X-energy đang phát triển Xe-100, một lò phản ứng mô đun nhỏ dùng khí heli để tạo nhiệt công nghiệp và phát điện. Thiết kế này có thể cung cấp hơi nhiệt độ cao cho ngành hóa chất, thép và xi măng. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế, tiến độ triển khai và thể tích chất thải hạt nhân chưa được chứng minh ở quy mô thương mại.
Theo MIT Technology Review, X-energy muốn cung cấp nhiệt và điện cho các cơ sở sản xuất quy mô lớn. Những cơ sở này sản xuất hàng tỷ tấn bê tông, nhựa, sợi và hóa chất. Điện mặt trời và điện gió có thể tạo ra điện năng, nhưng công nghiệp nặng còn cần một lượng nhiệt rất lớn. Nhiều quy trình sản xuất vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để tạo ra nguồn nhiệt đó. Các ngành liên quan gồm bê tông, kính, thép, hóa chất, nhựa và phân bón.
X-energy được chú ý trong nhóm công ty công nghệ khí hậu năm 2026. Lý do là công nghệ của hãng có khả năng cung cấp nhiệt độ cao. Tuy nhiên, Xe-100 chỉ có thể góp phần giảm phát thải nếu các dự án sắp tới chứng minh được khả năng vận hành ổn định với chi phí có thể cạnh tranh.
Nội dung thiết kế: heli giúp Xe-100 tạo nhiệt độ cao hơn
Xe-100 dùng khí heli thay cho nước lỏng để truyền nhiệt. Nhờ đó, lò có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và áp suất thấp hơn. Nhiệt từ heli tạo ra hơi quá nhiệt để cấp trực tiếp cho cơ sở công nghiệp, chạy tua bin phát điện hoặc phục vụ đồng thời cả hai mục đích.
Các lò phản ứng hạt nhân truyền thống sử dụng nước lỏng trong hệ thống làm mát. Nước có thể được nén để nâng nhiệt độ sôi. Tuy vậy, theo MIT Technology Review, nhiệt độ vận hành tối đa vẫn thấp hơn nhu cầu công nghiệp tới hàng trăm độ.
Lò Xe-100 do X-energy đề xuất truyền nhiệt từ heli sang nước để tạo hơi quá nhiệt. Cơ sở công nghiệp có thể dùng trực tiếp luồng hơi này. Họ cũng có thể dùng nó để chạy tua bin phát 80 MW điện hoặc kết hợp cả hai mục đích.
Theo MIT Technology Review, công suất 80 MW bằng khoảng một phần mười công suất của phần lớn lò phản ứng đang hoạt động. Quy mô nhỏ hơn cho phép Xe-100 được đặt gần nhà máy cần nhiệt. Lò không nhất thiết chỉ hoạt động như một nhà máy điện hạt nhân tập trung.
Nhiên liệu TRISO di chuyển liên tục trong lò
Xe-100 sử dụng các viên nhiên liệu urani TRISO được đưa vào từ phía trên và di chuyển chậm xuống đáy lò. Cấu trúc nhiều lớp của nhiên liệu có khả năng chống ăn mòn và nóng chảy. X-energy mô tả đặc tính vật lý của lò có thể làm phản ứng chậm lại khi nhiệt độ tăng.
TRISO là tên viết tắt của thuật ngữ kỹ thuật “tristructural-isotropic”. Các viên nhiên liệu nhỏ được bổ sung liên tục từ phía trên, sau đó được tái sử dụng hoặc đưa ra ngoài dưới dạng chất thải khi tới đáy lò.
X-energy cho biết thiết kế có khả năng tự bảo đảm an toàn khi mất điện. MIT Technology Review dẫn lại tuyên bố của công ty về cơ chế này. Nếu nhiệt độ bên trong tăng lên, phản ứng hạt nhân sẽ tự chậm lại rồi dừng. Xe-100 chưa có dữ liệu vận hành thương mại dài hạn để xác nhận tuyên bố này trong thực tế.
Theo MIT Technology Review, X-energy được thành lập năm 2009 và đặt trụ sở tại Rockville, bang Maryland, Mỹ. Tạp chí này cũng đề cập một đề xuất từ thời Chiến tranh thế giới thứ hai. Đó là lò phản ứng làm mát bằng heli dành cho Dự án Manhattan. Cuối cùng, thiết kế làm mát bằng nước đơn giản và rẻ hơn đã được lựa chọn.
Cơ hội giảm phát thải từ nhiệt công nghiệp
Xe-100 nhắm tới phần phát thải khó xử lý của công nghiệp nặng. Nhiệt độ cao trong các ngành này hiện chủ yếu được tạo ra bằng nhiên liệu hóa thạch. MIT Technology Review dẫn lại số liệu về phát thải toàn cầu. Theo MIT Technology Review, nhiệt công nghiệp chiếm 18% lượng phát thải khí nhà kính hằng năm. Khoảng một nửa số đó đến từ các quy trình nhiệt độ cao khó điện khí hóa.
Đặt lò phản ứng mô đun nhỏ tại cơ sở sản xuất lớn có thể giảm phát thải tại một số khu công nghiệp. Xe-100 cũng có thể cung cấp nhiệt cho ngành nhiên liệu hóa thạch. Ngành này dùng nhiều khí tự nhiên để khai thác dầu từ cát dầu và phục vụ quá trình lọc dầu.
