Ngày 6 tháng 5 năm 2026
Conner Prochaska là giám đốc Cơ quan Năng lượng-Dự án Nghiên cứu Tiên tiến (ARPA-E), một cơ quan của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Tiểu luận này là một phần của Chương trình nghị sự năng lượng toàn cầu 2026.
Khi nền kinh tế toàn cầu phát triển và cơ sở công nghiệp của Mỹ phát triển, nhu cầu về năng lượng tiếp tục phát triển với tốc độ nhanh nhất trong một thế hệ. Năm 2024, nền kinh tế Mỹ sẽ tiêu thụ 4.157 terawatt giờ (TWh) của điện. Mở rộng năng lực tính toán của trung tâm dữ liệu là chìa khóa cho sự chuyển đổi này.
Các nhà phân tích dự đoán rằng nhu cầu năng lượng toàn cầu cho các trung tâm dữ liệu có thể tăng gấp đôi vào năm 2030, đạt 945 TWh– nhiều điện hơn Nhật Bản tiêu thụ trong một năm. Tại Hoa Kỳ, các trung tâm dữ liệu có thể sớm sử dụng 10 phần trăm điện của đất nước, tăng từ mức hiện tại là 4,4% và có thể đại diện cho một nửa tăng trưởng nhu cầu điện của Hoa Kỳ vào năm 2028. Mức tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu thúc đẩy đầu tư vào lưới điện và cho phép nghiên cứu mở ra những cách thức mới để tạo ra, truyền tải và lưu trữ năng lượng.
Để làm cho điện có giá cả phải chăng hơn, thúc đẩy tiến bộ công nghệ và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, thế giới cần nhiều năng lượng hơn – và nhờ sự lãnh đạo của Mỹ, thế giới đang tiến gần hơn đến việc đáp ứng nhu cầu đó thông qua phản ứng nhiệt hạch.
Thúc đẩy đổi mới năng lượng
Nhiệm vụ của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến (ARPA-E) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ là đảm bảo rằng Hoa Kỳ dẫn đầu về năng lượng, không chỉ với tư cách là nhà xuất khẩu mà còn là nhà đổi mới trong cách chúng ta sản xuất, phân phối và sử dụng năng lượng. Kết quả của chúng tôi phản ánh cam kết này.
Kể từ năm 2009, ARPA-E đã phân bổ 4,2 tỷ USD tài trợ cho nghiên cứu và phát triển cho 1.700 dự án. Gần 270 dự án trong số này đã thu hút được hơn 15,2 tỷ USD vốn tài trợ tiếp theo của khu vực tư nhân. Ba mươi sáu công ty được ARPA-E hậu thuẫn đã đạt mức định giá tổng cộng 22,3 tỷ USD. Trong năm qua, ARPA-E đã chi 180 triệu USD để khởi động các dự án đầu tiên của Bộ Năng lượng về điện toán lượng tử ứng dụng, cải tiến quá trình xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, đổi mới hệ thống địa nhiệt cực nóng, thiết kế nam châm vĩnh cửu vượt trội, xác nhận chất xúc tác công nghiệp và mô tả các mỏ khoáng sản quan trọng nhanh hơn theo cấp số nhân so với khả năng của ngành hiện tại và phát triển vật liệu mới cho các nhà máy điện nhiệt hạch.
Nhận thấy tiềm năng của sự hợp nhất
ARPA-E coi việc khai thác phản ứng tổng hợp như một nguồn năng lượng là một trong những thành tựu quan trọng nhất mà ngành năng lượng chưa đạt được. Sự nhiệt hạch, quá trình nguyên tử cung cấp năng lượng cho mặt trời, có mật độ năng lượng đáng kinh ngạc: nhà máy điện nhiệt hạch deuterium-tritium (DT) có mật độ năng lượng 340 triệu megajoule trên mỗi kg, cao gấp 4,3 lần so với uranium-235, nhiên liệu được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân, cao hơn 6,2 triệu lần so với mật độ năng lượng của khí tự nhiên và cao hơn 12 triệu lần so với than đá. Một gam nhiên liệu DT có năng lượng tương đương 320 tỷ BTU khí tự nhiên.
Khi ARPA-E bước vào cuộc tranh luận về phản ứng tổng hợp, hiểu biết khoa học về những thách thức công nghệ đã trưởng thành nhưng khả năng khởi tạo nó thông qua kỹ thuật vẫn chưa khả thi. Khoảng cách này đã làm trì hoãn việc đầu tư và triển khai. Chúng tôi muốn giảm thiểu rủi ro cho các phương pháp, chứng minh hiệu quả của chúng và thu hút vốn tư nhân để thúc đẩy tiến bộ. Mặc dù vẫn còn nhiều việc phải làm nhưng danh mục sáp nhập của ARPA-E đã mang lại kết quả.
