Startup Mỹ dùng CO2 siêu tới hạn để tăng hiệu suất trung tâm dữ liệu

Một startup Mỹ vừa công bố kế hoạch táo bạo: dùng CO2 siêu tới hạn để biến những tuabin khí lãng phí đang cấp điện cho trung tâm dữ liệu thành hệ thống hiệu quả hơn — dù không thể xóa sổ hoàn toàn khí thải.

Bài toán năng lượng của trung tâm dữ liệu

Các trung tâm dữ liệu tại Mỹ đang tiêu thụ điện năng với tốc độ chưa từng có, phần lớn nhờ làn sóng phát triển AI. Nhiều cơ sở chọn dùng tuabin chu trình đơn (simple-cycle) thay vì chu trình hỗn hợp vì tốc độ triển khai nhanh và chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn.

Vấn đề nằm ở hiệu suất. Theo bài báo, tuabin chu trình đơn thường chỉ chuyển hóa khoảng 35% năng lượng thành điện, phần còn lại thoát ra dưới dạng khí thải. Con số này ở nhà máy chu trình hỗn hợp là 60–65%.

Hệ quả rất đáng lo ngại. Một nhà máy điện cho trung tâm dữ liệu mà Amazon đang xây ở Texas, chỉ dùng tuabin chu trình đơn, được cấp phép thải hơn 33 triệu tấn khí nhà kính mỗi năm — nhiều hơn tổng lượng phát thải hàng năm của một số quốc gia nhỏ.

CO2 siêu tới hạn hoạt động thế nào?

American Supercritical vừa ra khỏi chế độ kín tiếng, công bố 8 triệu USD vốn đầu tư. Ý tưởng cốt lõi: gắn thêm các module CO2 siêu tới hạn vào tuabin khí hiện có.

CO2 siêu tới hạn là trạng thái khi carbon dioxide được nén ở áp suất và nhiệt độ nhất định — nó có mật độ như chất lỏng nhưng vẫn hành xử như chất khí. Điều này cho phép truyền năng lượng hiệu quả hơn qua thiết bị nhỏ gọn hơn nhiều.

Thay vì dùng nhiệt thải để đun nước tạo hơi, module này chuyển nhiệt trực tiếp qua CO2 nén để phát thêm điện — không phát sinh thêm khí thải.

"Về cơ bản chúng tôi đang xây dựng những nhà máy chu trình hỗn hợp thu nhỏ," đồng sáng lập Simon Shuham nói.

Điểm đáng chú ý với các trung tâm dữ liệu: công nghệ này có thể loại bỏ hoặc giảm mạnh lượng nước tiêu thụ trong quá trình phát điện. CO2 hoạt động trong hệ thống vòng kín, không cần nạp thêm.

Mục tiêu và lộ trình

Công ty dự kiến bán module 10 megawatt trước tiên — khá nhỏ so với tiêu chuẩn nhà máy điện. Theo tính toán của họ, thêm module CO2 siêu tới hạn có thể nâng hiệu suất tuabin lên 50% mà không tăng thêm khí thải nhà kính hay tiêu thụ nước.

Đồng sáng lập Matthew Carlson, người nghiên cứu CO2 siêu tới hạn hơn một thập kỷ, so sánh với hệ thống làm lạnh tuần hoàn CO2.

Tuy nhiên, giải pháp này không đưa phát thải về 0. Khai thác và sử dụng khí tự nhiên vẫn làm nóng hành tinh, dù tuabin có hiệu quả đến đâu.

Thách thức phía trước

Công nghệ CO2 siêu tới hạn đã được nghiên cứu hơn 50 năm tại các phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ. Hai thập kỷ qua, nghiên cứu chuyển từ lý thuyết sang ứng dụng thực tiễn, nhờ đột phá trong quy trình nén và thiết bị trao đổi nhiệt nhỏ gọn, rẻ hơn.

American Supercritical không đơn độc. Subith Vasu, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Central Florida, nhận định các công ty vẫn phải vượt qua nhiều rào cản: chuỗi cung ứng, thách thức kỹ thuật và chi phí cao.

Doug Hofer, cố vấn của công ty với 20 năm làm kỹ sư tuabin tại GE, chỉ ra một nguyên nhân khác gây chậm trễ:

"Đó là tình thế tiến thoái lưỡng nan của nhà đổi mới. Các tập đoàn lớn hài lòng với nhà máy truyền thống, còn nhà sản xuất tuabin không muốn tài trợ cho đối thủ tiềm năng."

Thị trường bùng nổ

Khoản đầu tư 7 nghìn tỷ USD vào trung tâm dữ liệu toàn cầu đến năm 2030 đã mở ra thị trường hoàn toàn mới. Các ông lớn công nghệ sẵn sàng trả giá cao cho nguồn điện, nhưng đang bị nghẽn.

"Mục tiêu là nâng cấp hệ thống hiện có, giúp họ xây thêm trung tâm dữ liệu — hoặc bỏ bớt vài tuabin khí," Shuham nói.

Đầu năm nay, Trung Quốc công bố nhà máy địa nhiệt đầu tiên trên thế giới dùng CO2 siêu tới hạn. Carlson cho biết công nghệ của họ có thể chuyển đổi để dùng với lò phản ứng module nhỏ (SMR) — công nghệ đang nhận hỗ trợ mạnh từ chính quyền Trump.

Công ty tiết lộ đã ký thỏa thuận sơ bộ với một đối tác, nhưng chưa công bố tên.

"Chúng tôi chỉ cần thứ gì đó nóng, rồi có thể chuyển nó thành điện," Carlson nói.

Với Việt Nam, nơi các trung tâm dữ liệu đang phát triển nhanh và bài toán năng lượng sạch ngày càng cấp thiết, những giải pháp tăng hiệu suất mà không cần xây thêm nhà máy mới như thế này đáng để theo dõi.