Nhu cầu điện từ trung tâm dữ liệu
Ngoài nhiệt công nghiệp, Xe-100 có thể phát điện theo cách thông thường. Quy mô nhỏ hơn nhà máy phân hạch cỡ gigawatt giúp loại lò này tiếp cận nhiều thị trường hơn. Một thị trường tiềm năng là các trung tâm dữ liệu. Nhu cầu điện của lĩnh vực này đang tăng. Điều đó làm thay đổi cách doanh nghiệp xây dựng hạ tầng trí tuệ nhân tạo.
Theo MIT Technology Review, trí tuệ nhân tạo và trung tâm dữ liệu đang làm tăng nhu cầu điện tại Mỹ. Hai lĩnh vực này hiện tạo ra phần lớn nhất trong nhu cầu tăng thêm. Mức tiêu thụ của nhóm này được dự báo sẽ tăng gấp đôi một lần nữa vào năm 2030.
X-energy cho biết có thể ghép tối đa 12 lò để cung cấp điện tại chỗ liên tục. Công ty tuyên bố cấu hình này có chi phí thấp hơn một nhà máy điện hạt nhân truyền thống. Cấu hình đó cũng không cần bổ sung hạ tầng truyền tải. Đây vẫn là dự báo của X-energy, chưa phải kết quả từ một cụm Xe-100 đang vận hành thương mại.
Hiệu quả kinh tế vẫn chưa được chứng minh
Công nghệ phân hạch làm mát bằng heli đã được nghiên cứu trong nhiều thập niên. Tuy nhiên, lợi thế kinh tế trên diện rộng vẫn chưa được chứng minh. MIT Technology Review cho biết hoạt động phát điện thương mại quy mô lớn bằng công nghệ này hiện chỉ có tại Trung Quốc. Hai lò tại đó đã gặp khó khăn khi vận hành liên tục.
X-energy cho rằng chuỗi cung ứng nhiên liệu tích hợp theo chiều dọc sẽ giúp các lò vận hành ổn định trong vòng đời 60 năm. MIT Technology Review dẫn lại phép so sánh của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ. Cơ quan này đối chiếu chi phí của loại lò này với điện mặt trời. Cơ quan này tính toán rằng điện từ lò mô đun nhỏ sẽ đắt hơn điện từ trang trại mặt trời trên 6 lần.
Môi trường quản lý và tài trợ của chính phủ Mỹ hiện có lợi cho điện hạt nhân. Điều đó có thể thay đổi trong thời gian phát triển kéo dài của X-energy. Các dự án hạt nhân cũng thường đối mặt với nguy cơ đội chi phí và chậm tiến độ. Vì vậy, các dự án đầu tiên của Xe-100 sẽ phải chứng minh cả khả năng vận hành liên tục lẫn chi phí thực tế.
An toàn cao không đồng nghĩa với ít chất thải
Nhiên liệu TRISO được thiết kế để chịu nhiệt và khó chuyển đổi thành vật liệu chế tạo vũ khí, nhưng ưu điểm an toàn không làm mất đi bài toán chất thải. Theo MIT Technology Review, Xe-100 có thể tạo ra nhiều nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng hơn. Thể tích trên mỗi đơn vị năng lượng có thể cao gấp 10 lần so với các lò hiện có.
Phần chất thải cấp thấp của Xe-100 sẽ cần phương thức lưu trữ ít phức tạp hơn. Dù vậy, thể tích chất thải lớn vẫn phải được tính đến khi đánh giá toàn bộ vòng đời của công nghệ. Việc đánh giá bao gồm sản xuất nhiên liệu và lưu trữ sau sử dụng.
Các dự án dự kiến vận hành trong thập niên 2030
Các dự án Xe-100 đầu tiên vẫn đang ở giai đoạn cấp phép và chuẩn bị triển khai. Công việc hiện tại còn bao gồm xây dựng chuỗi cung ứng nhiên liệu. Nhà máy nhiên liệu TRISO-X được dự kiến hoàn thành năm 2028, còn các dự án tại Mỹ và Anh đặt mục tiêu bắt đầu phát điện hoặc vận hành trong thập niên 2030.
Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Mỹ đã cấp giấy phép chế tạo nhiên liệu cho công ty con của X-energy để sản xuất các viên TRISO-X. Theo MIT Technology Review, nhà máy đầu tiên dự kiến hoàn thành vào năm 2028.
Một lò Xe-100 dự kiến cung cấp nhiệt và điện cho cơ sở hóa chất lớn của Dow tại bang Texas đã vượt qua rào cản quản lý đầu tiên. Dự án có thể bắt đầu hoạt động vào đầu thập niên 2030.
X-energy đồng thời hợp tác với Amazon tại Richland, bang Washington. Hai bên dự định phát triển một cụm bốn lò Xe-100 có tổng công suất 320 MW. Tại vùng đông bắc nước Anh, công ty còn theo đuổi một đội lò có tổng công suất 6 GW. MIT Technology Review cho biết cả hai dự án đều đặt mục tiêu phát điện trong thập niên 2030.
Tiến độ và kết quả vận hành sẽ kiểm chứng khả năng của Xe-100. Các dự án phải cho thấy lò có thể cung cấp nhiệt công nghiệp và điện ổn định với chi phí đủ cạnh tranh.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật tiến độ của Xe-100 và các công nghệ năng lượng mới.
