Pin hạt nhân có thể thúc đẩy cuộc đua năng lượng Fusion như thế nào?

Năng lượng Fusion (hợp nhất) luôn tồn tại một nghịch lý thú vị. Việc tạo ra phản ứng Fusion thực ra không quá khó khăn — thậm chí một sinh viên đại học gần đây đã tự chế tạo một thiết bị Fusion đơn giản trong phòng ngủ của mình — nhưng việc khai thác điện năng từ phản ứng đó lại là câu chuyện hoàn toàn khác.

"Một lò phản ứng Fusion tạo ra năng lượng — và có rất nhiều lò như vậy, chúng đã tồn tại," Daniel Velásquez, người phụ trách khoa học vật liệu tại Avalanche Energy, chia sẻ với TechCrunch. "Nhưng một lò phản ứng Fusion tạo ra điện năng thì tốt hơn." Đó chính là rào cản mà ngành công nghiệp non trẻ này đang mắc kẹt.

Các phản ứng Fusion giải phóng lượng năng lượng khổng lồ bằng cách hợp nhất hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng hơn. Tuy nhiên, việc thu hoạch năng lượng này đã được chứng minh là đầy thách thức. Cách tiếp cận phổ biến nhất là làm nóng nước và quay tuabin hơi nước, nhưng phương pháp này không quá hiệu quả, chỉ khai thác được tối đa khoảng 60% công suất.

Avalanche Energy tin rằng họ có thể thu thập nhiều năng lượng hơn bằng cách phát triển các vật liệu mới được gọi là "điện phóng xạ" (radiovoltaics). Vật liệu này tương tự như quang điện (tấm pin mặt trời truyền thống) ở chỗ chúng sử dụng chất bán dẫn để chuyển đổi bức xạ thành điện. Chúng đã tồn tại từ lâu nhưng chưa thực sự hiệu quả. Các điện phóng xạ hiện tại dễ bị hư hỏng bởi chính bức xạ mà chúng khai thác và không tạo ra nhiều điện.

Hôm nay, Avalanche đã được trao hợp đồng trị giá 5,2 triệu USD từ DARPA để phát triển các điện phóng xạ mới, công ty tiết lộ độc quyền với TechCrunch.

Cơ quan nghiên cứu của Lầu Năm Góc quan tâm đến việc sử dụng vật liệu này trong một loại pin hạt nhân mới, sử dụng sự phân rã phóng xạ từ các vật liệu như polonium để tạo ra điện. Các thiết bị như vậy có thể giúp cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ và vệ tinh trong nhiều năm. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng quân sự trên mặt đất tiêu tốn nhiều năng lượng trong nhiều ngày liền — "đặc biệt là cho các hệ thống tự chủ hoặc các nhiệm vụ nơi hậu cần là không thể thực hiện được," Velásquez nói.

Điều đó không hoàn toàn là những gì Avalanche đang hướng tới xây dựng như một công ty, nhưng giải thưởng của DARPA có sự trùng lặp với tham vọng của họ. Một mặt, cả phản ứng Fusion và pin hạt nhân đều tạo ra các hạt alpha, một loại bức xạ có năng lượng cao đến mức có thể làm hỏng mọi loại thiết bị, bao gồm cả tường của lò phản ứng hạt nhân. Mặt khác, Avalanche đang phát triển một lò phản ứng Fusion quy mô bàn làm việc có thể thay thế máy phát điện diesel tại các căn cứ quân sự xa xôi.

Nếu công ty có thể phát triển một điện phóng xạ mới cho pin hạt nhân, họ có thể áp dụng kiến thức đó vào một bộ phận lò phản ứng mới. Một lớp vỏ như vậy sẽ giúp thu giữ các hạt alpha, bảo vệ lò phản ứng đồng thời tăng lượng điện năng nó tạo ra. Avalanche cũng đã giành được giải thưởng trị giá 1,25 triệu USD từ phòng thí nghiệm nghiên cứu AFWERX của Không quân Mỹ để sử dụng các tiến bộ tính toán nhằm tăng tốc khám phá vật liệu.

Các startup năng lượng Fusion đều đang chạy đua để đạt được cột mốc được gọi là "điểm hòa vốn" (breakeven), trong giới khoa học được gọi là Q>1, trong đó Q là tỷ lệ giữa công suất tạo ra bởi phản ứng Fusion và công suất cần thiết để duy trì nó. Việc đưa các hạt alpha vào làm việc để tạo ra điện sẽ có thể khiến năng lượng Fusion thương mại dễ đạt được hơn.

Avalanche không phải là công ty duy nhất có thiết kế lò phản ứng tạo ra hạt alpha. Nếu thành công, công ty có thể thấy mình cung cấp công nghệ này cho các công ty Fusion khác, một xu hướng đang nổi lên trong ngành.