Cuộc đua tổng hợp hạt nhân: Khi Trung Quốc thu hẹp khoảng cách với Mỹ giữa làn sóng AI

Mô-đun tiền khuếch đại tăng cường năng lượng laser khi di chuyển về phía buồng mục tiêu tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (National Ignition Facility). Ảnh: Damien Jemison/Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore

"Chén thánh" của năng lượng sạch

Theo CNBC Mỹ và Trung Quốc đang trong cuộc đua nhằm tạo ra nguồn năng lượng tổng hợp hạt nhân đầu tiên có quy mô lưới điện. Sau nhiều thập kỷ dẫn đầu của Mỹ, Trung Quốc đang bắt kịp bằng cách chi tiêu gấp đôi và xây dựng các dự án với tốc độ kỷ lục.

Tổng hợp hạt nhân, thường được gọi là "chén thánh" của năng lượng sạch, tạo ra năng lượng gấp 4 lần trên mỗi kg nhiên liệu so với phân hạch hạt nhân truyền thống và cao hơn bốn triệu lần so với đốt than, mà không thải khí nhà kính hoặc chất thải phóng xạ dài hạn. Nếu mọi việc diễn ra theo kế hoạch, đây sẽ là thị trường trị giá ít nhất 1 nghìn tỷ đô la vào năm 2050, theo Ignition Research.

"Các nhà máy điện tổng hợp hạt nhân duy nhất đang hoạt động hiện nay trong vũ trụ là các ngôi sao," Dennis Whyte, giáo sư khoa học và kỹ thuật hạt nhân tại MIT nhận xét.

Từ bom hydro đến năng lượng thương mại

Mỹ là nước đầu tiên sử dụng tổng hợp hạt nhân quy mô lớn với vụ thử bom hydro vào năm 1952. Trong bảy thập kỷ kể từ đó, các nhà khoa học toàn cầu đã nỗ lực khai thác các phản ứng tổng hợp để sản xuất điện.

Phản ứng tổng hợp xảy ra khi các nguyên tử hydro đạt đến nhiệt độ cực cao khiến chúng hòa vào nhau, tạo thành plasma. Khối lượng mất đi trong quá trình này có thể chuyển đổi thành lượng năng lượng khổng lồ. Các phương pháp phổ biến hiện nay bao gồm sử dụng nam châm mạnh để kiểm soát plasma trong thiết bị tokamak hình bánh donut, hoặc dùng laser năng lượng cao để nén và làm nổ viên nhiên liệu nhỏ.

Năm 2022, Mỹ đã thực hiện thành công lần đầu tiên đánh lửa tổng hợp hạt nhân trong lịch sử, tạo ra năng lượng thuần dương tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Lawrence Livermore (NIF).

Làn sóng đầu tư tư nhân

Kể từ đó, đầu tư tư nhân vào các công ty khởi nghiệp về tổng hợp hạt nhân của Mỹ đã tăng vọt lên hơn 8 tỷ USD, tăng từ 1,2 tỷ USD vào năm 2021, theo Hiệp hội Công nghiệp Tổng hợp (FIA). Trong số 40 công ty thành viên của FIA, 25 công ty có trụ sở tại Mỹ.

Commonwealth Fusion Systems, một công ty khởi nghiệp ra đời từ MIT, đã huy động được gần 2 tỷ USD từ các nhà đầu tư như Bill Gates, Jeff Bezos và Google. Helion đã huy động được 1 tỷ USD từ các nhà đầu tư như Sam Altman của OpenAI và có thỏa thuận đầy tham vọng với Microsoft để cung cấp điện tổng hợp hạt nhân cho lưới điện vào năm 2028. TAE Technologies được Google hậu thuẫn đã huy động được 1,2 tỷ USD.

"Bất cứ ai có được năng lượng dồi dào vô hạn... có thể tác động đến mọi thứ bạn nghĩ đến," CEO của TAE Technologies, Michl Binderbauer, cảnh báo. "Đó là một ý nghĩ đáng sợ nếu điều đó nằm trong tay kẻ xấu."

