Công ty khởi nghiệp Fusion Helion đã được trao 175 triệu đô la tài trợ liên bang để nghiên cứu, phát triển và sản xuất chất bán dẫn tiên tiến và điện tử công suất cho các nhà máy điện nhiệt hạch của mình, công ty đã công bố hôm thứ Năm.

Hiện tại, những thiết bị đó mất khoảng 5% đến 10% lượng điện chạy qua chúng. Mặc dù những tổn thất đó có vẻ nhỏ nhưng chúng có thể tự gộp lại thành một hệ thống phức tạp như của Helion.

David Kirtley, đồng sáng lập và Giám đốc điều hành tại Helion, nói với TechCrunch: “Nếu chúng tôi có thể cắt giảm tổn thất đó một nửa, thì đó thực sự là gấp đôi sản lượng điện của hệ thống nhiệt hạch”.

Helion đang chạy đua để hoàn thành nhà máy điện đầu tiên của mình, Orion, kịp thời hạn cung cấp điện từ lưới điện cho Microsoft vào năm 2028. Nguồn tài trợ từ giải thưởng sẽ giúp Helion xây dựng mô-đun bán dẫn tự động, khả năng đóng gói và thử nghiệm để cung cấp cho máy nhiệt hạch hiện đang được xây dựng.

Dây chuyền sản xuất mới, được xây dựng tại Bang Washington, sẽ là dây chuyền đầu tiên ở Hoa Kỳ sản xuất một loại chất bán dẫn không chỉ được sử dụng trong năng lượng nhiệt hạch mà còn trong sản xuất, xử lý nước thải, y học và quốc phòng.

Kirtley nói: “Hiện tại không có nhà sản xuất nào của Hoa Kỳ làm được điều đó. “Điều này hoàn toàn cho phép đi từ 0 đến 100 đối với các chất bán dẫn xung, điện áp cao và tiên tiến tại Hoa Kỳ.”

Nguồn vốn mới

Giải thưởng kéo dài ba năm được Bộ Thương mại đưa ra theo Đạo luật CHIPS, một đạo luật thời Biden nhằm tìm cách thúc đẩy hoạt động nghiên cứu, phát triển và sản xuất mô-đun bán dẫn ở Hoa Kỳ. Bên cạnh nguồn tài trợ của liên bang, Helion cũng đã công bố khoản đầu tư tư nhân mới trị giá 50 triệu USD, mặc dù không tiết lộ nhà đầu tư. Tổng cộng, Helion đã huy động được hơn 3,2 tỷ USD, trở thành công ty khởi nghiệp nhiệt hạch được tài trợ tốt thứ hai.

Kirtley nói với TechCrunch rằng hơn 100 triệu USD sẽ được dành cho R&D chất bán dẫn và bao bì tiên tiến ở Bang Washington, trong khi khoảng 80 triệu USD sẽ hỗ trợ các nỗ lực R&D ở Vermont để phát triển quy trình, thiết kế và công cụ bán dẫn tiên tiến với GlobalFoundries. Riêng GlobalFoundries đã nhận được hơn 80 triệu USD từ chính phủ liên bang để thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn gallium-nitride, một loại được sử dụng rộng rãi trong điện tử công suất.

Kirtley thừa nhận rằng hoạt động R&D do giải thưởng tài trợ sẽ không đến được Orion kịp thời điểm ra mắt – các hợp đồng liên bang có thể mất nhiều tháng để đàm phán – nhưng ông cho biết họ hứa sẽ giúp cải thiện hiệu suất của các nhà máy điện Helion tiếp theo, giúp cải thiện khả năng cạnh tranh của họ trong thị trường điện cạnh tranh.

Hiệu quả là tất cả

Hiệu suất bán dẫn là chìa khóa cho phương pháp nhiệt hạch của Helion, thu điện trực tiếp từ các phản ứng nhiệt hạch thay vì sử dụng chúng để làm nóng hơi nước làm quay tua-bin.

Công ty khởi nghiệp này đang phát triển một lò phản ứng được gọi là cấu hình đảo ngược trường. Nhiên liệu nhiệt hạch được phun vào cả hai đầu của buồng giống đồng hồ cát, nơi nó được nung nóng để tạo thành plasma. Sau đó, các plasma được gia tốc về phía nhau bằng từ trường. Khi chúng va chạm, một từ trường khác sẽ nén quả bóng thêm nữa, nâng nhiệt độ lên hơn 100 triệu độ C.

Ở nhiệt độ và áp suất đó, các nguyên tử trong nhiên liệu nhiệt hạch bắt đầu hợp nhất, giải phóng năng lượng trong quá trình này và đẩy plasma ra ngoài. Lực này chống lại từ trường và năng lượng đó bị nam châm và tụ điện thu giữ rồi biến thành điện năng - hãy nghĩ đến cách một chiếc ô tô hybrid hoặc xe điện sạc lại pin bằng cách sử dụng động cơ điện để làm chậm xe.

Helion cho biết cách tiếp cận đó, được gọi là chuyển đổi năng lượng trực tiếp, sẽ giúp các lò phản ứng trong tương lai sản xuất nhiều năng lượng hơn mức chúng cần để vận hành, một cột mốc mà bất kỳ nhà máy điện nhiệt hạch nào cũng phải đạt được nếu muốn có khả năng thương mại hóa. Điện tử công suất hiệu quả là một phần quan trọng của quá trình.

Kirtley cho biết: “Một trong những bộ phận hỗ trợ công nghệ của chúng tôi cho phép chúng tôi thực hiện việc thu hồi điện trực tiếp này - đưa điện vào phản ứng tổng hợp và ở hiệu suất rất cao, phục hồi ở tốc độ cao - là chất bán dẫn hiện đại”. “Chúng tôi sẽ đưa điều đó lên một tầm cao mới ở đây, tăng hiệu quả.”

Lĩnh vực năng lượng không phải là lĩnh vực duy nhất mà các thiết bị điện tử công suất tiên tiến có thể tạo ra tác động. Xe điện được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Điện tử tiêu dùng cũng có thể được hưởng lợi, mặc dù nhu cầu về kích thước và điện năng thấp hơn Helion.

Ngành công nghiệp quốc phòng có thể sẽ là một ngành được hưởng lợi khác. Vũ khí năng lượng đã thu hút được sự quan tâm mới khi máy bay không người lái tràn ngập chiến trường và áp đảo các vũ khí phòng không hiện có. Bill Frauenhofer, người lãnh đạo đầu tư và đổi mới chất bán dẫn tại Bộ Thương mại, thừa nhận trong một thông cáo báo chí rằng giải thưởng sẽ giúp “chuyển đổi và cung cấp năng lượng cho các ứng dụng quan trọng trong quốc phòng, truyền tải lưới điện và sản xuất năng lượng tiên tiến”.

Bất chấp tiềm năng về các hợp đồng quốc phòng, Kirtley cho biết Helion vẫn tập trung vào việc đưa điện vào lưới điện. Ông nói: “Cung cấp năng lượng trong nước, an ninh quốc gia thông qua sự thống trị về năng lượng và an ninh năng lượng – đó là trọng tâm chính của chúng tôi”.