Mỹ rót vốn cho nhiên liệu urani làm giàu cao phục vụ trung tâm dữ liệu

Bộ Năng lượng Mỹ (DoE) vừa chọn công ty Nusano có trụ sở tại Utah tham gia chương trình Nuclear Energy Launch Pad, nhằm thúc đẩy thương mại hóa các ý tưởng năng lượng hạt nhân. Nusano đang phát triển phương pháp mới để sản xuất HALEU - loại nhiên liệu urani làm giàu cao mà hầu hết các lò phản ứng thế hệ mới đều cần đến.

Tuy nhiên, đừng kỳ vọng đội hình trung tâm dữ liệu ngày càng phình to của nước Mỹ sẽ sớm chạy bằng năng lượng hạt nhân carbon thấp, bởi sản lượng HALEU vẫn đang tăng với tốc độ "rùa bò".

HALEU là gì và vì sao lại quan trọng?

HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium) là urani được làm giàu ở mức từ 5 đến 20 phần trăm khối lượng đồng vị U-235 - đồng vị phân hạch chính mà lò phản ứng hạt nhân dùng để tạo ra điện năng.

Các lò phản ứng hạt nhân truyền thống chỉ sử dụng urani làm giàu thấp dưới 5 phần trăm. Mức làm giàu cao hơn là yêu cầu bắt buộc đối với những thiết kế lò phản ứng nhỏ gọn và hiệu quả hơn đang được phát triển, chẳng hạn như lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) và lò phản ứng muối nóng chảy.

Một số mẫu trình diễn lò phản ứng tiên tiến tại Mỹ đã đạt được trạng thái tới hạn ở mức công suất bằng không, nhưng chưa có cái nào vận hành thương mại.

Nguồn cung khan hiếm kéo dài nhiều năm

Nước Mỹ đã không có nguồn cung HALEU thương mại ổn định trong nhiều năm. Trong lịch sử, Nga là nhà cung cấp thương mại chính, còn Trung Quốc cũng sở hữu năng lực làm giàu HALEU.

Tính đến năm 2026, chỉ có duy nhất một công ty tại Mỹ đang sản xuất HALEU - và đó không phải là Nusano. DoE đã ký thỏa thuận với một số công ty khác để sản xuất thêm HALEU cùng các sản phẩm nhiên liệu liên quan, nhưng những doanh nghiệp này vẫn đang trong quá trình xây dựng cơ sở vật chất, và sản lượng vẫn ở mức vô cùng nhỏ.

Centrus - công ty Mỹ duy nhất sản xuất HALEU - đã tạo ra chưa đến hai tấn kể từ khi ký hợp đồng với chính phủ vào năm 2019.

Nusano hứa hẹn phá vỡ thế độc quyền

Nusano kỳ vọng sẽ vượt xa sản lượng khiêm tốn của Centrus bằng thiết kế làm giàu HALEU của mình. Dù vậy, thiết kế này vẫn chưa thực sự thành hình.

Công ty không trả lời câu hỏi liệu họ đã chế tạo được một đơn vị làm giàu HALEU hoạt động được hay chưa, và khi được hỏi có sản xuất được HALEU nào chưa, công ty cho biết quá trình phát triển nguyên mẫu vẫn đang tiếp diễn.

Theo ông Scott Larrivee, người phụ trách truyền thông của Nusano, mỗi đơn vị dự kiến sẽ sản xuất 5,9 tấn HALEU mỗi năm, với đơn vị đầu tiên theo kế hoạch đi vào hoạt động vào năm 2031.

Phương pháp khác biệt hoàn toàn

Trong khi các nhà tinh luyện HALEU khác sử dụng máy ly tâm khí để quay khí urani hexafluoride ở tốc độ cao nhằm tăng nồng độ U-235, Nusano lại từ bỏ hoàn toàn khí.

Ông Larrivee giải thích: "Phương pháp này phức tạp, tốn kém và có khả năng gây nguy hiểm. Nếu bị rò rỉ, urani hexafluoride phản ứng với độ ẩm trong không khí hoặc mô người để tạo thành hydro fluoride và uranyl fluoride - những chất cực độc và ăn mòn."