Chênh lệch tài trợ công và quy mô dự án

Khi nói đến tài trợ công, Trung Quốc đang dẫn trước rất xa. Bắc Kinh đang đổ khoảng 1,5 tỷ USD hàng năm cho nỗ lực này trong khi ngân sách liên bang Mỹ cho tổng hợp hạt nhân trung bình khoảng 800 triệu USD hàng năm trong những năm gần đây.

Các thượng nghị sĩ Mỹ và các chuyên gia về tổng hợp hạt nhân đã công bố báo cáo vào tháng 2/2025 kêu gọi 10 tỷ USD quỹ liên bang để giúp Mỹ không mất vị trí dẫn đầu. Nhưng có thể đã quá muộn khi nói đến kích thước lò phản ứng.

Hình ảnh vệ tinh cho thấy Trung Quốc đang xây dựng nhanh chóng một địa điểm tổng hợp laser khổng lồ với mái vòm chứa có kích thước gần gấp đôi so với NIF của Mỹ. Địa điểm này có thể là một hệ lai tổng hợp-phân hạch, Andrew Holland của FIA cho biết.

"Một hệ lai tổng hợp-phân hạch về cơ bản giống như sao chép một quả bom, nhưng dưới dạng nhà máy điện. Nó sẽ không bao giờ hoạt động ở một nơi như Hoa Kỳ, nơi có chế độ quản lý nghiêm ngặt về an toàn," Holland nhận xét. "Nhưng trong một chế độ như Trung Quốc, nơi không quan tâm đến ý kiến người dân, nếu chính phủ quyết định làm thì họ sẽ làm."

Chảy máu chất xám và chuỗi cung ứng

Việc Trung Quốc triển khai nhanh chóng các dự án tổng hợp hạt nhân mới diễn ra vào thời điểm nỗ lực của Mỹ chủ yếu tập trung vào việc nâng cấp các máy móc hiện có, một số đã hơn 30 năm tuổi.

"Không ai muốn làm việc trên những con khủng long già," Binderbauer của TAE nói, đồng thời cho biết thêm rằng các dự án mới thu hút nhiều tài năng hơn, dẫn đến "một chút chảy máu chất xám."

Vào đầu những năm 2000, cắt giảm ngân sách cho nghiên cứu tổng hợp hạt nhân trong nước đã buộc các trường đại học Mỹ phải dừng công việc trên các máy móc mới và gửi các nhà nghiên cứu đi học trên máy móc của các quốc gia khác, bao gồm cả Trung Quốc.

"Thay vì xây dựng cái mới, chúng tôi đã đến Trung Quốc và giúp họ xây dựng cái của họ, nghĩ rằng đó là ý tưởng tuyệt vời. Nhưng đó là một sai lầm lớn," Bob Mumgaard, CEO của Commonwealth Fusion Systems thừa nhận.

Hiện nay, Trung Quốc có nhiều bằng sáng chế về tổng hợp hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác, và số lượng tiến sĩ trong lĩnh vực này gấp 10 lần so với Mỹ, theo báo cáo của Nikkei Asia.

Ngoài nhân lực, Trung Quốc còn đang nỗ lực kiểm soát chuỗi cung ứng của nhiều vật liệu quan trọng như nam châm công suất cao, kim loại đặc biệt và bán dẫn công suất, tương tự như cách họ đã thống trị lĩnh vực pin năng lượng mặt trời và xe điện.

Hình ảnh vệ tinh chụp ngày 11/1/2025 cho thấy một dự án hạt nhân khổng lồ tại Miên Dương (Trung Quốc) với bốn khoang laser nhắm vào mái vòm chứa có kích thước gần bằng một sân bóng đá, lớn gấp đôi so với Cơ sở Đánh lửa Tổng hợp Quốc gia của Mỹ. Ảnh: Planet Labs PBC

Cuộc đua đến năm 2030

Công ty Energy Singularity của Trung Quốc đã thành công trong việc tạo ra plasma trong thời gian kỷ lục, chỉ hai năm sau khi bắt đầu thiết kế tokamak. Mặc dù vậy, con đường đến năng lượng tổng hợp thương mại vẫn còn rất dài.

