Công ty khởi nghiệp fusion Helion Energy của Sam Altman đạt nhiệt độ plasma 150 triệu độ—mốc quan trọng có thể mang nguồn điện lưới đầu tiên vào năm 2028

Nhà phát triển năng lượng nhiệt hạch Helion Energy do ông Sam Altman chủ trì đã công bố một cột mốc mới vào ngày 13 tháng 2, đạt nhiệt độ plasma kỷ lục 150 triệu độ C—gấp 10 lần lõi của mặt trời—như một phần của mục tiêu đầy tham vọng nhằm cung cấp điện cho lưới điện tại bang Washington vào năm 2028.

Video đề xuất

Các nhà phát triển năng lượng nhiệt hạch khởi nghiệp—gọi là sức mạnh của các vì sao trong một lọ—đang chạy đua để chứng minh công nghệ của họ và mang điện sạch, không giới hạn vào lưới điện nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng của cơn sốt AI. Trong khi Helion có lộ trình thương mại đầu tiên nhanh nhất—được ký hợp đồng cho các trung tâm dữ liệu của Microsoft—những người hoài nghi đã đặt câu hỏi về ngày bắt đầu hoạt động của Helion, phương pháp công nghệ độc đáo so với các đối thủ cạnh tranh, và sự thiếu cập nhật khoa học cho đến nay.

“Trong khi các mốc quan trọng trung gian rất quan trọng để chứng minh công nghệ hoạt động và có thể được phê duyệt bởi cơ quan quản lý, thì cuối cùng, điều quan trọng là triển khai các nhà máy điện quy mô lớn để hỗ trợ nhu cầu năng lượng ngày càng tăng,” đồng sáng lập kiêm CEO Helion, David Kirtley, nói với Fortune.

“Chúng tôi vẫn đúng tiến độ để có thể cung cấp điện cho lưới vào năm 2028. Đó là một mốc quan trọng đầy tham vọng. Sẽ rất khó khăn,” Kirtley nói. “Một phần của điều đó là quá trình lặp lại tiến bộ và phát triển song song hiện nay tại Malaga, Washington.”

Trong khi thành tựu nhiệt plasma được thiết lập trên nguyên mẫu thế hệ thứ bảy của Helion, Polaris, tại vùng ngoại ô Seattle, Helion đã bắt đầu xây dựng nhà máy điện thương mại 50 megawatt, Orion, cách đó 130 dặm tại Malaga—gần khuôn viên trung tâm dữ liệu ngày càng mở rộng của Microsoft. Helion chưa lắp ráp phản ứng nhiệt hạch, vốn đòi hỏi thêm công nghệ và tinh chỉnh thiết kế.

Phát triển nhiều dự án song song—bao gồm cả hệ thống sản xuất theo dây chuyền—là chìa khóa cho tốc độ nhanh và thành công của Helion, Kirtley nói. “Đó là cách chúng tôi đã có thể xây dựng bảy thế hệ hệ thống nhiệt hạch và làm nhanh hơn bất kỳ ai khác trong lĩnh vực này. Cốt lõi trong phương châm hoạt động của chúng tôi là xây dựng nhanh, thử nghiệm, lặp lại, và xây dựng lại.”

Trong khi năng lượng phân hạch hạt nhân truyền thống tạo ra điện bằng cách phân chia nguyên tử, thì nhiệt hạch sử dụng nhiệt để tạo ra năng lượng bằng cách hợp nhất chúng lại với nhau. Trong dạng đơn giản nhất, nó hợp nhất hydro trong nước thành trạng thái cực kỳ nóng, mang điện tích gọi là plasma để tạo ra helium—cùng quá trình cung cấp năng lượng cho mặt trời. Khi thực hiện đúng cách, quá trình này kích hoạt các phản ứng vô tận để tạo ra năng lượng cho điện. Nhưng các vì sao dựa vào áp lực trọng lực khổng lồ để thúc đẩy quá trình nhiệt hạch của chúng. Trên Trái Đất, việc tạo ra và duy trì áp lực cần thiết để thúc đẩy phản ứng một cách nhất quán, kiểm soát vẫn là một thách thức kỹ thuật.

Và, vì các phản ứng nhiệt hạch gần như nhỏ hơn vô hạn so với các ngôi sao, chúng cần tạo ra nhiệt ở mức độ tập trung cực kỳ cao so với các sao. Mặt trời có nhiệt độ khoảng 15 triệu độ C tại lõi, tương đương 27 triệu độ F.

Khoảng 100 triệu độ Celsius được xem là ngưỡng tối thiểu để duy trì năng lượng nhiệt hạch thương mại, do đó, thành tựu mới này gây phấn khích.

Helion được thành lập vào năm 2013 và Altman trở thành chủ tịch cùng nhà tài trợ chính vào năm 2015—ngay trước khi ông đồng sáng lập OpenAI. Altman cũng trở thành chủ tịch của startup phản ứng phân hạch hạt nhân nhỏ, mô-đun (SMR) Oklo cùng năm đó. Các nhà đầu tư chính khác của Helion gồm có đồng sáng lập LinkedIn Reid Hoffman và đồng sáng lập Facebook kiêm CEO hiện tại của Asana, Dustin Moskovitz. Kirtley cho biết vai trò của Altman là tập trung vào tầm nhìn dài hạn.

