Công ty Mỹ làm nên lịch sử khi chuyển đổi năng lượng plasma trực tiếp thành điện năng

Thiết kế lai này bù đắp năng lượng cần thiết để khởi tạo và duy trì plasma. Ảnh: IE.

Một lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm tại bang Wisconsin (Mỹ) vừa đạt cột mốc kỹ thuật đáng chú ý khilần đầu tiên trong khu vực tư nhân chuyển đổi trực tiếp năng lượng plasma thành điện năng có thể sử dụng. Thành tựu này được thực hiện trên thiết bị nghiên cứu Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror, vận hành cùng Đại học Wisconsin-Madison.

Hệ thống phần cứng mới đã tạo ra dòng điện có cường độ vài ampe ở hiệu điện thế khoảng 100 V, đủ để thắp sáng nhiều bóng đèn sợi đốt.

Công ty Realta Fusion, đơn vị phát triển công nghệ nhiệt hạch sử dụng cấu trúc gương từ (magnetic mirror), gọi đây là một bước đột phá quan trọng trên con đường thương mại hóa điện nhiệt hạch.

Ông Kieran Furlong, Giám đốc điều hành Realta Fusion, cho biết ý tưởng chuyển đổi trực tiếp năng lượng từ plasma thành điện đã được giới khoa học thảo luận trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên một doanh nghiệp tư nhân chứng minh được phương pháp này trên một thiết bị nhiệt hạch đang vận hành.

Công nghệ hoạt động dựa trên một bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp được đặt ở một đầu của thiết bị gương từ. Khi các hạt mang điện chuyển động trong plasma đi đến khu vực này, bộ chuyển đổi sẽ làm chúng giảm tốc. Quá trình đó tạo ra chênh lệch điện thế, khiến dòng điện chạy qua mạch điện được kết nối.

Khác với các nhà máy điện truyền thống phải chuyển nhiệt thành hơi nước để quay tuabin phát điện, phương pháp này khai thác trực tiếp động năng của các hạt plasma, qua đó loại bỏ một khâu chuyển đổi năng lượng và hứa hẹn nâng cao hiệu suất của hệ thống.

Tính khả thi về mặt kỹ thuật cho các ứng dụng trong tương lai

Theo Realta Fusion, phương pháp mới giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng các hệ thống nhiệt truyền thống như tuabin hơi nước để khai thác phần năng lượng này của plasma. Tuy nhiên, công ty nhấn mạnh thử nghiệm hiện tại mới chỉ là bước xác nhận tính khả thi về mặt kỹ thuật chứ chưa phải là một hệ thống phát điện hoàn chỉnh.

Giám đốc khoa học Derek Sutherland cho biết cuộc thử nghiệm đã chứng minh nguyên lý vật lý của công nghệ ở quy mô có thể quan sát được, nhưng chưa tạo ra lượng điện lớn hơn tổng năng lượng tiêu thụ cũng như chưa đạt công suất thương mại.

Ông cho biết các thế hệ thiết bị tiếp theo sẽ hướng đến mục tiêu tạo ra sản lượng điện lớn hơn nhiều.

Realta Fusion kỳ vọng công nghệ chuyển đổi năng lượng trực tiếp sẽ giúp nâng cao hiệu quả của các nhà máy nhiệt hạch thương mại trong tương lai. Doanh nghiệp đặt mục tiêu triển khai thế hệ nhà máy điện mô-đun đầu tiên vào giữa những năm 2030.

Theo thiết kế hiện nay, khoảng 80% năng lượng nhiệt hạch sẽ được chuyển đổi thông qua chu trình nhiệt truyền thống với hiệu suất khoảng 45%. Phần 20% còn lại sẽ được chuyển trực tiếp thành điện nhờ bộ chuyển đổi năng lượng, với hiệu suất dự kiến vượt 90%.

Sự kết hợp này được kỳ vọng sẽ bù đắp đáng kể lượng điện cần thiết để khởi động và duy trì môi trường plasma có nhiệt độ cực cao bên trong lò phản ứng. Bằng cách thu hồi phần năng lượng đó, thiết kế mới có thể cải thiện cán cân năng lượng của toàn hệ thống và giảm từ 10-20% giá thành điện sản xuất.

Hướng tới thiết kế các lò phản ứng nhiệt hạch gương từ dạng mô-đun

Nền tảng khoa học của công nghệ này thực tế đã xuất hiện từ năm 1974, khi nhà vật lý Richard Post lần đầu mô tả cơ chế chuyển đổi năng lượng trực tiếp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore của Mỹ.

Trong nhiều thập kỷ sau đó, các phòng thí nghiệm và trường đại học đã nhiều lần chế tạo những hệ thống thử nghiệm tương tự. Một số dự án đáng chú ý gồm bộ chuyển đổi Venetian Blind trong thập niên 1970, chương trình Tandem Mirror Experiment vào những năm 1980 và thiết bị GAMMA 10 được thử nghiệm tại Nhật Bản năm 2008.

Theo Realta Fusion, thử nghiệm vừa hoàn thành tại Wisconsin đánh dấu lần đầu tiên một doanh nghiệp tư nhân tích hợp thành công bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với plasma của một lò phản ứng nhiệt hạch đang hoạt động.

Công ty cho biết sẽ tiếp tục sử dụng các kết quả nghiên cứu này để phát triển thế hệ lò phản ứng gương từ dạng mô-đun, hướng tới mục tiêu thương mại hóa điện nhiệt hạch trong thập kỷ tới.

Theo IE

Huyền Chi