Điểm bùng phát của năng lượng hạt nhân thế hệ mới: Meta và các nhà siêu quy mô bắt đầu hợp tác với TerraPower của Bill Gates, Oklo được Sam Altman hậu thuẫn, và nhiều hơn nữa

Chris Levesque đã dành cả sự nghiệp trong ngành công nghiệp hạt nhân với vai trò vận hành tàu ngầm Hải quân và là giám đốc điều hành của một công ty hạt nhân thương mại trước khi gia nhập startup TerraPower của Bill Gates cách đây một thập kỷ, chỉ để nhận ra rằng “tôi không biết thế nào là đổi mới sáng tạo.”

Video đề xuất

Ngành công nghiệp hạt nhân trầm lặng đã trì trệ suốt nhiều thập kỷ khi khí tự nhiên và năng lượng tái tạo chiếm ưu thế trong ngành điện lực, ngành này e ngại hạt nhân vì các vấn đề an toàn và lịch sử chi phí vượt dự kiến đáng kể. Trong gần 30 năm qua, dự án mở rộng lớn duy nhất của Mỹ là dự án Vogtle ở Georgia, kéo dài 15 năm và tiêu tốn hơn 35 tỷ đô la—gấp hơn đôi so với ngân sách và thời gian dự kiến ban đầu. Thử thách này hầu như không tạo ra hứng thú cho các dự án mở rộng hơn nữa.

“Lịch sử an toàn của ngành hạt nhân Mỹ rất tốt, nhưng nó đã tạo ra một văn hóa mà bạn gần như bị trừng phạt nếu đổi mới,” CEO TerraPower Levesque nói. “Chúng tôi được thưởng khi làm mọi thứ giống như lần trước, có thể tốt hơn 1%. Nhưng đừng có làm gì khác biệt!”

Khi Levesque gia nhập TerraPower từ Westinghouse, một tên tuổi lớn trong ngành công nghiệp hạt nhân, ông nhận thấy một công ty có tư duy khác biệt: Điều gì tự nhiên cho phép? Điều gì khoa học cho phép?

Gần bảy thập kỷ sau khi nhà máy điện hạt nhân đầu tiên đi vào hoạt động tại Mỹ, chúng ta có thể đang chứng kiến một bước ngoặt quan trọng của ngành khi thế hệ mới của các lò phản ứng nhỏ mô-đun (SMRs), cùng với nhu cầu tăng cao từ các trung tâm dữ liệu AI tiêu thụ nhiều năng lượng, và quy trình cấp phép nhanh hơn của chính quyền Trump, hội tụ để tạo tiền đề cho “sự hồi sinh hạt nhân Mỹ tiếp theo” mà Bộ trưởng Năng lượng Chris Wright ca ngợi.

Tháng 1, Meta hợp tác với TerraPower của Gates và Oklo do Sam Altman hậu thuẫn để phát triển khoảng 4 gigawatt dự án SMR kết hợp—đủ để cung cấp năng lượng cho gần 3 triệu hộ gia đình—cho “năng lượng sạch, đáng tin cậy” cho cả trung tâm AI Prometheus dự kiến của Meta ở Ohio và các nơi khác.

Các nhà phân tích xem Meta là bước khởi đầu cho nhiều hợp đồng xây dựng hạt nhân của các tập đoàn công nghệ lớn hơn—không chỉ các thỏa thuận với các nhà máy hiện có hoặc các dự án khởi động lại như Three Mile Island do Microsoft hậu thuẫn hiện nay.

“Đó là cú bắn đầu tiên,” Dan Ives, trưởng bộ phận nghiên cứu công nghệ của Wedbush Securities, nói về các thỏa thuận của Meta. “Tôi sẽ rất ngạc nhiên nếu tất cả các công ty công nghệ lớn không có kế hoạch tham gia vào lĩnh vực hạt nhân vào năm 2026, dù là hợp tác chiến lược hay mua lại.”

Ives chỉ ra rằng hiện có nhiều trung tâm dữ liệu đang xây dựng hơn số trung tâm dữ liệu hoạt động tại Mỹ. “Tôi tin rằng năng lượng sạch dựa trên hạt nhân sẽ là câu trả lời,” ông nói. “Tôi nghĩ năm 2030 là mốc quan trọng để đạt quy mô nhất định và bắt đầu kỷ nguyên hạt nhân mới ở Mỹ.”

