Thời đại AI sẽ kết thúc bằng năng lượng hạt nhân? Microsoft và Google đua nhau mua điện hạt nhân, lò phản ứng mô-đun nhỏ trở thành “người tình mới” của phố Wall

Năng lượng hạt nhân đang trải qua làn sóng phục hưng hiếm thấy tại Mỹ.

Trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo với nhu cầu điện năng khổng lồ đang hướng sự chú ý của các ông lớn công nghệ đến một lĩnh vực từng bị xem là công nghiệp hoàng hôn—năng lượng hạt nhân.Microsoft và Google lần lượt ký kết các hợp đồng mua điện hạt nhân kéo dài hàng chục năm, chính quyền Trump cam kết hơn 80 tỷ USD hỗ trợ xây dựng các lò phản ứng mới và đặt mục tiêu nâng tổng công suất lắp đặt điện hạt nhân ở Mỹ lên 400 gigawatt vào năm 2050, tức gấp bốn lần hiện tại. Làn sóng phục hưng này đang tái định hình bản đồ năng lượng của Mỹ, đồng thời xuất hiện hàng loạt công ty khởi nghiệp dựa vào công nghệ lò phản ứng nhỏ theo mô-đun (SMR), thu hút đầu tư rộng rãi từ các gã khổng lồ công nghệ đến các quỹ vốn Phố Wall.

Tuy nhiên, sự trở lại của năng lượng hạt nhân không diễn ra trong một sớm một chiều. Từ phê duyệt pháp lý đến cung cấp nhiên liệu, từ xây dựng kỹ thuật tới phát triển nguồn nhân lực, ngành công nghiệp điện hạt nhân vẫn đối mặt với vô số thách thức về cơ cấu. Giới trong ngành dự đoán,SMR sớm nhất cũng phải đến đầu những năm 2030 mới có thể hoà lưới quy mô lớn, còn chi phí lúc đó có đáp ứng được kỳ vọng hay không vẫn còn là ẩn số.

Trung tâm dữ liệu thổi bùng nhu cầu hạt nhân

Động lực lõi thúc đẩy làn sóng phục hưng hạt nhân này chính là nhu cầu điện tưởng như vô tận từ hạ tầng AI.

Theo dự báo của Viện nghiên cứu năng lượng điện Mỹ (Electric Power Research Institute), trong kịch bản tăng trưởng cao, trung tâm dữ liệu có thể chiếm tỉ lệ tiêu thụ điện ở Mỹ từ mức khoảng 5% hiện tại lên đến 17% vào năm 2030. Quy mô nhu cầu này vượt xa khả năng đáp ứng linh hoạt của lưới điện hiện hữu.

Phát điện khí tự nhiên dù là lựa chọn hàng đầu cho trung tâm dữ liệu mở rộng, song nguồn cung tua-bin khí đang rất khan hiếm, thời gian giao hàng kéo dài nhiều năm và giá cả liên tục leo thang. Năng lượng mặt trời, gió dù sẽ dẫn đầu các nguồn năng lượng mới trong năm nay tại Mỹ, nhưng tính gián đoạn về giờ giấc khiến chúng không thể phục vụ riêng lẻ cho nhu cầu vận hành 24/7 của trung tâm dữ liệu, luôn cần đi kèm hệ thống lưu trữ quy mô lớn.

Chính vì vậy, năng lượng hạt nhân nổi bật lên. Đây là một trong số ít nguồn cung cấp điện 24/7, phát thải carbon bằng 0, hoàn toàn phù hợp với mục tiêu năng lượng sạch của các công ty công nghệ. Bên cạnh đó, thái độ của công chúng với điện hạt nhân cũng đang cải thiện—khảo sát của Trung tâm nghiên cứu Pew (Pew Research Center) cho thấy, đến năm 2025, 59% người trưởng thành Mỹ ủng hộ mở rộng quy mô sử dụng điện hạt nhân, tăng đáng kể so với mức 43% một thập kỷ trước.

Microsoft, Google tranh mua điện hạt nhân, nhà máy cũ sống lại

Các hợp đồng mua điện của ông lớn công nghệ đang trực tiếp thúc đẩy quá trình tái vận hành nhiều nhà máy điện hạt nhân đã ngừng hoạt động.

Microsoft ký hợp đồng mua điện kéo dài 20 năm với Constellation Energy Corp., doanh nghiệp này đang lên kế hoạch khởi động lại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ở bang Pennsylvania, nhắm mục tiêu tái hoạt động vào năm 2027. Tổ máy số một của nhà máy này từng phải đóng cửa năm 2019 vì kém cạnh tranh về kinh tế, tổ máy còn lại đã ngừng vĩnh viễn sau tai nạn lõi nóng chảy một phần gần nửa thế kỷ trước.