Năm 2014, 12 công ty thương mại đã nỗ lực đưa năng lượng nhiệt hạch vào hoạt động. Sáu người trong số họ có trụ sở tại Hoa Kỳ và đã huy động được 382 triệu USD. Hôm nay có hơn 45 công ty đang tiếp tục sáp nhập, hầu hết trong số đó bắt đầu hoạt động sau năm 2017 và được hỗ trợ đầu tư 10 tỷ USD. 25 người trong số họ là người Mỹ và đã huy động được 70% trong số 10 tỷ USD mà ngành này huy động được cho đến nay.
Từ phân tích đến hành động
Điều gì đã xảy ra giữa năm 2014 và ngày nay đã thúc đẩy ngành công nghiệp nhiệt hạch?
ARPA-E đã xúc tác cho ngành sáp nhập thương mại.
Trước năm 2014, ARPA-E chưa bao giờ tài trợ cho nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch. Quan điểm phổ biến là phản ứng tổng hợp chỉ phù hợp với “khoa học lớn”. ARPA-E thách thức giả định này và hỏi: Có cách tiếp cận mới hoặc hiện có nào đáng xem xét lại mà giờ đây có thể hiệu quả với đầu tư tư nhân không? Câu trả lời vang dội: “Có!” »
Vào năm 2014, ARPA-E đã thúc đẩy ngành công nghiệp nhiệt hạch của Hoa Kỳ bằng cách tung ra ALPHA (Tăng tốc gia nhiệt và lắp ráp plasma chi phí thấp). ALPHA đã tập trung vào các con đường mới với chi phí vốn thấp hơn để đạt được năng lượng nhiệt hạch. Vào thời điểm đó, nghiên cứu nhiệt hạch tập trung vào hai phương pháp giam cầm plasma, đây là thách thức lớn của công nghệ. Một cách tiếp cận là giam cầm từ tính, sử dụng từ trường và mật độ ion thấp hơn mật độ không khí. Loại còn lại là giam giữ quán tính, sử dụng nhiệt và nén và có mật độ cao hơn mật độ của chất rắn. ALPHA tập trung vào mật độ trung gian giữa hai phương pháp này và mở ra cánh cửa cho phản ứng tổng hợp quán tính từ. Từ tiến bộ này đã ra đời ba chương trình khác, mỗi chương trình phát triển các khái niệm, vật liệu và công nghệ mới giúp biến phân tích khoa học thành hành động kỹ thuật.
Chương trình hợp nhất mới nhất của chúng tôi, được gọi là CHADWICKđang phát triển vật liệu mới cho bức tường đầu tiên của lò phản ứng nhiệt hạch, một rào chắn phải tồn tại trong bốn mươi năm ở nhiệt độ nóng hơn bề mặt mặt trời. ALPHA đã khởi động ngành và CHADWICK đang giải quyết các vấn đề mà ngành này sẽ sớm gặp phải.
Lời hứa về sức mạnh dồi dào của Fusion đòi hỏi phải hành động và ARPA-E sẵn sàng thực hiện điều đó.
Kể từ năm 2014, ARPA-E đã đầu tư 134 triệu USD vào hoạt động nhiệt hạch và thu hút 1,5 tỷ USD đầu tư tư nhân. Trong mười tám tháng tới, ARPA-E sẽ đầu tư 135 triệu USD để thúc đẩy phát triển chuỗi cung ứng và công nghệ an toàn nhằm chuẩn bị cho quá trình triển khai hợp nhất sắp xảy ra.
Thế giới cần nhiều quyền lực hơn và Hoa Kỳ sẽ cung cấp điều đó.
tất cả các bài kiểm tra
khám phá chương trình
THE Trung tâm Năng lượng Thế giới phát triển và thúc đẩy các giải pháp chính sách thực tế, phi đảng phái được thiết kế để thúc đẩy an ninh năng lượng toàn cầu, cải thiện cơ hội kinh tế và đẩy nhanh con đường đạt tới mức phát thải ròng bằng không.
Hình ảnh: Hình ảnh màu nâng cao về bên trong cấu trúc hỗ trợ tiền khuếch đại trong Cơ sở Đánh lửa Quốc gia DOE, đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore của Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia. (Ảnh: Damien Jemison)
