Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng trên toàn cầu, các quốc gia cần nguồn điện năng đáng tin cậy, hoạt động liên tục, ít carbon, hướng tới phát thải ròng bằng không, điện hạt nhân đang thu hút sự chú ý trở lại. Trong nhiều thập kỷ, thorium bị gạt bên lề, trong khi uranium chi phối ngành điện hạt nhân, nhưng giờ đây, thorium đang nhận được sự quan tâm lớn.

Thorium so với Uranium

Thorium là kim loại phóng xạ tự nhiên được tìm thấy trong vỏ Trái đất, nhưng nó hoạt động khác với uranium. Thorium không phân hạch trực tiếp, nghĩa là nó không thể tự duy trì phản ứng hạt nhân. Thay vào đó, thorium-232 hấp thụ neutron bên trong lò phản ứng, biến đổi thành uranium-233. Vật liệu mới này sau đó thúc đẩy phản ứng hạt nhân.

Quá trình này nghe có vẻ phức tạp, nhưng nó mang lại lợi ích rõ ràng. Lò phản ứng thorium hoặc hệ thống nhiên liệu dựa trên thorium ổn định hơn ở nhiệt độ cao. Chúng cũng giảm nguy cơ xảy ra sự cố nghiêm trọng, chẳng hạn như tan chảy lõi. Ngoài ra, chúng tạo ra lượng chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài, ít hơn nhiều so với các lò phản ứng uranium thông thường.

Một yếu tố khác là độ an toàn. Nhiều lò phản ứng thorium sử dụng hệ thống an toàn thụ động, dựa vào các quá trình tự nhiên, làm giảm nguy cơ sự cố. Các lò phản ứng uranium, đặc biệt là lò phản ứng cũ hơn, phụ thuộc nhiều vào hệ thống làm mát chủ động và sự điều khiển của con người.

Yếu tố địa chính trị cũng đóng vai trò quan trọng. Nguồn cung uranium tập trung ở một vài khu vực trên thế giới, tạo ra rủi ro cung ứng. Trong khi thorium có sẵn, phổ biến hơn, giúp cải thiện an ninh năng lượng và giảm phụ thuộc vào các quốc gia cụ thể.

Tuy nhiên, uranium vẫn có ưu thế rõ rệt hiện nay. Với cơ sở hạ tầng thiết lập sẵn từ lâu để cung cấp cho ngành điện hạt nhân, uranium được hiểu rõ và sử dụng rộng rãi với chuỗi cung ứng hoàn thiện. Còn thorium vẫn cần các thiết kế lò phản ứng, hệ thống nhiên liệu, sự hỗ trợ về mặt pháp lý, để có thể mở rộng tiềm năng thực tế.

Các công nghệ lò phản ứng mới khai thác tiềm năng của thorium

Trong nhiều năm, thorium chưa được tận dụng hết tiềm năng vì các lò phản ứng thông thường không được thiết kế cho nó. Ngày nay, điều đó đang thay đổi. Các công nghệ lò phản ứng mới, tiên tiến đang làm cho thorium trở nên khả thi hơn.

● Lò phản ứng muối nóng chảy (MSR): Sử dụng nhiên liệu lỏng để truyền nhiệt tốt hơn và áp suất thấp hơn, cải thiện độ an toàn, hiệu quả và khả năng sử dụng thorium.

● Lò phản ứng nước nặng tiên tiến (AHWR): Hỗ trợ sử dụng nhiên liệu hỗn hợp, cho phép áp dụng thorium dần dần. AHWR là trọng tâm trong chiến lược hạt nhân của Ấn Độ.

● Lò phản ứng modular nhỏ (SMR): Hệ thống nhỏ gọn, linh hoạt, dễ dàng triển khai; ngày càng được thiết kế để hỗ trợ chu trình nhiên liệu thorium.

● Lò phản ứng thorium fluoride lỏng (LFTR): Một loại MSR có hiệu suất cao và tính năng an toàn tích hợp, đưa chúng trở thành giải pháp năng lượng thorium hàng đầu.

Trữ lượng thorium toàn cầu

Sự dồi dào của thorium là một trong những lợi thế lớn của nó. Theo các đánh giá địa chất, về mặt lý thuyết, các trữ lượng này có thể sản xuất điện trong vài thế kỷ nếu được sử dụng đầy đủ trong các lò phản ứng tiên tiến. Điều đó khiến thorium không chỉ là loại nhiên liệu thay thế, mà còn là giải pháp năng lượng lâu dài.

Ngay cả khi so sánh với các nguyên tố đất hiếm, với tổng trữ lượng khoảng 120 triệu tấn trên toàn cầu, thorium vẫn có tính cạnh tranh cao về tiềm năng năng lượng, bất chấp khác biệt về tính kinh tế của việc khai thác. Dữ liệu của Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) cho thấy sự phân bố địa lý của thorium càng làm tăng sức hấp dẫn của nó.

● Các trữ lượng lớn nằm ở Ấn Độ, Brazil, Australia, Hoa Kỳ. Ấn Độ dẫn đầu với khoảng 850.000 tấn, tiếp theo là Brazil với 630.000 tấn. Australia và Hoa Kỳ, mỗi nước có trữ lượng khoảng 600.000 tấn.

● Các quốc gia như Kazakhstan, Uzbekistan, Azerbaijan, nắm giữ trữ lượng tổng cộng khoảng 1,5 triệu tấn thorium. Sự phân bố rộng rãi này hỗ trợ an ninh năng lượng toàn cầu bằng cách giảm sự phụ thuộc vào một số quốc gia hạn chế.

Sự phù hợp mạnh mẽ chuyển đổi sang năng lượng phát thải ròng bằng không

Các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió rất cần thiết, nhưng hạn chế của chúng là tính không liên tục. Sản lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, tạo ra các khoảng trống trong nguồn cung cấp điện. Khoảng trống này phải được lấp đầy bởi các nguồn điện năng ổn định, ít carbon.

Điện hạt nhân dựa trên uranium và thorium cung cấp chính xác khoảng trống đó. Điện hạt nhân cung cấp điện năng cơ bản, ổn định, không tạo ra khí thải nhà kính. Hơn nữa, thorium còn giải quyết các mối lo ngại chính liên quan đến điện hạt nhân truyền thống, chẳng hạn như an toàn và chất thải.

Sự phù hợp chuyển đổi năng lượng này đang thúc đẩy sự chú ý đến thorium. Nói một cách đơn giản, giai đoạn hiện nay có thể được coi là một cuộc đua công nghệ. Mục tiêu là chứng minh công nghệ về thorium có thể hoạt động an toàn, hiệu quả và kinh tế ở quy mô lớn. Thành công trong lĩnh vực này sẽ quyết định tốc độ tăng trưởng của thorium.