coi là “chén thánh” của năng lượng sạch, có khả năng sản xuất năng lượng gấp bốn lần so với năng lượng từ phân hạch hạt nhân truyền thống và gấp bốn triệu lần so với năng lượng từ than đá, mà không phát thải khí nhà kính hay để lại chất thải phóng xạ lâu dài. Theo dự báo của Ignition Research, nếu thành công, thị trường năng lượng hạt nhân tổng hợp có thể đạt giá trị lên tới 1 nghìn tỷ USD vào năm 2050. Tuy nhiên, giáo sư Dennis Whyte tại MIT đã chỉ ra rằng: “Hiện tại, các nhà máy tổng hợp hạt nhân duy nhất đang hoạt động trong vũ trụ là các ngôi sao.” Vậy, đâu là những vấn đề chính và ai sẽ là người dẫn đầu trong cuộc đua này?

Để hiểu rõ hơn về năng lượng hạt nhân tổng hợp, chúng ta cần biết rằng quá trình này diễn ra khi các nguyên tử hydro được nén ở nhiệt độ cực cao, tạo ra plasma – một dạng khí siêu nóng – và giải phóng năng lượng khổng lồ từ sự chênh lệch khối lượng trong quá trình hợp nhất. Hai phương pháp phổ biến để thực hiện quá trình này là sử dụng nam châm mạnh để giữ plasma trong lò phản ứng hình donut gọi là tokamak, hoặc sử dụng laser năng lượng cao để nén một viên nhiên liệu nhỏ. Mỹ đã ghi dấu ấn lịch sử khi đạt được “đánh lửa” tổng hợp tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Lawrence Livermore (NIF) vào năm 2022, tạo ra năng lượng dương ròng bằng phương pháp laser. Tuy nhiên, việc duy trì phản ứng này đủ lâu và chuyển đổi thành điện năng thực tế vẫn là một thách thức lớn.

Trung Quốc, mặc dù gia nhập cuộc đua muộn hơn vào đầu những năm 2000 thông qua dự án ITER tại Pháp, đang cho thấy sự bứt phá mạnh mẽ. Lò phản ứng EAST của họ đã liên tục phá kỷ lục về thời gian giữ plasma, cạnh tranh quyết liệt với dự án WEST của Pháp. Một dự án lớn khác, CRAFT, trị giá 700 triệu USD tại miền đông Trung Quốc, dự kiến sẽ hoàn thành trong năm nay và sẽ bao gồm tokamak BEST vào năm 2027. Đặc biệt, hình ảnh vệ tinh cho thấy Trung Quốc đang xây dựng một cơ sở tổng hợp laser mới tại Miên Dương, với mái vòm chứa phản ứng lớn gấp đôi NIF của Mỹ, có thể là một hệ thống lai tổng hợp-phân hạch. Về mặt tài chính, Trung Quốc đang dẫn đầu với ngân sách công ước tính 1,5 tỷ USD mỗi năm cho nghiên cứu tổng hợp, gần gấp đôi mức trung bình 800 triệu USD của Mỹ trong những năm gần đây. Trong khi Mỹ từng tăng cường hỗ trợ dưới thời Trump và Biden, tương lai tài trợ dưới nhiệm kỳ thứ hai của Trump vẫn chưa rõ ràng giữa kế hoạch cắt giảm chi tiêu liên bang.

Ngược lại, Mỹ vẫn dẫn đầu về đầu tư tư nhân với hơn 6 tỷ USD trong tổng số 8 tỷ USD toàn cầu, theo Hiệp hội Công nghiệp Tổng hợp. Các công ty khởi nghiệp như Commonwealth Fusion Systems đã huy động gần 2 tỷ USD từ các nhà đầu tư lớn như Bill Gates, Jeff Bezos và Google, với mục tiêu đưa nhà máy ARC tại Virginia vào lưới điện vào đầu thập niên 2030. Helion cũng đã nhận được 1 tỷ USD từ Sam Altman của OpenAI, cam kết cung cấp năng lượng tổng hợp cho Microsoft vào năm 2028. Tuy nhiên, các dự án này vẫn phụ thuộc vào việc chứng minh tính khả thi thương mại, điều mà Trung Quốc đang tiến gần hơn nhờ quy mô lớn.

Không chỉ về tài chính, nhân lực và vật liệu cũng là những yếu tố quyết định trong cuộc đua này. Trung Quốc hiện sở hữu số bằng sáng chế tổng hợp nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác và có số tiến sĩ trong lĩnh vực này gấp 10 lần so với Mỹ. Trong khi Mỹ từng cắt giảm ngân sách nghiên cứu nội địa vào đầu những năm 2000, buộc các nhà khoa học phải sang Trung Quốc học hỏi, nước này giờ đây đang đối mặt với tình trạng “chảy máu chất xám” sang các dự án mới của đối thủ. Michl Binderbauer của TAE Technologies nhận định: “Chẳng ai muốn làm việc trên những cỗ máy cũ kỹ.” Các tokamak tại Mỹ như DIII-D hay máy tại Princeton đã hơn 30 năm tuổi, trong khi Trung Quốc xây dựng mới với tốc độ chóng mặt.

Về vật liệu, năng lượng hạt nhân tổng hợp đòi hỏi nam châm công suất cao, kim loại đặc biệt, tụ điện và chất bán dẫn – những thứ mà Trung Quốc đang kiểm soát chuỗi cung ứng. David Kirtley của Helion cho biết thời gian hoàn thành prototype Polaris của họ hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn cung bán dẫn, trong khi Trung Quốc đầu tư gấp 10 lần Mỹ vào phát triển vật liệu tiên tiến. Energy Singularity, một công ty tổng hợp tại Thượng Hải, thừa nhận họ “chắc chắn” hưởng lợi từ chuỗi cung ứng hiệu quả của Trung Quốc khi tạo plasma chỉ trong hai năm kể từ lúc thiết kế tokamak HH70.