Ngẫm 15.5.2023 : vì sao Trung quốc nổ lực với năng lượng nhiệt hạch .

Trung Quốc đã cam kết trung hòa carbon vào năm 2060. Biểu đồ này cho thấy cách họ có thể đạt được mục tiêu dài hạn đó.

Kể từ năm 2006, khi vượt Mỹ, Trung Quốc đã trở thành nguồn gây ô nhiễm carbon lớn nhất thế giới. Lượng khí thải hàng năm của nó hiện là hơn 10 gigaton (Gt), khoảng một phần tư tổng lượng phát thải trên toàn thế giới. Cho đến nay, phần lớn nhất của lượng khí thải này là từ than đá (75%), tiếp theo là dầu mỏ, sản xuất xi măng và khí đốt. Tuy nhiên, những năm gần đây Trung Quốc đã đầu tư đáng kể vào năng lượng sạch để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và đặc biệt là than đá. Xu hướng này có vẻ sẽ tăng tốc đáng kể trong tương lai gần.

Năm 2016, Trung Quốc phê chuẩn Thỏa thuận Paris - một hiệp định quốc tế về hạn chế khí nhà kính, nhằm giữ mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu ở mức dưới 2°C (3,6°F) so với mức thời kỳ tiền công nghiệp. Cam kết của Trung Quốc bao gồm mức phát thải cao nhất vào năm 2030. Mục tiêu này và các quốc gia khác sẽ không đủ để tránh mức tăng 2°C được dự đoán trong tình trạng nóng lên toàn cầu (có nhiều khả năng tăng từ 3 độ trở lên). Tuy nhiên, nó sẽ đòi hỏi một sự chuyển đổi lớn trong hệ thống năng lượng của Trung Quốc và tạo động lực cho việc giảm phát thải carbon bền vững trong những năm và thập kỷ tới.

Năm 2020, Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình đưa ra tuyên bố bất ngờ rằng Trung Quốc sẽ tiến xa hơn cam kết tại Paris, với "các chính sách và biện pháp mạnh mẽ hơn" và mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2060. Một số nghiên cứu khoa học đã cho thấy tin tưởng vào tuyên bố của Chủ tịch Tập Cận Bình, kết luận rằng Trung Quốc trên thực tế có thể đạt mức phát thải cao nhất trước năm 2030, có thể là trước năm 2025 hoặc thậm chí sớm hơn, với sự sụt giảm nhanh chóng sau đó và tính trung lập carbon thực sự có thể thực hiện được vào năm 2060. Điều này được hỗ trợ bởi những cải tiến liên tục, nhanh chóng đáng kinh ngạc về chi phí năng lượng mặt trời và năng lượng gió, cũng như pin, tạo ra sự tăng trưởng theo cấp số nhân về điện năng từ các nguồn sạch.

Nếu mục tiêu năm 2060 thành công, lượng khí thải carbon giảm có thể giúp giảm thêm 0,3°C khỏi sự nóng lên toàn cầu. Ưu tiên số một của Trung Quốc sẽ là giảm điện than, thông qua quá trình chuyển đổi sang khí đốt, từ đó sẽ được thay thế bằng năng lượng tái tạo khi thời gian trôi qua. Việc loại bỏ dần ô tô chạy bằng xăng cũng đã được lên kế hoạch vào năm 2035. Các quy trình công nghiệp như sản xuất xi măng và thép sẽ gặp nhiều thách thức hơn để khử cacbon hoàn toàn, nhưng các công nghệ không carbon đang nổi lên trong những lĩnh vực này và sẽ được nhân rộng theo thời gian. Ví dụ, việc sử dụng hydro hoặc năng lượng mặt trời tập trung để nung nóng thép trước khi cán có thể làm giảm lượng khí thải công nghiệp, cùng với các dạng xi măng trung tính carbon mới , thậm chí có thể tạo ra các sản phẩm phụ để tái sử dụng .

Vì chính phủ Trung Quốc đoàn kết và độc đoán hơn hầu hết các chính phủ phương Tây nên việc thực hiện các chính sách giảm carbon này có thể sẽ ít gây tranh cãi về mặt chính trị hơn. Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Trung Quốc (2021–2025) sẽ tập trung nhiều vào tính bền vững của môi trường, với việc loại bỏ than đá và tăng cường hỗ trợ công nghệ như thu hồi carbon. Một kế hoạch kinh doanh khí thải carbon trên toàn quốc, lớn nhất của loại hình này, cũng được lên kế hoạch. Hơn nữa, Trung Quốc có kế hoạch xây dựng tới 8 lò phản ứng hạt nhân trong giai đoạn này. Tất cả các biện pháp này, cùng với sự phát triển liên tục của năng lượng tái tạo, có thể cho phép đạt mức phát thải carbon cao nhất vào năm 2025.