Các SMR nhỏ hơn có thể được xây dựng chỉ trong vòng ba năm thay vì một thập kỷ như các nhà phản ứng lớn truyền thống. Và chúng có thể mở rộng, từng hoặc hai nhà phản ứng mô-đun một lúc, để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng từ các ‘hyperscalers,’ các công ty xây dựng và vận hành trung tâm dữ liệu.

“Nếu hạt nhân không xảy ra, sẽ có rủi ro lớn,” Jacob DeWitte, chủ tịch kiêm CEO của Oklo, nói với Fortune, nhấn mạnh nhu cầu về năng lượng không phát thải và điện năng ổn định để đáp ứng nhu cầu tăng vọt.

“Các hyperscalers, với vai trò là người tiêu thụ năng lượng cuối cùng, đang nhìn vào lĩnh vực này và thấy thị trường là có thật. Họ có thể đóng vai trò lớn trong việc giúp hiện thực hóa điều đó,” DeWitte nói, trong phong cách nói nhanh, kiểu startup của Silicon Valley. “Chúng ta đang ở một thời điểm mà cuối cùng chúng ta thấy sự hội tụ của đổi mới trong ngành để làm mọi thứ khác đi—điều này gần như lần đầu tiên kể từ khi năng lượng hạt nhân ra đời.”

Làm cho hạt nhân phát triển trở lại

Nhờ sự bùng nổ khai thác đá phiến, sản xuất điện từ khí tự nhiên đã chiếm lĩnh ngành điện lực phần lớn thế kỷ này, hiện chiếm hơn 40% lưới điện Mỹ. Nhưng với giá khí tăng cao và các đơn hàng turbine khí chu trình hỗn hợp bị chậm trễ, các hyperscalers đang tìm kiếm các giải pháp thay thế, và lý tưởng nhất là các giải pháp sạch hơn cho nhu cầu năng lượng dài hạn của họ.

Gió và năng lượng mặt trời, chiếm hơn 15% sản lượng điện của lưới, đã trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các hyperscalers. Tuy nhiên, các khoản trợ cấp liên bang đang kết thúc và các thuế quan càng làm tăng chi phí.

Vì vậy, năng lượng hạt nhân—chiếm dưới 20% lưới điện—đang quay trở lại nhờ công nghệ mới, sự ủng hộ ngày càng bipartisan, và quy trình cấp phép dễ dàng hơn. Và với dự báo nhu cầu điện của Mỹ có thể tăng từ 50% đến 80% từ 2023 đến 2050, nhu cầu về các nguồn năng lượng khác là rất cấp thiết.

“Ngành công nghiệp điện nói chung hoạt động theo chu kỳ thời gian chậm hơn so với ngành công nghệ, và hai ngành này đang va chạm mạnh vào nhau ngay bây giờ,” Levesque nói với Fortune về cuộc đua hạt nhân để đáp ứng nhu cầu của AI. Ông khẳng định các SMR của mình sẽ cạnh tranh về mặt kinh tế với điện khí.

TerraPower hiện đang xây dựng nhà máy SMR hạt nhân 345 megawatt đầu tiên tại Wyoming—nhà máy Kemmerer Power Station. Dự kiến hoàn thành vào năm 2030 và bắt đầu cung cấp điện cho lưới điện vào năm 2031.

Thỏa thuận mới của công ty với Meta yêu cầu hai nhà phản ứng đi vào hoạt động sớm nhất là năm 2032, cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu tại một địa điểm chưa xác định. Thỏa thuận còn bao gồm tùy chọn thêm sáu nhà phản ứng mô-đun hỗ trợ hoạt động của Meta—có thể lên tới tám nhà phản ứng tổng cộng 2,8 gigawatt.

“Đó đang định hình đơn hàng của chúng tôi,” Levesque nói về thỏa thuận với Meta. “Chúng tôi còn đang có các cuộc thảo luận khác nữa, và chúng tôi cố gắng mở rộng quy mô nhanh nhất có thể,” ông nói, lưu ý rằng công ty dự kiến sẽ có khoảng một chục nhà máy đang xây dựng khi nhà máy Wyoming đi vào hoạt động năm 2031. “Một số trong số đó có thể là các đơn vị của Meta.”