Google thì ký cung ứng điện 25 năm với NextEra Energy Inc., đơn vị này dự kiến tái khởi động nhà máy điện hạt nhân Duane Arnold ở Iowa vào năm 2029. Ngoài ra, Meta Platforms Inc. đã ký thỏa thuận với Oklo Inc. và TerraPower LLC để cung cấp điện hạt nhân cho trung tâm dữ liệu AI của mình.

Ở cấp chính quyền, Holtec International Corp. đang tái vận hành nhà máy Palisades tại Michigan, được nhận hỗ trợ tài chính từ chính quyền bang và liên bang, dự kiến hoàn thành trong năm nay.

Hiện tại, Mỹ có tổng cộng 94 nhà máy điện hạt nhân vận hành ở 28 bang, trong đó khoảng 90% lò phản ứng được xây dựng vào thập niên 1970-1980, thập niên này chỉ có 3 tổ máy mới đi vào hoạt động. Hai tổ máy hoàn thiện mới nhất—Vogtle số 3 và 4 tại Georgia—bị chậm tiến độ 7 năm, tổng chi phí vượt ngân sách gốc hơn hai lần, sự cố này đến giờ vẫn đè nặng lên tâm lý đầu tư.

Chính quyền Trump đặt cược vào hạt nhân, cải cách quản lý gây tranh cãi

Chính quyền Trump coi hạt nhân là trụ cột quan trọng trong chiến lược năng lượng quốc gia và triển khai hàng loạt công cụ chính sách hỗ trợ.

Về tài chính, chính phủ năm ngoái tuyên bố cam kết hơn 80 tỷ USD hỗ trợ xây dựng các kiểu lò phản ứng của Westinghouse Electric Co., bao gồm cả mẫu AP1000 đang có mặt trong dự án Vogtle. Bằng cách sử dụng cùng chuỗi cung ứng cho nhiều dự án, kỳ vọng giảm chi phí theo quy mô.

Về quản lý, Trump ký sắc lệnh hành pháp tháng 5 năm ngoái yêu cầu Ủy ban quản lý hạt nhân Mỹ (NRC) rút ngắn thời gian phê duyệt giấy phép xây mới và vận hành xuống còn 18 tháng, tức chỉ bằng một nửa trước đây. Chính phủ còn chỉ trích NRC quá bảo thủ và sau khi Trump yêu cầu rà soát lại chuẩn giới hạn bức xạ, NRC lên kế hoạch chỉnh sửa hướng dẫn đã áp dụng từ lâu. Cải cách giảm kiểm soát này từng vấp phải lo ngại sâu sắc từ giới an toàn hạt nhân.

Ở khía cạnh ươm mầm kỹ thuật, Bộ Năng lượng năm ngoái khởi động chương trình thử nghiệm lò phản ứng, lựa chọn 11 dự án tham gia, trong đó có hai dự án thuộc Oklo Inc. do Sam Altman hậu thuẫn. Mục tiêu là tới ngày 4 tháng 7 năm 2026, ít nhất ba mẫu thiết kế lò phản ứng tiên tiến đạt ngưỡng "tới hạn"—tức lò có thể duy trì phản ứng phân hạch kiểm soát và giải phóng năng lượng ổn định. Bộ Năng lượng cho biết, Antares Nuclear Inc., Valar Atomics Inc., Aalo Atomics và Deployable Energy (ngoài danh sách dự án) đều đã đạt cột mốc này đúng hạn. Tuy nhiên, đạt tới hạn mới chỉ là xác nhận kỹ thuật, còn khá xa giai đoạn vận hành thương mại.

SMR: Hy vọng và biến số của công nghệ hạt nhân thế hệ mới

Lò phản ứng nhỏ theo mô-đun (SMR) được xem là hình mẫu lõi của làn sóng phục hưng điện hạt nhân, tuy nhiên triển vọng thương mại hóa vẫn còn rất nhiều bất định.

Trái với các nhà máy công suất lớn thường có quy mô lắp đặt trên 1000 megawatt, SMR chỉ có công suất tối đa 300 megawatt mỗi tổ máy, có thể khai triển đơn lẻ hoặc theo cụm, rất linh hoạt. Người ủng hộ cho rằng, SMR vận hành an toàn nhờ hệ thiết kế thụ động, nhiều mẫu sử dụng muối nóng chảy hoặc kim loại lỏng thay cho nước làm mát, tận dụng lực hấp dẫn cùng các quá trình tự nhiên để ngăn nhiệt độ vượt mức, ít phụ thuộc vào bơm điện hoặc cần can thiệp thủ công, từ đó gia tăng an toàn.

