Canada thống trị vật liệu đắt đỏ bậc nhất Trái đất: 33 triệu USD/kg, toàn cầu chỉ có 25kg, Mỹ "rất khát"

Tritium: Loại nguyên liệu đắt đỏ, hiếm có của hành tinh

Trong hơn 70 năm qua, các chính phủ, công ty dầu khí và doanh nhân trên toàn cầu đã mơ ước khai thác năng lượng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân. Tuy nhiên, mặc dù các nhà máy phân hạch hạt nhân đã cung cấp điện trên toàn thế giới kể từ những năm 1950, phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn chưa bao giờ trở thành hiện thực...

Về lý thuyết, phản ứng tổng hợp hạt nhân - một quá trình kết hợp các nguyên tử lại với nhau, giải phóng nhiệt để quay máy phát điện - có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch khổng lồ với lượng khí thải tối thiểu.

Tuy nhiên, phản ứng tổng hợp hạt nhân là một triển vọng tốn kém vì một trong những nhiên liệu chính của tổng hợp hạt nhân là TRITIUM - một đồng vị hydro hiếm có.

Protium, deuterium và tritium là ba đồng vị của hydro. Mặc dù protium và deuterium ổn định và dồi dào trên Trái Đất, thì tritium lại cực kỳ hiếm có, nó nổi bật là chất phát xạ beta với chu kỳ bán rã khoảng 12,3 năm.

Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS) nhấn mạnh, tritium không có sẵn trong tự nhiên (thực tế nó chỉ có sẵn ở tầng khí quyển cao), do đó nó cực kỳ đắt đỏ. Hiện tại, trữ lượng toàn cầu ước tính chỉ 25 kg, với giá trị thương mại của tritium vào khoảng 33 triệu USD một kg.

Phần lớn trong số 25 kg đó thuộc sở hữu của Canada và được sản xuất từ các sản phẩm phụ của lò phản ứng Deuterium-Uranium (CANDU) cũng của Canada. Do đó, nguồn thương mại tritium chính hiện nay là từ các lò phản ứng ở Canada.

Điều đáng nói "Mỹ không có năng lực sản xuất tritium trong nước. Vì vậy, chúng ta đang thiếu hụt nguồn cung tritium" - Terence Tarnowsky, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Almos (LANL), phát biểu tại Hội nghị Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS) năm 2025.

Cũng theo Terence Tarnowsky, 25 kg tritium đủ để tạo năng lượng cho hơn 500.000 ngôi nhà trong 6 tháng. Con số này còn lớn hơn cả số nhà ở tại Washington, D.C., Mỹ.

Việc sản xuất tritium gặp nhiều thách thức do tính phóng xạ và chu kỳ bán rã ngắn, dẫn đến sự phân rã nhanh chóng. Do đó, Mỹ đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt tritium đáng kể. Nước này phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhập khẩu từ Canada. Các lò phản ứng của Canada hiện tạo ra tổng cộng 2 kg tritium/năm.

Với giá trị thương mại đắt đỏ cùng sự khan hiếm của tritium đã đặt ra một rào cản đáng kể cho khả năng mở rộng quy mô của các lò phản ứng nhiệt hạch tại Mỹ nói riêng và nhiều quốc gia theo đuổi năng lượng tổng hợp hạt nhân nói chung.

Vậy có sáng kiến nào không?

Câu trả lời là CÓ.

Tại, Hội nghị Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS), Terence Tarnowsky đã đưa ra một đề xuất sáng tạo: Chuyển đổi chất thải hạt nhân thành một nguồn tài nguyên quý giá cho lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Chìa khóa cho sự chuyển đổi này nằm ở việc sản xuất tritium - thứ mà người Mỹ đang "rất khát".

Ý tưởng này có khả năng giải quyết hai vấn đề quan trọng: Tìm kiếm nguồn nhiên liệu bền vững cho năng lượng tổng hợp hạt nhân và giảm thiểu tác động môi trường từ chất thải hạt nhân (Mỹ đang lưu trữ khoảng 90.000 tấn chất thải hạt nhân).

Theo đề xuất của Terence Tarnowsky, phương pháp này bao gồm việc sử dụng máy gia tốc hạt để bắn phá chất thải hạt nhân, kích hoạt các phản ứng dẫn đến sản xuất tritium.

Mặc dù phương pháp này không loại bỏ được chất thải hạt nhân, nhưng nó mang lại lợi ích kép bằng cách tạo ra tritium trong khi vẫn quản lý được các sản phẩm phụ nguy hiểm. Khả năng kiểm soát phản ứng theo yêu cầu mang lại lợi thế về an toàn so với các phản ứng dây chuyền phân hạch truyền thống.

Theo tính toán của Terence Tarnowsky, một hệ thống tái chế sử dụng 1 gigawatt năng lượng có thể sản xuất gần 2 kg tritium mỗi năm, tương đương với tổng sản lượng của Canada.

Mặc dù hứa hẹn, vẫn còn nhiều thách thức. Tính khả thi về mặt kinh tế của việc sản xuất tritium thông qua tái chế chất thải cần được đánh giá kỹ lưỡng. Hiệu quả năng lượng và hiệu quả chi phí tổng thể của quy trình là những yếu tố quan trọng cần được đánh giá chi tiết.