Hợp tác với các ‘hyperscalers’ trong ngành công nghệ

Oklo, được thành lập năm 2013 bởi vợ chồng Jacob và Caroline DeWitte, dự định bắt đầu xây dựng nhà phản ứng hạt nhân đầu tiên trong năm nay tại Pike County, Ohio—cách trung tâm dữ liệu “Prometheus” của Meta ở New Albany, Ohio khoảng 85 dặm. Các nhà phản ứng đầu tiên dự kiến đi vào hoạt động sớm nhất là năm 2030, với nhà máy “powerhouse” mở rộng dần lên tới 1,2 gigawatt điện trên diện tích 200 mẫu Anh vào năm 2034.

Trong khi đó, Oklo đã xây dựng nhà phản ứng thương mại đầu tiên—gọi là Aurora Powerhouse—với sự hợp tác của Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho của Bộ Năng lượng như một phần của Chương trình Thí điểm Nhà phản ứng Hạt nhân do lệnh hành pháp của Nhà Trắng tạo ra. Có 11 dự án như vậy đang trong quá trình phát triển và Oklo có ba trong số đó. Không công ty nào khác có nhiều hơn một dự án. Aurora dự kiến đi vào hoạt động vào năm 2027 hoặc 2028.

“Rõ ràng, Idaho là nơi đầu tiên, nhưng Ohio là nơi chúng tôi dự định xây dựng một hiện diện khá lớn,” DeWitte nói. “Chúng tôi sẽ xây dựng nhiều hơn nữa ở đó. Chúng tôi rất mong muốn định vị để thực sự tăng cường và đặt nền móng vững chắc, bắt đầu xây dựng ở đó.”

Đây là một cột mốc quan trọng đối với DeWitte, người gặp nhau tại khoa kỹ thuật hạt nhân của Viện Công nghệ Massachusetts. Ông đến từ môi trường hạt nhân New Mexico, còn cô lớn lên quanh công nghệ dầu khí ở Oklahoma.

Họ gặp Sam Altman cùng năm thành lập Oklo, khi Altman còn làm việc tại nhà ươm tạo startup Y Combinator và chưa bắt đầu OpenAI. Họ nhanh chóng trở thành bạn bè thân thiết, đặc biệt vì Altman tin vào sự tăng trưởng nhu cầu năng lượng và cần có năng lượng sạch, thế hệ mới của hạt nhân.

Altman trở thành nhà đầu tư, gây quỹ và giữ chức chủ tịch của Oklo từ 2015 đến tháng 4 năm 2025—năm 2024, Oklo chính thức niêm yết. Altman vẫn giữ gần 4% cổ phần, nhưng không còn đứng đầu hội đồng quản trị nữa—động thái này nhằm giúp Oklo ký nhiều hợp đồng hơn với các hyperscalers cạnh tranh với OpenAI.

“Các hyperscalers thực sự là những đối tác tốt để giúp xây dựng nguồn điện mới và đưa vào lưới điện sớm hơn, vì họ sẵn sàng di chuyển nhanh hơn và mang theo nguồn lực,” DeWitte nói. “Điều đó giúp tất cả chúng ta giảm thiểu rủi ro dự án, đảm bảo nó được xây dựng, từ đó đưa điện năng trực tuyến sớm hơn. Điều này tăng công suất, rất tốt, nhưng cũng giúp chúng tôi giảm chi phí để xây dựng nhiều nhà máy hơn.”

Hiện Oklo có vốn hóa thị trường trên 11 tỷ đô la, tăng gần 50% trong 12 tháng bất chấp biến động lớn.

Cách hoạt động của nó

Các nhà máy hạt nhân truyền thống, đã thử và đúng, thường hoạt động với các loại lò phản ứng nước nhẹ—dùng nước bình thường để tạo áp lực và làm mát phản ứng.

TerraPower và Oklo đều sử dụng các phiên bản khác nhau của các lò phản ứng làm mát bằng natri thay vì nước. Natri truyền nhiệt tốt hơn, và hệ thống áp suất thấp của chúng yêu cầu ít hệ thống bảo vệ hơn. Sau cùng, phần lớn chi phí của nhà máy hạt nhân là cho lượng lớn bê tông và thép cần thiết để chứa đựng phản ứng.