Hiện tại, Helion của Mỹ đặt mục tiêu trở thành công ty đầu tiên đưa năng lượng tổng hợp vào lưới điện vào năm 2028. Commonwealth Fusion Systems đã công bố địa điểm tại Virginia nơi họ dự định đưa nhà máy điện tổng hợp đầu tiên, ARC, vào hoạt động vào đầu những năm 2030.

Trong khi đó, dự án tokamak quốc gia hiện tại của Trung Quốc, EAST, đã thiết lập nhiều kỷ lục, cạnh tranh với dự án WEST của Pháp về thời gian kiềm chế plasma lâu nhất bên trong lò phản ứng. Một dự án lớn khác do nhà nước Trung Quốc tài trợ, CRAFT, dự kiến sẽ hoàn thành trong năm nay, với khuôn viên tổng hợp rộng 100 mẫu Anh trị giá 700 triệu USD ở miền đông Trung Quốc.

Bài học từ cuộc đua công nghệ

Các chuyên gia cảnh báo rằng việc Trung Quốc đang sao chép và xây dựng các dự án dựa trên thiết kế và kế hoạch của Mỹ là một bài học đắt giá. CEO của Helion, David Kirtley, cho biết: "Cụ thể là Trung Quốc, chúng tôi thấy đầu tư từ các cơ quan nhà nước để đầu tư vào các công ty rồi sao chép thiết kế của các công ty Mỹ."

Holland của FIA chỉ ra rằng CRAFT của Trung Quốc dường như tuân theo kế hoạch của Mỹ được hàng trăm nhà khoa học công bố vào năm 2020. "Quốc hội chưa làm gì để chi tiền đưa điều này vào hành động," ông nói. "Chúng tôi đã công bố kế hoạch, và sau đó người Trung Quốc đã đi và xây dựng nó."

Tác động từ nhu cầu năng lượng cho AI

Cuộc đua năng lượng tổng hợp hạt nhân diễn ra trong bối cảnh các công ty công nghệ lớn đang tìm kiếm giải pháp cho nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu AI. Amazon, Google và Meta đã ký cam kết giúp tăng gấp ba lần năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới vào năm 2050.

Năng lượng hạt nhân truyền thống (phân hạch) đã chứng kiến sự gia tăng lớn về đầu tư, nhưng tổng hợp hạt nhân với những lợi thế vượt trội về hiệu suất và an toàn được xem là giải pháp dài hạn.

Tokamak SPARC của Commonwealth Fusion Systems đang được lắp ráp vào tháng 12/2024 tại Devens, Massachusetts, dự kiến sử dụng nam châm siêu dẫn để đạt đến trạng thái đánh lửa tổng hợp hạt nhân vào năm 2027. Ảnh: Commonwealth Fusion Systems

Tương lai không chỉ là về người về đích đầu tiên

Dù những lò phản ứng tổng hợp thương mại đầu tiên có thể xuất hiện tại Mỹ, nhưng các chuyên gia cảnh báo không nên tự mãn. Giáo sư Whyte của MIT nhấn mạnh: "Đích đến thực sự là một ngành công nghiệp tổng hợp hạt nhân trưởng thành đang sản xuất các sản phẩm để sử dụng trên khắp thế giới, bao gồm cả trong các trung tâm AI."

Để duy trì vị thế dẫn đầu lâu dài, Mỹ cần tăng cường đầu tư công, xây dựng cơ sở hạ tầng mới, đào tạo nhiều chuyên gia trong lĩnh vực này, và đảm bảo chuỗi cung ứng vật liệu chiến lược.

Cuộc đua tổng hợp hạt nhân không chỉ là về công nghệ mà còn là về an ninh năng lượng và ưu thế địa chính trị trong kỷ nguyên AI. Quốc gia nào làm chủ được nguồn năng lượng sạch, dồi dào và gần như vô hạn này sẽ có lợi thế quyết định trong nền kinh tế toàn cầu của thế kỷ 21.