Ngành điện hạt nhân mới của Mỹ gặp trở ngại vì lệ thuộc nhiên liệu từ Nga

Không muốn phụ thuộc

Đó là lý do tại sao chính phủ Mỹ đang khẩn trương tìm cách sử dụng một số kho dự trữ uranium cấp độ vũ khí của mình để giúp cung cấp nhiên liệu cho các lò phản ứng tiên tiến và khởi động một ngành công nghiệp mà họ coi là quan trọng đối với các quốc gia để đạt được mục tiêu toàn cầu không phát thải.

Người phát ngôn của Bộ Năng Mỹ (DOE) cho biết: “Sản xuất HALEU (uranium làm giàu thấp) là một sứ mệnh quan trọng và tất cả các nỗ lực nhằm tăng sản lượng của nó đang được đánh giá.

Cuộc khủng hoảng năng lượng gây ra bởi xung đột ở Ukraine đã làm mới mối quan tâm đến năng lượng hạt nhân. Những người ủng hộ các lò phản ứng thế hệ mới, nhỏ hơn cho rằng, chúng hiệu quả hơn, chế tạo nhanh hơn và có thể thúc đẩy sự thay đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch.

Nhưng không có nguồn đảm bảo về HALEU thử nghiệm cao mà các lò phản ứng cần, các nhà phát triển lo lắng rằng, họ sẽ không nhận được đơn đặt hàng cho các nhà máy. Và nếu không có đơn đặt hàng, các nhà sản xuất nhiên liệu tiềm năng khó có thể thiết lập và vận hành các chuỗi cung ứng thương mại để thay thế uranium của Nga.

Người phát ngôn của DOE nói: “Chúng tôi hiểu sự cần thiết phải hành động khẩn cấp để khuyến khích việc thiết lập nguồn cung cấp HALEU bền vững, theo định hướng thị trường” và cho biết, Chính phủ Mỹ đang trong giai đoạn cuối cùng để đánh giá lượng hàng tồn kho 585,6 tấn uranium làm giàu cao của họ để phân bổ cho các lò phản ứng.

Việc Nga độc quyền HALEU từ lâu đã khiến Washington lo ngại nhưng xung đột ở Ukraine đã thay đổi cuộc chơi, vì cả chính phủ và các công ty phát triển các lò phản ứng tiên tiến mới đều không muốn dựa vào Moscow.

HALEU được làm giàu đến mức lên tới 20%, thay vì khoảng 5% đối với uranium cung cấp năng lượng cho hầu hết các nhà máy hạt nhân. Nhưng chỉ có TENEX, công ty con của Tập đoàn năng lượng hạt nhân Nhà nước Nga Rosatom, bán HALEU thương mại vào lúc này.

Trong khi không có quốc gia phương Tây nào trừng phạt Rosatom, chủ yếu vì tầm quan trọng của nó đối với ngành công nghiệp hạt nhân toàn cầu, thì các nhà phát triển nhà máy điện của Mỹ như X-energy và TerraPower không muốn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng của Nga.

Câu chuyện “còn gà và quả trứng”

Điện hạt nhân hiện tạo ra khoảng 10% điện năng trên thế giới, nhiều quốc gia hiện đang khám phá các dự án hạt nhân mới để cải thiện nguồn cung năng lượng và an ninh năng lượng, cũng như giúp đáp ứng các mục tiêu cắt giảm phát thải khí nhà kính.

Nhưng các dự án quy mô lớn vẫn còn nhiều thách thức vì các lý do như: chi phí trả trước khổng lồ, sự chậm trễ của dự án, chi phí vượt mức và sự cạnh tranh từ các nguồn năng lượng rẻ hơn như điện gió, một số nhà phát triển đã đề xuất cái gọi là lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR).

Trong khi các SMR, được cung cấp từ các công ty như EDF và Rolls-Royce, sử dụng công nghệ hiện có và cùng một loại nhiên liệu như các lò phản ứng truyền thống, thì chín trong số 10 lò phản ứng tiên tiến do Washington tài trợ được thiết kế để sử dụng HALEU.

Những người ủng hộ cho rằng, các nhà máy tiên tiến này ít cần tiếp nhiên liệu thường xuyên hơn và hiệu quả gấp ba lần so với các mô hình truyền thống. Một số nhà phân tích cũng cho rằng, điều này có nghĩa là cuối cùng chúng sẽ vượt qua công nghệ hạt nhân thông thường, mặc dù các thiết kế vẫn chưa được thử nghiệm trên quy mô thương mại.

Theo dữ liệu từ nhóm nghiên cứu thuộc Dự án Cải cách Đổi mới Năng lượng, chi phí điện bình quân - mức giá cần thiết để các dự án tiên tiến hòa vốn - là 60 USD/megawatt giờ so với 97 USD đối với các nhà máy thông thường. Một số nhà phân tích cho rằng, sự chênh lệch giá có thể thu hẹp hơn vào lúc này, bởi vì các lò phản ứng tiên tiến nhỏ sử dụng HALEU chưa có quy mô kinh tế từ sản xuất hàng loạt.