Levesque cho biết thép, bê tông và lao động trên mỗi megawatt gấp hơn hai lần so với hệ thống natri của TerraPower—gọi là natrium.

“Đây vẫn là phân rã hạt nhân. Chúng tôi vẫn đang phân tách các nguyên tử uranium để giải phóng nhiệt, rồi tạo ra điện bằng turbine,” Levesque nói. “Nhưng chúng tôi đang chuyển sang một nhà máy làm mát bằng kim loại lỏng—natri—thay vì nước, giúp chúng tôi có một nhà máy áp suất thấp, nghĩa là mọi thứ trong nhà máy nhẹ hơn—các thành phần nhẹ hơn, ít ống hơn, ít bê tông và thép hơn.”

Thiết kế natri cũng tận dụng các hệ thống ống khói làm mát bằng không khí để giữ an toàn cho phản ứng khi tắt, thay vì phải phụ thuộc vào hệ thống điện và nước từ xa để xử lý các tình huống khẩn cấp.

Nga, Trung Quốc và Ấn Độ đã tích cực hơn trong việc theo đuổi các dự án phản ứng làm mát bằng natri trong nhiều năm, nhưng Mỹ hiện đang bắt kịp.

Các thiết kế natri dựa trên các mẫu cũ của Argonne National Lab’s Experimental Breeder Reactor-II (EBR-II) ở Idaho, đã chứng minh rằng phản ứng nhanh làm mát bằng natri có thể hoạt động. Nhưng đến lúc đó, các phản ứng nước truyền thống đã được chấp nhận rộng rãi, và không ai thương mại hóa rủi ro khác—cho đến bây giờ.

“Thẳng thắn mà nói, ngành đã quen làm mọi thứ rất đắt đỏ vì có thể,” DeWitte nói.

TerraPower còn tích hợp lưu trữ năng lượng muối nóng chảy, hoạt động như một “pin nhiệt” để lưu trữ năng lượng dư thừa có thể được sử dụng khi nhu cầu điện tăng đột biến. Levesque lập luận rằng điều này loại bỏ nhu cầu các nhà máy phát điện peaker dùng khí đốt thường dùng để bổ sung điện trong các đợt cao điểm.

Hai phản ứng của TerraPower cung cấp 690 megawatt điện nền tảng, nhưng Levesque nói rằng việc bổ sung lưu trữ cho phép họ phát ra tới 1 gigawatt điện có thể điều chỉnh, vào những ngày nóng nhất hoặc khi các nhà máy khác gặp sự cố.

Ngoài các vật tư xây dựng và lao động, một khoản chi phí lớn khác của các nhà máy là uranium làm giàu, đặc biệt khi Nga chiếm gần một nửa thị trường uranium làm giàu toàn cầu.

Mỹ đang tích cực xây dựng chuỗi cung ứng uranium của riêng mình—từ khai thác đến chế biến—nhưng Oklo cũng tập trung vào tái chế nhiên liệu hạt nhân để cuối cùng loại bỏ phần lớn các mối lo ngại đó. Chỉ khoảng 5% năng lượng của nhà máy phản ứng được sử dụng, có nghĩa là nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng có thể được tái chế.

Oklo đang phát triển công nghệ chế tạo nhiên liệu và xây dựng một nhà máy tái chế nhiên liệu hạt nhân trị giá 1,7 tỷ đô la tại Oak Ridge, Tennessee, dự kiến đi vào hoạt động sớm nhất là năm 2030. Tất nhiên, công nghệ này vẫn cần được hoàn thiện.

Oklo có thể sử dụng plutonium làm nhiên liệu trung gian và, trong khi chờ đợi, còn có hợp tác với công ty dịch vụ dầu khí cũ của Bộ trưởng Wright, Liberty Energy, để cung cấp điện khí tạm thời cho các trung tâm dữ liệu cho đến khi SMRs của Oklo mở rộng quy mô.

“Tái chế là yếu tố thay đổi cuộc chơi lớn theo nhiều cách vì nó cho phép bạn mở rộng nguồn tài nguyên đáng kể,” DeWitte nói. “Với tái chế, ‘kho dự trữ uranium’ của Mỹ có thể cung cấp năng lượng cho đất nước hơn 150 năm.”

Lo ngại về quy định gia tăng

Sự hồi sinh của ngành công nghiệp hạt nhân, và cách nó diễn ra, chưa được tất cả hoan nghênh nhiệt liệt.