Về phương thức chế tạo, SMR được thiết kế tiền chế tại nhà máy, sau đó lắp ráp tại chỗ, sản xuất tiêu chuẩn hóa về lý thuyết giúp rút ngắn thi công, giảm chi phí nhờ quy mô và hạn chế các vấn đề trễ tiến độ, đội vốn thường thấy ở dự án truyền thống. Tuy nhiên, điều kiện tiên quyết để tối ưu chi phí là thị trường đủ lớn, bảo đảm khả năng sản xuất hàng loạt.

Hiện có hàng chục dự án SMR đang phát triển tại Mỹ nhưng chỉ số ít được duyệt về mặt pháp lý. NuScale Power Corp. đã được NRC cấp chứng nhận thiết kế, TerraPower LLC do Bill Gates hậu thuẫn đã có giấy phép xây dựng lò thương mại tại Wyoming, song vẫn chưa có công ty nào sở hữu giấy phép vận hành chính thức.

Các chuyên gia dự báo, SMR sớm nhất cũng phải đầu những năm 2030 mới được hòa lưới lần lượt, ban đầu sẽ là các hệ thống có chi phí rất cao. Dù vậy, các tập đoàn công nghệ lớn vẫn rất hào hứng—họ không chỉ ký hợp đồng mua điện mà còn trực tiếp rót vốn cho các startup SMR.

Nhiệt hạch: Tương lai xa, vẫn thu hút đại vốn

Bên cạnh phân hạch, nhiệt hạch cũng lọt vào tầm ngắm của các gã khổng lồ công nghệ.

Khác với phân hạch sử dụng các nguyên tử nặng như uranium để tách nhân thu năng lượng, nhiệt hạch lại hợp nhất các nguyên tử nhẹ thành nguyên tử nặng hơn để tạo ra năng lượng, lý thuyết có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch hầu như vô hạn, không tạo ra phế thải phóng xạ tồn lưu lâu. Tuy nhiên, cách kiểm soát quá trình nhiệt hạch thương mại trên Trái Đất cho đến nay vẫn là một bài toán chưa có lời giải.

Theo Bloomberg, đầu tư tư nhân vào lĩnh vực nhiệt hạch tại Mỹ đã vượt quá 10 tỷ USD. Google rót vốn vào Commonwealth Fusion Systems và ký thoả thuận mua điện từ nhà máy đầu tiên của công ty này. Tuy nhiên, hệ thống nhiệt hạch thương mại có thể còn phải chờ thêm hàng thập kỷ nữa mới thành hiện thực.

Nguồn cung uranium: Nỗi lo âm ỉ của làn sóng hạt nhân

Sự bùng nổ năng lượng hạt nhân quy mô lớn còn đối mặt với một điểm nghẽn ít được chú ý nhưng cực kỳ quan trọng—cung ứng nhiên liệu.

Theo dữ liệu Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA), Mỹ đang ngày càng thiếu hụt uranium, phần lớn uranium làm giàu phải nhập khẩu. Năm 2024, Nga vẫn là nguồn cung cấp nhiên liệu lớn nhất cho các nhà máy điện hạt nhân tại Mỹ, chiếm khoảng 1/5 tổng lượng. Với lệnh cấm nhập uranium từ Nga lấy lý do xung đột Nga-Ukraine, một số doanh nghiệp vẫn tạm được miễn trừ nhưng các miễn trừ này sẽ hết hạn vào năm 2028, nên việc xây dựng chuỗi cung ứng thay thế vô cùng cấp bách.

Hiện Mỹ chỉ có một cơ sở làm giàu uranium quy mô thương mại, do liên doanh giữa Anh-Hà Lan-Đức có tên là Urenco Ltd. vận hành. Tháng 6 năm nay, Urenco đã tuyên bố sẽ tăng công suất nhà máy ở bang New Mexico gần 50%.

Đáng chú ý hơn, nhiều lò SMR đòi hỏi nhiên liệu đặc biệt, không phải nhiên liệu hạt nhân thông thường mà là uranium làm giàu thấp có độ làm giàu cao (HALEU) với tỷ lệ uranium-235 lên đến 20%, hiện chỉ 2 quốc gia sản xuất được quy mô thương mại. Chính quyền Trump tháng 1 năm nay đã phân bổ tổng cộng 1,8 tỷ USD cho startup General Matter do Peter Thiel hậu thuẫn và đơn vị con của Centrus Energy Corp. nhằm xây dựng năng lực sản xuất HALEU tại Mỹ. Tuy nhiên, khoảng cách về thời gian giữa xây dựng chuỗi cung ứng từ con số 0 và tiến độ mở rộng điện hạt nhân thực sự vẫn còn khá lớn.