Lò phản ứng nhỏ và siêu nhỏ là loại lò tiên tiến có công suất điện dưới 100 MWe, bằng khoảng 1/10 công suất phát điện của lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống. Về kích thước, các loại lò này cũng chỉ nhỏ bằng một phần của lò phản ứng hạt nhân thông thường và hầu hết ở dạng mô-đun giúp các hệ thống, bộ phận có thể được vận chuyển tách rời và lắp ráp trực tiếp tại vị trí hoạt động.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đang hỗ trợ phát triển lò phản ứng mô-đun nhỏ để triển khai tại khu phức hợp sản xuất các sản phẩm tiêu dùng ở Texas.
Từ các cơ sở sản xuất xi măng đến các nhà máy dầu khí, thép, …, ngành công nghiệp đang dần thay đổi các quy trình, dây chuyền sản xuất để giảm lượng khí thải và chuyển dần về mức bằng không. Lúc này, các giải pháp năng lượng hạt nhân mới nổi lên như một lựa chọn tối ưu và quan trọng. Các hoạt động ở đầu chuỗi sản xuất, chẳng hạn như khai thác khí đốt và dầu mỏ thông qua khoan, bơm và thủy lực (fracking) đòi hỏi lượng năng lượng khổng lồ mà hiện chủ yếu được lấy từ nhiên liệu hóa thạch. Các hoạt động ở cuối chuỗi sản xuất như tinh chế và xử lý vật liệu để sử dụng làm nhiên liệu hoặc sử dụng trong các sản phẩm dược phẩm, phân bón,…, cần nhiệt và điện mà phần lớn cũng được lấy từ nhiên liệu hóa thạch.
Bà Aline des Cloizeaux, Giám đốc Ban Năng lượng hạt nhân của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), cho biết: “Hầu hết các hoạt động khai thác dầu khí đều sử dụng năng lượng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch để cung cấp cho các hoạt động ở đầu và cuối chuỗi sản xuất. …. Để giảm lượng khí thải cacbon từ các quá trình này, lý tưởng nhất là hoạt động khoan, hóa lỏng và tinh chế khí tự nhiên được điện khí hóa bằng các nguồn cacbon thấp, chẳng hạn như năng lượng hạt nhân”. Nhiều hoạt động khai thác dầu khí, khoan và tinh chế diễn ra ở những địa điểm xa xôi và trong nhiều trường hợp, các quá trình này không thể lấy điện từ lưới điện quốc gia. Khi đó, lò phản ứng siêu nhỏ (MR) hoặc lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) là giải pháp năng lượng cacbon thấp thay thế hiệu quả nhất.
Ông Chirayu Batra, Giám đốc Công nghệ của Terra Praxis, một tổ chức phi lợi nhuận tập trung vào các giải pháp khử cacbon cho biết: “Các công ty có quy trình lọc dầu và hoạt động khoan cần năng lượng hạt nhân. Đây là những quy trình sử dụng nhiều cacbon và trong 30% trường hợp, lưới điện không thể tiếp cận các khu vực thực hiện khai thác hoặc tinh chế …”. Đốt dầu diesel và khí đốt để tạo ra năng lượng cần thiết cho các hoạt động này tiêu tốn rất nhiều chi phí cho ngành và sản sinh ra lượng khí thải cacbon lớn. Lò MR và SMR chính là giải pháp để các quy trình này được điện khí hóa thông qua một nguồn từ xa, đáng tin cậy và không có cacbon. MR có thể được sử dụng ở hầu hết các địa điểm, thậm chí ở ngoài khơi nếu đặt chúng trên tàu hoặc bệ nổi.
Hoạt động hiệu quả và không gây ô nhiễm
Ngoài tiềm năng triển khai ở những địa điểm xa xôi, SMR còn có ứng dụng quan trọng trong các ngành như sản xuất nhựa hoặc xử lý công nghiệp khác sử dụng nhiệt. Các lò phản ứng điện hạt nhân hiện nay tạo ra một lượng nhiệt lớn, nhưng khoảng 60% đến 70% lượng nhiệt này thải ra môi trường do hiệu suất chuyển đổi hơi nước thành điện năng. Một cách để sử dụng năng lượng hạt nhân hiệu quả hơn đồng thời giảm lượng khí thải cacbon là sử dụng nhiệt do các lò phản ứng hạt nhân tạo ra trong các quy trình công nghiệp hoặc hóa học. Chương trình thực nghiệm lò phản ứng tiên tiến của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đang hỗ trợ phát triển SMR làm mát bằng khí ở nhiệt độ cao để triển khai tại khu phức hợp sản xuất các sản phẩm tiêu dùng. Công ty hóa chất Dow Inc. có kế hoạch thay thế động cơ hơi nước và khí đốt bằng SMR như một phần trong cam kết của Dow nhằm giảm 30% lượng khí thải cacbon vào năm 2030. Mục tiêu của Dow là đạt được mức trung hòa cacbon vào năm 2050.
Thiết kế mẫu Lò phản ứng hạt nhân siêu nhỏ di động đặt trên các xe tải có khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng ở các địa điểm xa xôi đang được Filippone & Associates LLC phát triển.
Lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao, có khả năng tạo ra nhiệt ở 750oC đặc biệt thích hợp cho phương pháp cacbon thấp để sản xuất olefin, các hợp chất hóa học có thể sử dụng làm nguyên liệu ban đầu cho nhựa, chất tẩy rửa và chất kết dính. SMR do Dow đề xuất sẽ được đặt tại một địa điểm sản xuất hiện có ở Seadrift, Texas và dự kiến sẽ giảm lượng khí thải tại địa điểm này khoảng 440.000 tấn cacbon đioxit mỗi năm. SMR sẽ được sử dụng để cung cấp nhiệt cho quá trình sản xuất các sản phẩm như polyetylen dùng trong bao bì, sơn và bọt.
Ông Jim Fitterling, Chủ tịch và Giám đốc điều hành của Dow, cho biết: Việc triển khai dự án xây dựng bốn lò phản ứng dự kiến sẽ bắt đầu vào năm 2026 và hoàn thành vào cuối thập kỷ này. Dự án sẽ giúp Dow thực hiện bước quan trọng trong việc giảm lượng khí thải cacbon, đồng thời cung cấp các sản phẩm có lượng khí thải cacbon thấp hơn cho khách hàng và xã hội. Sáng kiến này sẽ là ví dụ đi đầu về cách ngành công nghiệp có thể khử cacbon an toàn, hiệu quả và giá cả phải chăng. Hiện nay, IAEA đang nỗ lực hỗ trợ các quốc gia trên thế giới phát triển SMR và MR bằng cách tập hợp các chuyên gia, cơ quan chính phủ và cơ quan quản lý để tăng cường triển khai an toàn và bảo đảm cho công nghệ mới này. IAEA đã khởi động Sáng kiến Tiêu chuẩn hóa và Hài hòa Hạt nhân (NHSI) vào tháng 6/2022 và Nền tảng về Lò phản ứng Mô-đun Nhỏ và Ứng dụng của chúng (Nền tảng SMR) từ năm 2021.
BT từ nhiều nguồn thông tin