Các công ty ở Mỹ và châu Âu có kế hoạch sản xuất HALEU trên quy mô thương mại nhưng ngay cả trong những tình huống lạc quan nhất, sẽ mất ít nhất 5 năm kể từ thời điểm họ quyết định tiến hành. Và câu hỏi hóc búa này đang làm phức tạp thêm sự phát triển suôn sẻ của nguồn cung HALEU.

Ông Daniel Poneman, Giám đốc Điều hành của nhà cung cấp nhiên liệu hạt nhân Mỹ Centrus Energy Corp cho biết: “Không ai muốn đặt hàng 10 lò phản ứng mà không có nguồn nhiên liệu và không ai muốn đầu tư vào một nguồn nhiên liệu mà không có đơn đặt hàng từ 10 lò phản ứng”.

Đối với các công ty quan tâm đến các lò phản ứng tiên tiến mới, chẳng hạn như công ty công ích Energy Northwest của bang Washington, nguồn cung cấp nhiên liệu chắc chắn là một vấn đề trong quá trình ra quyết định. "Nguồn cung cấp HALEU đáng tin cậy là một trong nhiều yếu tố đang được xem xét", công ty cho biết trong một tuyên bố bằng email.

Nỗ lực cung ứng

Nhiều năm trước, chính phủ Mỹ đã công nhận rằng, sự độc quyền của Nga đối với HALEU có thể cản trở sự phát triển của các lò phản ứng tiên tiến mà họ hy vọng sẽ cung cấp năng lượng carbon thấp trong nước và cũng được xuất khẩu sang các thị trường ở châu Âu và châu Á.

Chính phủ đã trao hợp đồng chi phí chung vào năm 2019 cho Centrus, công ty duy nhất bên ngoài nước Nga hiện có giấy phép sản xuất HALEU, để xây dựng một cơ sở.

Mặc dù cơ sở dự kiến ​​bắt đầu sản xuất HALEU trong năm nay, nhưng việc sản xuất đã bị lùi lại đến năm 2023, một phần do sự chậm trễ trong việc tiếp nhận các container lưu trữ do các vấn đề chuỗi cung ứng trong đại dịch toàn cầu, Centrus cho biết.

Một khi cơ sở đi vào hoạt động, sẽ mất 5 năm trước khi Centrus có thể bắt đầu sản xuất 13 tấn HALEU một năm. Nhưng đó chỉ là 1/3 lượng nhiên liệu mà các dự án DOE sẽ cần cho các lò phản ứng của Mỹ vào năm 2030. Điển hình như TerraPower cho biết, họ sẽ cần 15 tấn HALEU cho lần nạp nhiên liệu đầu tiên của lò phản ứng tiên tiến của mình.

Các nhà sản xuất HALEU tiềm năng khác còn đang ở phía sau. Công ty khai thác và làm giàu uranium thuộc sở hữu nhà nước của Pháp Orano cho biết họ có thể bắt đầu sản xuất HALEU sau 5 đến 8 năm, nhưng sẽ chỉ xin giấy phép sản xuất khi có khách hàng với hợp đồng dài hạn.

Để đáp lại yêu cầu của DOE về thông tin về cách thiết lập chương trình hỗ trợ sản xuất HALEU, Orano cho biết, Pháp sẽ phụ thuộc vào quyết định chính phủ Mỹ để khởi động ngành này.

"Đánh giá của Orano cho thấy rằng, yếu tố quan trọng nhất giúp thành công là DOE đảm bảo một lượng nhu cầu nhất định", công ty cho biết trong một tuyên bố trên trang web của mình.

Trong khi đó, công ty làm giàu uranium của châu Âu Urenco cho biết, họ đang xem xét các địa điểm ở Mỹ và Anh để sản xuất HALEU nhưng vẫn chưa xin giấy phép.

Thời gian gấp gáp

Đối với TerraPower và X-energy, 2 tập đoàn có các dự án được lên kế hoạch lần lượt ở các bang Wyoming và Washington của Mỹ, đồng hồ đang điểm từng ngày.

Washington đã trao cho 2 công ty trên hợp đồng xây dựng hai nhà máy vào năm 2028 và chia sẻ chi phí. Nhưng nếu không có nhiên liệu của Nga, thời hạn đó sẽ tăn lên trước khi bất kỳ nhà cung cấp thương mại thay thế nào bắt đầu hoạt động.

Bên cạnh đó, mặc dù mức độ làm giàu 20% của HALEU thấp hơn nhiều so với mức khoảng 90% cần thiết cho vũ khí, các công ty cần có giấy phép đặc biệt để sản xuất nó. Các yêu cầu chứng nhận và an ninh bổ sung cũng được yêu cầu đối với địa điểm sản xuất, đóng gói và vận chuyển nhiên liệu.

Để đẩy nhanh quá trình và phá vỡ thế bế tắc, chính phủ Mỹ đang tìm cách "chia nhỏ" uranium làm giàu ở cấp độ vũ khí trong kho dự trữ của mình, mặc dù điều đó cũng sẽ mất thời gian.

Chính phủ Mỹ cho biết, trong năm 2016 họ đã giảm 7,1 tấn trong khoảng thời gian từ ngày 30/9/2013 đến ngày 31/3/2016. Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ, năm ngoái, các nhà máy điện hạt nhân ở Mỹ đã nhập khẩu khoảng 14% uranium từ Nga, cùng với 28% dịch vụ làm giàu uranium của họ,