Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Xây dựng Điện 3 - Giải pháp tốt nhất cho lựa chọn tốt nhất
Chọn ngôn ngữ:
Trong bối cảnh Việt Nam đang khởi động lại các dự án điện hạt nhân để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, năng lượng hạt nhân dựa trên Thorium nổi lên như một hướng đi đầy triển vọng. Đây là cơ hội để đất nước tận dụng công nghệ tiên tiến, bền vững, góp phần định hình tương lai năng lượng.
Nguồn nhiên liệu hạt nhân tiềm năng
Thorium (Th-232) là một nguyên tố phóng xạ tự nhiên, có trữ lượng dồi dào hơn uranium khoảng 3-4 lần trên toàn cầu. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), trữ lượng thorium toàn thế giới vượt quá 6 triệu tấn, tập trung ở các quốc gia như Ấn Độ (khoảng 1,07 triệu tấn), Brazil (632.000 tấn), Úc (595.000 tấn) và Mỹ (595.000 tấn). Tại Việt Nam, thorium tồn tại trong các mỏ đất hiếm ở Lai Châu, Yên Bái và một số khu vực khác, với trữ lượng ước tính hàng chục nghìn tấn, đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nhiều thập kỷ nếu được khai thác hiệu quả.
Không giống uranium-235 (U-235), thorium-232 không tự phân hạch trực tiếp để tạo năng lượng. Thay vào đó, nó là một “nhiên liệu sinh sản” (fertile material). Khi hấp thụ neutron trong lò phản ứng, Th-232 chuyển hóa thành thorium-233, sau đó phân rã thành protactinium-233 và cuối cùng thành uranium-233 (U-233). U-233 là đồng vị phân hạch mạnh, duy trì phản ứng dây chuyền hạt nhân để sản xuất năng lượng nhiệt, từ đó sinh ra điện.
Quá trình này mang lại nhiều lợi thế: chất thải phóng xạ từ chu trình thorium có chu kỳ bán rã ngắn hơn (khoảng 500 năm so với hàng chục nghìn năm từ uranium), đồng thời U-233 khó bị sử dụng để chế tạo vũ khí hạt nhân hơn U-235 hoặc plutonium-239, giảm rủi ro an ninh. Với trữ lượng thorium phong phú cả trong nước và toàn cầu, đây là cơ hội để Việt Nam giảm phụ thuộc vào nhập khẩu uranium, tối ưu hóa nguồn lực nội địa.
Các công nghệ lò hạt nhân có thể sử dụng Thorium
Nhiều thiết kế lò phản ứng nổi bật đã và đang được phát triển có thể sử dụng thorium hiệu quả, bao gồm:
Lò muối nóng chảy (Molten Salt Reactor – MSR)
Lò MSR sử dụng thorium hòa tan trong muối nóng chảy (florua hoặc clorua) ở nhiệt độ cao, vừa là nhiên liệu vừa là chất làm mát. Thiết kế này hoạt động ở áp suất thấp, tăng cường an toàn, có thể xử lý và tái sử dụng nhiên liệu trực tiếp, giảm chất thải. Mỹ từng thử nghiệm mô hình MSR nhỏ tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge vào năm 1967, chứng minh tính khả thi của công nghệ. Hiện nay, Trung Quốc đang phát triển lò MSR thorium, với mục tiêu thương mại hóa vào năm 2030.
Lò Nước Nặng (Heavy Water Reactor)
Các lò nước nặng như CANDU (Canada) có thể được điều chỉnh để dùng thorium kết hợp với uranium hoặc plutonium làm chất khởi động. Nước nặng (D₂O) làm chậm neutron hiệu quả, tối ưu hóa quá trình chuyển hóa Th-232 thành U-233. Công nghệ này tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có của CANDU.
Lò Phản Ứng Sinh Sản Nhanh (Fast Breeder Reactor – FBR)
Lò FBR sử dụng neutron nhanh để chuyển hóa thorium thành U-233, đồng thời sinh sản thêm nhiên liệu phân hạch. Pháp đã vận hành lò FBR Superphénix (1985-1997), trong khi Nga sử dụng lò BN-800 (kết nối lưới điện năm 2016) với khả năng tích hợp thorium trong tương lai. Các dự án này khẳng định tính khả thi của FBR, dù đòi hỏi đầu tư kỹ thuật lớn.
Lò Phản Ứng Làm Mát Bằng Khí Nhiệt Độ cao (High-Temperature Gas-Cooled Reactor – HTGR)
Lò HTGR dùng viên nhiên liệu (TRISO) có thể dùng thorium như lõi nhiên liệu, với khí heli làm chất làm mát. Thiết kế này an toàn nhờ khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ và chịu nhiệt cao. Trung Quốc đã đưa lò HTR-PM (thế hệ 4) vào vận hành thương mại tháng 12/2023 tại Sơn Đông, đánh dấu bước tiến trong ứng dụng thorium, mở ra triển vọng cho các hệ thống nhỏ gọn tại Việt Nam.
Triển Vọng Tại Việt Nam
Với mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 và nhu cầu điện tăng trưởng mạnh, thorium có thể là chìa khóa cho chiến lược năng lượng của Việt Nam. Các công nghệ như MSR, FBR hay HTGR tận dụng nguồn thorium nội địa, cung cấp năng lượng ổn định, ít phát thải carbon, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu. Đây là cơ hội để Việt Nam tiến gần hơn đến một hệ thống năng lượng bền vững.
Thách Thức
Dù tiềm năng lớn, việc triển khai lò thorium tại Việt Nam đối mặt với thách thức. Công nghệ MSR và FBR vẫn đang phát triển, chưa đạt thương mại hóa rộng như lò nước nhẹ dùng Uranium. Việt Nam cần đầu tư nghiên cứu, cơ sở hạ tầng và đào tạo nhân lực. Chi phí ban đầu cao cũng là rào cản, đòi hỏi hợp tác với các quốc gia tiên phong như Trung Quốc, Ấn Độ, Nga hoặc học hỏi từ kinh nghiệm của Mỹ, Pháp.
Tuy nhiên, những thách thức này không phải là bất khả thi. Với thiết kế an toàn thụ động của MSR và HTGR, Việt Nam có thể giảm thiểu rủi ro sự cố, đáp ứng mối quan ngại về an toàn sau Fukushima. Hợp tác quốc tế sẽ giúp tối ưu hóa chi phí và rút ngắn thời gian triển khai.
Thorium và các công nghệ lò hạt nhân tiên tiến mở ra hướng đi mới cho ngành năng lượng Việt Nam. Với trữ lượng dồi dào và tiềm năng vượt trội, thorium không chỉ là một giải pháp năng lượng mà còn là cơ hội để đất nước khẳng định vị thế trong lĩnh vực công nghệ hạt nhân. Dù còn thử thách, triển vọng của thorium là không thể phủ nhận, hứa hẹn một tương lai năng lượng xanh, mạnh mẽ cho Việt Nam.
Tài liệu tham khảo:
