Inertia Enterprises cắt giảm thời gian sản xuất nhiên liệu nhiệt hạch từ một tuần xuống còn vài giờ

Startup nhiệt hạch Inertia Enterprises vừa công bố một bước tiến quan trọng khi rút ngắn quy trình chế tạo viên nhiên liệu fusion từ vài ngày xuống chỉ còn vài giờ. Thành công này giúp công ty vượt qua một trong mười rào cản lớn nhất trên hành trình xây dựng nhà máy điện thương mại, đồng thời mở ra hướng đi khả thi hơn cho ngành năng lượng sạch.

Inertia Enterprises, một startup trong lĩnh vực nhiệt hạch, cho biết đã tìm ra cách giảm thời gian sản xuất viên nhiên liệu từ vài ngày xuống chỉ còn vài phút. Nhờ cắt giảm thời gian nạp nhiên liệu, công ty đã vượt qua một trong mười rào cản cần thiết để hoàn thành giai đoạn đầu của tham vọng xây dựng nhà máy điện thương mại. Startup này đã dành cho TechCrunch cơ hội độc quyền khám phá quy trình mới.

Bước tiến vượt ngoài kỳ vọng

Tiến bộ này không hề dễ dàng. Các nhà đầu tư đã rót 450 triệu USD vào Inertia dựa trên tiền đề rằng công ty có thể thương mại hóa công nghệ phát triển tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) — một thí nghiệm khoa học phức tạp đòi hỏi sự chăm sóc và vận hành tỉ mỉ. Tại NIF, việc tạo ra các viên nhiên liệu có thể mất hơn một tuần và tốn kém rất nhiều chi phí. Đây không phải là công thức lý tưởng cho một hoạt động kinh doanh có lợi nhuận.

“Nhưng khi bạn thực sự tìm hiểu kỹ, bạn sẽ nhận ra rằng họ chỉ tạo ra một số ít viên mỗi năm,” Jeff Lawson, đồng sáng lập kiêm CEO của Inertia, chia sẻ với TechCrunch. “Tôi đặt chiếc mũ của một nhà kinh doanh lên và nhận ra: Tôi biết từ để mô tả điều này — đó là nguyên mẫu.”

Tại Inertia, đội ngũ chuyên gia đã bắt tay vào biến những nguyên mẫu đó thành sản phẩm có thể sản xuất hàng loạt. Lawson cho biết: “Đó là lý do chúng tôi tuyển dụng nhân sự từ những công ty như Apple. Có một nhóm kỹ sư công nghiệp nói rằng: ‘Được rồi, tôi đoán mình phải tìm cách sản xuất thứ này hàng tỷ lần trong một nhà máy.’”

Cấu trúc phức tạp của viên nhiên liệu

Viên nhiên liệu của NIF không hề đơn giản như một chiếc iPhone. Bên ngoài là lớp vỏ kim cương hình cầu, bên trong là một lớp mỏng deuterium và tritium đông lạnh — hai đồng vị của hydro có thể cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng nhiệt hạch. Bên trong lớp tinh thể là hỗn hợp khí deuterium và tritium. Mỗi lớp rắn phải gần như hoàn hảo về mặt hình cầu nhất có thể.

Những viên nhiên liệu này sau đó được bọc trong vỏ vàng gọi là hohlraum, có chức năng chuyển đổi năng lượng laser thành tia X để nén viên nhiên liệu bên trong. Nếu mọi thứ diễn ra đúng kế hoạch, quá trình nén này khiến các nguyên tử hợp nhất và giải phóng năng lượng. Tuy nhiên, chỉ một sai lệch nhỏ về hình dạng cầu cũng có thể phá vỡ quá trình đánh lửa, ngăn phản ứng nhiệt hạch đạt công suất tối đa.

Inertia phải cô đọng quy trình để đạt hiệu quả thương mại mà không đi chệch quá xa so với vật lý đã được khám phá tại NIF. Lawson đặt câu hỏi: “Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thử làm nhanh hơn?” Đội ngũ của ông có lợi thế khởi đầu khi Annie Kritcher, đồng sáng lập kiêm nhà khoa học trưởng tại Inertia, chính là người thiết kế thí nghiệm nhiệt hạch đầu tiên tại NIF đạt sản lượng năng lượng vượt mức tiêu thụ.

Kết quả ấn tượng và kế hoạch tương lai

Sau nhiều vòng phát triển, startup này đã có thể nuôi cấy tinh thể trong khoảng 30 phút, trong khi quy trình này tại NIF có thể mất tới một tuần. Tổng cộng, một viên nhiên liệu có thể được tạo ra trong khoảng 2-3 giờ và quy trình có thể được mở rộng lên quy mô công nghiệp. Inertia phát triển quy trình này với sự hỗ trợ từ NIF tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, nơi startup đã thiết lập quan hệ đối tác công-tư.

Inertia có một lợi thế mà NIF không có: vì startup dự định sử dụng laser mạnh gấp bốn lần laser hiện tại tại NIF, họ có thể chấp nhận nhiều sai lệch hơn trong viên nhiên liệu. Điều này cũng giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất.

“Chúng tôi thực sự có nhiều dư địa,” Lawson nói. “Đó là chiến lược của chúng tôi — thiết kế laser có công suất vượt trội để tạo ra nhiều khoảng trống cho các phần khác của hệ thống.”

Việc giảm thời gian nạp nhiên liệu cũng kéo theo hiệu quả gián tiếp là giảm lượng tritium mà Inertia cần lưu trữ tại bất kỳ thời điểm nào. Tritium có tính phóng xạ và đòi hỏi quy trình xử lý cẩn thận. Nó cũng cực kỳ đắt đỏ — khoảng 30.000 USD mỗi gram — và chỉ có khoảng 25 kg được dự trữ trên toàn cầu, theo tạp chí Science.

Giống như nhiều startup nhiệt hạch khác, Inertia có kế hoạch tự sản xuất tritium nhờ phản ứng nhiệt hạch, nhưng vẫn cần một lượng tồn kho ban đầu để khởi động. Việc giảm thời gian sản xuất giúp duy trì lượng tồn kho nhỏ. Inertia dự kiến nhà máy điện thương mại quy mô đầy đủ sẽ sử dụng mười viên nhiên liệu mỗi giây.

“Bằng cách giảm độ trễ của bước này, bạn đã làm cho cơ sở của mình nhỏ hơn; toàn bộ hệ thống nhanh hơn, hiệu quả hơn,” Lawson kết luận.