Đại học Thanh Hoa của Bắc Kinh, hợp tác chặt chẽ với Bộ Sinh thái và Môi trường, gần đây đã đưa ra một kế hoạch chi tiết về hỗn hợp năng lượng của Trung Quốc trong 50 năm tới. Nó hy vọng sẽ thấy một sự chuyển đổi nhanh chóng từ những năm 2030 trở đi. Theo tính toán của trường đại học, lượng khí thải carbon hàng năm của Trung Quốc sẽ giảm xuống còn khoảng 9 Gt vào năm 2035, trước khi giảm xuống 3 Gt vào năm 2050 và chỉ còn 200 triệu vào năm 2060. Lượng còn lại này – ít hơn 2% so với mức cao nhất năm 2025 – có thể được loại bỏ vài năm sau đó, có lẽ vào năm 2063.

Chính phủ Trung Quốc vừa phê duyệt dự án xây dựng nhà máy điện xung lớn nhất thế giới với kế hoạch tạo ra năng lượng nhiệt hạch hạt nhân vào năm 2028.

“Năng lượng nhiệt hạch là viên ngọc quý trong lĩnh vực khoa học và công nghệ thế giới hiện nay. Trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới đạt được ngưỡng giải phóng năng lượng nhiệt hạch ở quy mô năng lượng sẽ đặt dấu mốc quan trọng nhất trên con đường tạo ra năng lượng nhiệt hạch cho con người”, Peng Xianjue - Giáo sư Học viện Vật lý Kỹ thuật Trung Quốc - cho biết trong cuộc họp trực tuyến do tổ chức tư vấn Techxcope có trụ sở tại Bắc Kinh tổ chức vào ngày 9/9.

Giáo sư Peng là người góp phần phát triển một trong những đầu đạn hạt nhân thu nhỏ tiên tiến nhất của Trung Quốc và đồng thời là cố vấn cấp cao cho chương trình vũ khí hạt nhân quốc gia.

Cỗ máy Z-pinch - mô phỏng các phản ứng nhiệt hạch của bom nhiệt hạch thông qua áp suất từ trường được tạo ra bởi một xung điện cực mạnh - dự kiến được hoàn thành vào năm 2025 tại Thành Đô, thủ phủ của tỉnh Tứ Xuyên. Máy dự kiến tạo ra 50 triệu ampe điện - gấp đôi so với công suất điện xung mà một thiết bị tương tự tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở Mỹ đang giữ kỷ lục.

Trong hàng chục năm qua, các cường quốc hạt nhân như Mỹ, Nga và Trung Quốc đã phát triển một số máy Z-pinch để mô phỏng các điều kiện cần thiết phát triển vũ khí nguyên tử.

Các thiết bị này có thể lưu trữ một lượng điện năng khổng lồ và giải phóng nó chỉ trong vài nano giây. Xung điện có thể tạo ra áp suất cực lớn và bức xạ đủ để hai nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một nguyên tử nặng hơn và tạo ra năng lượng.

Tuy nhiên, để chế tạo một cỗ máy mà có thể sản xuất năng lượng nhiệt hạch đầu ra nhiều hơn đầu vào là cực kỳ khó. Cho đến thời điểm hiện tại, chưa có bất kỳ quốc gia nào thành công.

Theo bài thuyết trình của Giáo sư Peng, các nhà nghiên cứu Trung Quốc cố gắng tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng cách sử dụng điện tích mạnh để đốt cháy một số lượng nhỏ đồng vị hydro là deuteri và triti.

Thông qua quá trình kiểm soát cẩn trọng, các nhà khoa học hy vọng có thể giới hạn năng lượng xung được giải phóng ở mức vài trăm triệu jun - mạnh ngang với một bao thuốc nổ TNT 20kg.

Theo ước tính của nhóm Giáo sư Peng, quá trình phân hạch urani sẽ làm tăng tổng sản lượng nhiệt của cơ sở sản xuất năng lượng gấp 10 đến 20 lần, đẩy nhanh đáng kể việc ứng dụng năng lượng nhiệt hạch và sẵn sàng cho sản xuất điện thương mại vào năm 2035.

Các nhà nghiên cứu cho biết nhà máy điện xung trong tương lai có thể sử dụng quặng urani tự nhiên, chất thải hạt nhân được tạo ra bởi các lò phản ứng hoặc thorium, có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hàng nghìn hay thậm chí hàng chục nghìn năm trong khi tạo ra ít chất thải phóng xạ.

Một nhà vật lý hạt nhân Trung Quốc giấu tên chỉ ra dù cỗ máy Z-pinch có một số ưu điểm riêng, nhưng nó cũng tồn tại một số khó khăn có thể ảnh hưởng đến ứng dụng phổ biến.

Cụ thể, nguồn điện sẽ cần tạo ra và giải phóng các điện tích ở tần số cao sau vài giây một, gây ra một áp lực rất lớn lên các tụ điện và các thành phần khác. Ngoài ra, thiết bị mục tiêu sẽ cần được thay thế sau mỗi lần phản ứng, trong khi một ngày có hàng nghìn phản ứng diễn ra.