Theo ông, những loại khí này có thể gây thương tích đe dọa tính mạng như bỏng hóa chất, tổn thương phổi và thận.

Nusano đề xuất phương pháp sử dụng nguyên liệu urani được chuyển thành kim loại trước khi làm giàu. Sau đó, các "kỹ thuật tách độc quyền" chưa được tiết lộ sẽ được dùng để làm giàu kim loại và tách U-235. Đầu ra HALEU của thiết kế Nusano là kim loại.

"Quy trình của Nusano là kim loại vào, kim loại ra. Không khử chuyển đổi. Không có hóa học fluor dạng khí ở bất cứ đâu," ông Larrivee nhấn mạnh.

Thiết kế hiện tại của Nusano chỉ cần 1.200 feet vuông cho mỗi đơn vị HALEU, và công ty dự đoán chi phí sản xuất sẽ thấp hơn so với làm giàu bằng máy ly tâm khí.

Bài toán cung - cầu còn nhiều khoảng cách

Sẽ cần rất nhiều đơn vị Nusano để đáp ứng nhu cầu dự kiến của nước Mỹ. Theo DoE, nhu cầu HALEU có thể đạt 50 tấn mỗi năm vào năm 2035, trong khi Nusano chỉ kỳ vọng đưa đơn vị 5,9 tấn/năm đầu tiên vào hoạt động từ năm 2031.

Cũng chưa rõ liệu những cam kết hiện tại của Nusano có còn giữ nguyên khi các đơn vị HALEU của họ đi vào vận hành hay không. Vào tháng 6 năm 2025, công ty từng tuyên bố đạt bước đột phá cho phép một đơn vị HALEU duy nhất sản xuất 50 tấn mỗi năm và có thể mở rộng lên 350 tấn/năm vào năm 2029. Tìm kiếm thông báo đó trên website công ty hôm nay thì đã không còn.

Ông Larrivee cho biết thông báo cũ đã lỗi thời, được phát triển dưới thời lãnh đạo trước của công ty, và những con số trong thông cáo mới nhất phản ánh kế hoạch phát triển hiện tại.

Lời hứa của các trung tâm dữ liệu vẫn treo lơ lửng

Nhiều nhà vận hành trung tâm dữ liệu đã cam kết sẽ chuyển sang dùng SMR và các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới khi công nghệ này sẵn sàng. Nhưng với sản lượng HALEU còn thấp và sản xuất quy mô thương mại còn cách nhiều năm, thời điểm những lời hứa đó thành hiện thực vẫn chưa thể xác định.

Trong bối cảnh đó, chính quyền Tổng thống Trump vừa loại bỏ các quy định khí thải thời Biden đối với nhà máy điện than và khí đốt. Theo đánh giá của cơ quan này, điều đó đồng nghĩa sản lượng điện than tại Mỹ có thể tăng hơn mười lần so với mức hiện tại.

Nói cách khác, năng lượng hạt nhân thế hệ mới vẫn mãi ở phía chân trời, trong khi các "chuồng bit" (trung tâm dữ liệu) vẫn đang chạy tua-bin nhiên liệu hóa thạch - giờ đây còn ít quan tâm đến tác động môi trường hơn trước.

Góc nhìn cho độc giả Việt Nam

Câu chuyện này phản ánh một xu hướng đáng chú ý: các ông lớn công nghệ toàn cầu đang tìm mọi cách để có đủ điện cho trung tâm dữ liệu AI, từ điện hạt nhân thế hệ mới cho đến nhiên liệu hóa thạch. Tại Việt Nam, nơi nhu cầu hạ tầng dữ liệu và điện toán AI cũng đang tăng nhanh, bài học về việc chuẩn bị nguồn cung năng lượng dài hạn - thay vì chỉ chạy theo lời hứa công nghệ - là điều các nhà hoạch định chính sách và doanh nghiệp công nghệ nên lưu tâm.