“Một câu hỏi tôi thường nhận được từ Sam là, ‘Làm thế nào để chúng ta tiến nhanh hơn?’” Kirtley nói. “Chúng tôi đã có một lộ trình đầy tham vọng. ‘Làm thế nào để chúng ta tiến nhanh hơn nữa? Làm thế nào để triển khai điện quy mô lớn một cách nhanh chóng?’”

Phương pháp nhiệt hạch độc đáo

Trước đây, Kirtley làm việc tại MSNW, một công ty do NASA hậu thuẫn, về công nghệ tên lửa nhiệt hạch. Ông đồng sáng lập Helion với hai trọng tâm là năng lượng nhiệt hạch và đẩy nhiệt hạch. Công việc đẩy này đã giúp Helion đổi mới phương pháp tiếp cận năng lượng độc đáo của mình, ông nói.

“Một điều bạn học được khi làm việc trong không gian và xây dựng hệ thống để bay trong không gian là không thể lãng phí bất cứ thứ gì. Mỗi ounce trọng lượng đều quan trọng; mỗi watt năng lượng đều quan trọng,” Kirtley nói. “Bạn phải cực kỳ hiệu quả ở mọi nơi và mọi lúc. Nếu áp dụng cùng cách tiếp cận đó vào nhiệt hạch, các yêu cầu vật lý sẽ giảm đáng kể.”

Hầu hết các công nghệ nhiệt hạch, cũng như phản ứng phân hạch hạt nhân, dựa trên việc tạo ra nhiệt để vận hành turbine hơi nước, từ đó tạo ra điện. Công nghệ của Helion thu giữ điện năng trong quá trình nhiệt hạch—bỏ qua việc cần turbine.

“Đó thực sự là sự khác biệt cơ bản mà chúng tôi tin rằng cho phép chúng tôi tiến nhanh hơn nhiều so với người khác,” Kirtley nói. “Điều đó thu nhỏ quy mô hệ thống nhiệt hạch. Nó giảm thiểu độ khó của việc thực hiện.”

Nhiên liệu nhiệt hạch của Helion kết hợp deuterium từ nước với tritium. Helion là công ty đầu tiên được cấp phép sử dụng tritium phóng xạ làm nguồn nhiệt hạch. Nhưng mục tiêu cuối cùng là sử dụng deuterium và helium-3, mà Helion hướng tới sản xuất bằng cách hợp nhất các nguyên tử deuterium cùng loại. Helium-3 cho phép quá trình tạo ra nhiều điện hơn với ít nhiệt hơn.

Có thể nói, đối thủ cạnh tranh chính của Helion trong lĩnh vực nhiệt hạch là Commonwealth Fusion Systems (CFS), được Bill Gates và Nvidia hậu thuẫn, có nguồn lực sâu hơn nhưng theo đuổi phương pháp thận trọng hơn. CFS dựa vào công nghệ nhiệt hạch truyền thống nhất—tương đối hiếm trong một ngành công nghiệp mới nổi chưa từng phát điện trên lưới.

CFS hiện đang xây dựng nguyên mẫu nhiệt hạch SPARC để đi vào hoạt động vào năm tới. Nhưng điều đó sẽ không cung cấp điện cho lưới. Nếu SPARC thành công, nhà máy nhiệt hạch thương mại đầu tiên của CFS, ARC, dự kiến sẽ xây dựng và đi vào hoạt động vào đầu những năm 2030 ngay ngoài Richmond, Virginia. Nếu mọi việc diễn ra theo kế hoạch, nhà máy 400 megawatt—lớn hơn nhiều so với Orion của Helion—sẽ tạo ra đủ điện để phục vụ khoảng 300.000 hộ gia đình.

CFS dựa vào thiết kế tokamak—viết tắt của từ toroidal chamber magnetic—dựa vào các nam châm mạnh mẽ. Công nghệ này về cơ bản là một máy móc hình bánh rán khổng lồ giữ plasma trong một trường từ siêu dẫn nhiệt độ cao. Nhưng quá trình này tạo ra nhiệt, chứ không phải điện.

Phương pháp nhỏ hơn, nhanh hơn của Helion sử dụng nhiệt hạch từ trọng lực từ (magneto-inertial fusion). Lý thuyết, plasma va chạm trong buồng nhiệt hạch và bị nén bởi các nam châm xung quanh máy. Điều này làm nóng plasma, kích hoạt phản ứng nhiệt hạch và gây ra sự thay đổi trong trường từ của plasma. Sự thay đổi này tương tác với các nam châm, tăng cường trường từ của chúng, và bắt đầu dòng điện mới chạy qua các cuộn dây.

Tóm lại, quá trình này khá phức tạp và không có gì đảm bảo thành công cho bất kỳ nhà phát triển nhiệt hạch nào. Nhưng Kirtley tin rằng năng lượng nhiệt hạch có thể tạo ra ảnh hưởng đáng kể trên lưới điện Mỹ trong thập kỷ tới và tiếp tục phát triển từ đó.

“Nếu tất cả những gì chúng tôi làm là xây dựng nhà máy nhiệt hạch đầu tiên trên thế giới, thì với tư cách là một công ty, chúng tôi đã thất bại,” Kirtley nói. “Mục tiêu của chúng tôi là triển khai nguồn điện sạch và an toàn, đáp ứng nhu cầu cơ bản của thế giới. Điều đó có nghĩa là xây dựng công nghệ theo cách có thể mở rộng, sản xuất hàng loạt, và phải có chi phí thấp để khách hàng muốn sử dụng.”