Hiện nay các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ dạng mô-đun và lò phản ứng siêu nhỏ với công suất phát điện dưới 20 megawatt đang ngày càng bộc lộ tiềm năng trong việc cấp điện cho nhiều khu vực xa xôi. Công nghệ này giống như lò phản ứng được sử dụng trên các tàu của hải quân. Theo công ty khởi nghiệp hạt nhân Nano Energy có trụ sở tại Mỹ, những lò này cũng có thể được triển khai để giảm lượng carbon trong các lĩnh vực công nghiệp như khai mỏ và vận chuyển.

Năng lượng hạt nhân đã thu hút được sự chú ý đáng kể khi thế giới bắt đầu tìm kiếm một nguồn năng lượng đáng tin cậy không có carbon. Theo Bộ Năng lượng Mỹ (DoE), nước này sẽ cần 200 gigawatt công suất năng lượng hạt nhân để đạt được mức phát thải ròng bằng 0. Các ước tính cho thấy công suất hạt nhân hiện tại là 95 gigawatt, đóng góp 18% cho nhu cầu năng lượng của Mỹ. Nhưng công suất này có được là nhờ một vài lò phản ứng hạt nhân cỡ lớn được xây dựng từ nhiều thập niên trước. Chưa kể là gần đây, ngành công nghiệp hạt nhân ở Mỹ đang gặp khó khăn do sự chậm trễ và chi phí vượt mức.

Thời kỳ của các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ chở bằng xe tải đang đến
Lò phản ứng vi mô ODIN của Nano Nuclear Energy.

Lò phản ứng cỡ nhỏ là giải pháp


Thông thường, các nhà máy điện hạt nhân thường được xây dựng với quy mô lớn để giảm chi phí sản xuất năng lượng, nhưng điều này cũng làm tăng chi phí và thời gian cho việc thiết lập cơ sở trước khi bắt đầu cho nó hoạt động. Trong khi đó lò phản ứng cỡ nhỏ dạng mô-đun (SMR) và lò phản ứng siêu nhỏ thì lại giúp giảm quy mô chi phí gắn liền với hoạt động xây dựng. Theo Đạo luật Giảm lạm phát của Mỹ, các nhà máy năng lượng hạt nhân mới cũng được hưởng lợi ích về thuế tương tự như các dự án năng lượng tái tạo.
 

Thời kỳ của các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ chở bằng xe tải đang đến
Lò phản ứng dạng mô-đun và siêu nhỏ là các phiên bản thu nhỏ của lò phản ứng phân hạch cỡ lớn. Ảnh: AICE.

NuScale Power, công ty tiên phong trong công nghệ này, đã phải đối mặt với một số bước lùi khi dự án đầu tiên phải hủy bỏ do chi phí sản xuất năng lượng tăng cao. Tuy nhiên, công ty Nano Nuclear Energy đã nhận ra và đang cố gắng giải quyết vấn đề chính đứng sau tình trạng tăng giá và thiếu chuỗi cung ứng ở Mỹ.

Nhiên liệu HALEU


Nhiên liệu được sử dụng bởi các lò phản ứng truyền thống, ta gọi là LEU, thường có Uranium-235 được làm giàu chiếm từ 3% đến 5% khối lượng. Nhưng các lò phản ứng mô-đun cỡ nhỏ lại sử dụng nhiên liệu uranium có mức độ làm giàu cao hơn (HALEU), với nồng độ uranium được làm giàu chiếm từ 5% đến 20% khối lượng. Loại nhiên liệu này cho phép lò mô-đun hoạt động bằng cách sử dụng ít nhiên liệu hơn, tăng cường hiệu suất, đồng thời tăng tuổi thọ của lõi lò phản ứng. Lý do quan trọng khiến NuScale gặp phải chi phí cao là vì họ sử dụng loại nhiên liệu LEU cũ thay vì HALEU.

Để tránh vết xe đổ như NuScale, Nano Nuclear Energy hiện đang tìm cách bắt đầu sản xuất HALEU tại cơ sở của mình ở Mỹ. Địa điểm xây dựng cơ sở này vẫn chưa được tiết lộ nhưng đã được chính phủ Mỹ cho phép.

Nano Nuclear Energy cũng đang nghiên cứu thiết kế lò và công bố lò phản ứng thứ hai của mình mang tên Zeus. Công ty cũng tập trung nghiên cứu việc vận hành lò với sự can thiệp tối thiểu và trang bị cho lò tính năng dịch chuyển để đảm bảo nó được hoạt động an toàn và suôn sẻ.

Thời kỳ của các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ chở bằng xe tải đang đến
Lò phản ứng siêu nhỏ Zeus có thể chứa vừa trong một thùng container.

Lò phản ứng còn được dùng để khai thác nhiệt năng


Các thành phần của toàn bộ lò phản ứng có thể chứa vừa trong một container vận chuyển tiêu chuẩn và có thể dễ dàng vận chuyển đến các địa điểm xa xôi, những nơi không có cơ sở hạ tầng năng lượng thông thường và ở đây cũng khó thiết lập các dự án lớn về năng lượng tái tạo như điện gió hay điện mặt trời.

Ngoài việc sản xuất điện, lò phản ứng còn được thiết kế để khai thác nhiệt năng sinh ra trong các phản ứng phân hạch và trực tiếp sử dụng lượng nhiệt này. Lượng nhiệt dư thừa cũng có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện để đem lại nhiều sản lượng hơn. Những lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ như vậy có thể dễ dàng được lắp đặt ở các địa điểm xa xôi và cung cấp nguồn năng lượng sạch cho những nơi này.