Mục tiêu của Nhà Trắng là mở rộng đáng kể khả năng hạt nhân của Mỹ từ khoảng 100 gigawatt hiện nay lên 400 gigawatt vào năm 2050—đủ để cung cấp năng lượng cho gần 300 triệu hộ gia đình (hãy nhớ rằng hiện có khoảng 150 triệu hộ gia đình trên toàn quốc).

Để đạt mục tiêu tham vọng này và thúc đẩy phát triển các công nghệ hạt nhân thế hệ mới, chương trình nhà phản ứng mới của Trump kết hợp với việc sửa đổi luật an toàn hạt nhân liên bang—đưa nhiều trách nhiệm hơn về Bộ Năng lượng thay vì Ủy ban Quản lý Năng lượng Nguyên tử.

Bộ Năng lượng cho rằng họ đang loại bỏ các quy định thừa thãi mà không làm giảm an toàn. Nhưng trong khi có thật sự quá nhiều thủ tục hành chính gây cản trở, Liên minh các Nhà khoa học Lo lắng (UCS) và các tổ chức bên ngoài khác vẫn lo ngại rằng an toàn đang bị bỏ qua để phục vụ cuộc đua AI toàn cầu.

“Bộ Năng lượng không chỉ dùng búa tạ để phá vỡ các nguyên tắc cơ bản của việc quản lý hạt nhân hiệu quả, mà còn làm điều đó trong bóng tối, giữ cho công chúng không hay biết,” Edwin Lyman, giám đốc an toàn năng lượng hạt nhân của UCS, phát biểu. “Những nguyên tắc lâu đời này đã được xây dựng qua nhiều thập kỷ và rút ra bài học từ các thảm họa đau thương như Chernobyl và Fukushima.”

Dù có những lo ngại, Oklo, Antares Nuclear, Natura Resources và các startup khác trong chương trình thí điểm phản ứng vẫn tiếp tục tiến về phía trước, khẳng định các dự án của họ nhỏ hơn và an toàn hơn nhiều so với các thảm họa trong quá khứ xảy ra ở Liên Xô cũ và Nhật Bản.

Bộ Năng lượng vừa cấp phép sơ bộ an toàn cho phản ứng thử nghiệm Mark-0 của Antares dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong mùa hè này tại Idaho.

Tháng 2, Natura ký hợp đồng phát triển dự án phản ứng 100 megawatt để cung cấp năng lượng cho các cơ sở khai thác dầu khí và xử lý nước ở Permian Basin, Tây Texas. Natura cũng có dự án phản ứng của Bộ Năng lượng tại Đại học Christian Abilene, Texas.

Ở nơi khác, Kairos Power đang xây dựng phản ứng thử nghiệm của Bộ Năng lượng tại Oak Ridge, Tennessee, nhưng cũng có kế hoạch phát triển 500 megawatt SMR cho Google vào năm 2035 tại Tennessee, Alabama và các địa điểm khác. Amazon hậu thuẫn x-Energy dự định xây dựng 5 gigawatt SMR vào năm 2039, trong đó khoảng 1 gigawatt ở bang Washington.

Nhưng cuộc cách mạng hạt nhân tiềm năng này không chỉ xoay quanh các công nghệ SMR khác nhau. Với sự hỗ trợ của chính quyền Trump, nhà phát triển hạt nhân truyền thống Westinghouse đang xây dựng 10 nhà máy AP1000 đã được cấp phép trước—cùng loại với Vogtle—đến năm 2030, mỗi nhà có công suất 1,1 gigawatt.

Ngay cả DeWitte cũng thừa nhận rằng cần có cả nhà phản ứng lớn và nhỏ.

“Tôi không thích tranh luận nhỏ hay lớn,” ông nói. “Nhà phản ứng lớn đóng vai trò quan trọng trong một số khu vực. Nó gặp khó khăn trong việc phân bổ vốn. Các nhà phản ứng nhỏ cần ít vốn hơn, nên dễ huy động hơn, và xây nhanh hơn vì nhỏ hơn. Chúng có thể lặp lại nhanh hơn, cả về chi phí lẫn thời gian. Điều này rất quan trọng vì chu kỳ học hỏi quan trọng, và chúng tích tụ theo thời gian.”