Thế giới sắp có một nguồn năng lượng sạch gần như vô tận?

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) ở California (Mỹ), mới đây thực hiện thành công phản ứng nhiệt hạch trong đó năng lượng được giải phóng lớn hơn năng lượng được bơm vào, lần đầu tiên tạo ra “năng lượng thực thu”, theo Reuters.

Thành tựu đột phá này có thể mở ra con đường giúp nhân loại có được nguồn năng lượng sạch gần như vô tận trong tương lai, dù còn nhiều rào cản.

Chuyện gì đã xảy ra ?

Từ những năm 1950, các nhà vật lý học đã tìm cách thực hiện phản ứng nhiệt hạch nhưng chưa nhóm nào có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn từ phản ứng so với mức năng lượng mà phản ứng tiêu thụ, giống như bên trong mặt trời và các ngôi sao.

Nếu năng lượng đầu ra lớn hơn năng lượng đầu vào, phần chênh lệch được gọi là “net energy gain” (tạm dịch: năng lượng thực thu). “Năng lượng thực thu” này chính là nguồn năng lượng sạch có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch cũng như năng lượng hạt nhân thông thường. Khác với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài, theo CNN.

Các nhà nghiên cứu tại LLNL ngày 13.12 thông báo cuối cùng họ đã tạo ra “năng lượng thực thu” trong một phản ứng nhiệt hạch, dù chỉ ở quy mô phòng thí nghiệm. Theo đó, phản ứng đã giải phóng năng lượng 3,15 megajoule (MJ), cao hơn so với mức 2,05 MJ mà các tia laser cung cấp để thực hiện phản ứng. “Năng lượng thực thu” là 1,1 MJ và thực tế đây không phải là một lượng lớn năng lượng. Nó tương đương 0,3 kWh điện (1 kWh là 1 “số” điện theo cách thường gọi ở VN), trong khi đun sôi một ấm nước trung bình cần khoảng 0,2 kWh điện, theo tờ The Guardian.

Bên trong cơ sở nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore

LLNL

Để thực hiện phản ứng, các nhà nghiên cứu Mỹ đã chiếu 192 tia laser khổng lồ vào một thiết bị hình trụ bằng vàng dài 1 cm gọi là “hohlraum”. Năng lượng cực mạnh làm nóng thiết bị lên hơn 3 triệu độ C - nóng hơn cả bề mặt mặt trời. Bên trong thiết bị có một viên nhiên liệu nén với thành phần là deuteri và triti (các đồng vị của hydro), có kích thước bằng hạt tiêu.

Các tia laser tách lớp vỏ của viên nhiên liệu và kích nổ, đẩy nhiệt độ và áp suất lên mức cực cao chỉ thấy bên trong các ngôi sao, hành tinh khổng lồ và vụ nổ hạt nhân. Vụ nổ đạt tốc độ 400 km/giây, khiến các hạt nhân deuteri và triti kết hợp với nhau tạo thành hạt nhân heli.

Từ phòng thí nghiệm đến nhà máy điện

Deuteri được chiết xuất dễ dàng từ nước biển, trong khi triti hiếm hơn nhưng có thể được tạo ra từ nguyên tố lithi có trong lớp vỏ trái đất. Do đó, thành công của thí nghiệm tại LLNL mở ra triển vọng thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên quy mô lớn hơn. Tuy nhiên, con đường để tiến tới thương mại hóa và cung cấp điện bằng các lò phản ứng nhiệt hạch còn rất dài, theo các nhà khoa học.

Rào cản được thể hiện qua chính thí nghiệm mới nhất. Mặc dù phản ứng đã tạo ra được “năng lượng thực thu”, phép tính này không đề cập đến năng lượng dùng đốt nóng các tia laser lúc đầu vốn lên đến khoảng 300 MJ, theo The Guardian. Những phản ứng như vậy cũng cần phải xảy ra với tần suất lớn hơn nhiều - khoảng 10 lần một giây - và có chi phí rẻ hơn thì phản ứng nhiệt hạch mới thực sự có thể được sử dụng dù chỉ là để đun sôi một ấm nước.

“Do đó, chúng ta có thể nói rằng kết quả này... là thành công của khoa học, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phải đi để có được nguồn năng lượng sạch, hữu ích, dồi dào”, Reuters dẫn lời ông Tony Roulstone, chuyên gia về năng lượng hạt nhân tại Đại học Cambridge.

Chia sẻ với báo giới ngày 13.12, Giám đốc LLNL Kimberly Budil cho rằng với sự đầu tư đúng mức, “một vài thập niên nghiên cứu nữa có thể giúp chúng ta sẵn sàng xây dựng một nhà máy điện” dựa trên phản ứng nhiệt hạch.