Năng Lượng Cho Tương Lai

Mai Thanh Truyết, Ph.D.

Năng lượng chúng ta đang tiêu dùng xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau. Từ thiên nhiên, cần phải kễ đến than đá, than bùn, dầu hỏa, và khí thiên nhiên. Do nhân tạo, có nguồn năng lượng từ thủy điện còn được gọi là than trắng, nguồn nguyên tử năng, và năng lượng từ gió và từ ánh sáng mặt trời.

Đối với các tài nguyên thiên nhiên thuôc nhóm thứ nhất, theo ước tính thì khoãng độ 80 năm nữa, các nguồn năng lượng trên sẽ bị cạn kiệt vì con người đã và đang tận dụng tối đa, và với mức độ cấp số nhân nhanh hơn mức tái tạo của thiên nhiên. Do đó ngay từ bây giờ nếu không chuẩn bị để nghiên cứu hay truy tìm những nguồn tài nguyên về năng lượng mới, thế giới sẽ đi dần đến sự tự hủy diệt.

Đối với nguồn năng lượng đến từ nhóm hai, thủy điện đã xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, và đã là nguồn hy vọng cho nhân loại trong một thời gian dài. Từ ban đầu và căn cứ theo hướng suy nghĩ của những nhà khoa học thời bấy giờ thì thủy điện là một nguồn điện năng sạch và toàn hảo vì không tạo ra ô nhiễm môi trường. Do đó, các đập thủy điện được tiếp nối xây dựng ồ ạt từ các quốc gia tân tiến cho đến những quốc gia đang phát triển. Nhưng trong khoãng 20 năm trở lại đây, khoa học gia trên thế giới đã nhận định đúng đắn thảm nạn môi trường do thủy điện gây ra. Đó là, 1- thủy điện đã làm đão lộn hoàn toàn hệ sinh thái của một vùng rộng lớn chung quanh hồ chứa cũng như ở thượng nguồn và hạ nguồn của đập; 2- thủy điện làm giảm thiểu hoặc hủy diệt đa dạng sinh học của toàn vùng; 3- hiệu quả kinh tế của thủy điện hoàn toàn bị đão ngược vì chi phí cần thiết để tái tạo lại môi trường thiên nhiên đã bị đánh mất cao hơn lợi nhuận do việc cung cấp điện năng. Hai thí dụ điển hình minh xác qua trường hợp của hàng chuổi đập thiết lập dọc theo sông Colorado (Hoa kỳ) và Hoàng hà (Trung hoa); và sau hơn vài chục năm khai thác, dòng chảy của hai con sông nầy không còn điểm đến là vịnh Mễ tây cơ và biển Trung hoa nữa. Ở Việt Nam, dù mới khai thác đập thủy điện trong khõang hơn 10 năm nay, nhưng nhiều tác hại đã xảy ra như trường hợp đập Yali đã làm ngập lụt một thành phố ở Cambodia năm 2000 sau khi được khai thác vào năm thứ hai mà thôi.

Tuy nhiên đối với các nước đang phát triển ở Á châu như Trung hoa, Thái lan, Lào, Việt Nam, việc thiết lập các đập thủy điện mới để giải quyết nhu cầu điện năng cho quốc gia trong hiện tại là một việc làm thiếu một tầm nhìn nghiêm chỉnh cho tương lai. Họ không rút tiûa được kinh nghiệm của các quốc gia Tây phương đang trên đà phá vỡ các đập đã xây dựng ngõ hầu tái tạo hệ sinh thái của vùng, đồng thời cũng không học hỏi kinh nghiệm về các tác hại môi trường vì không nghiên cứu tác động môi trường trong kế hoạch thiết lập đập.

Đối với nguồn năng lượng do nguyên tử năng, mức an toàn trong vận hành vẫn là một dấu hỏi lớn và tác hại đến nhân sự và môi trường trong trường hợp tai nạn xảy ra đã làm cho nhiều quốc gia do dự khi quyết định xây dựng thêm nhà máy.. Thêm nữa năng lượng nầy thải hồi nhiều thán khí (carbon dioxide) ảnh hưởng đến tầng ozone của bầu khí quyển và nhất là phế thải nguyên tử vẫn còn là một nan đề chưa giải quyết được của nhân loại.

Trong nhóm nầy chỉ còn lại năng lượng đến từ gió và ánh sáng mặt trời là tương đối an toàn cho chúng ta. Ngoài ra, trong cuộc chiến đấu cho sinh tồn của nhân loại cần phải kễ thêm ngoài năng lượng gió, còn có việc truy tìm nguồn thay thế cho dầu khí, đó là nguồn hóa chất methanol và các chất phế thải gia cư và kỹ nghệ.

Bài viết nầy có mục đích trình bày khái quát bốn triển vọng tương lai cần phải khai triển để chuẩn bị cho nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai: nguồn năng lượng từ gió, ánh sáng, phế thải, và rượu methanol. Đó là bốn nguồn năng lượng sạch vừa giải quyết và thay thế các nguồn năng lượng thiên nhiên sắp bị cạn kiệt, và nhất là bảo vệ môi trường thiên nhiên đồng thời giải quyết một phần nào ô nhiễm môi trường do con người tạo ra.

Nguồn năng lượng từ gió

Đứng trước nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng và các nguồn năng lượng đến từ thiên nhiên có khuynh hướng giãm thiểu dần cũng như nhiều hệ lụy về chính trị và kinh tế qua các việc trao đổi, mua bán nhiên liệu, từ hơn 20 năm trở lại đây máy turbine xử dụng năng lượng từ gió tăng dần. Chính quyền Hoa kỳ trước nguy cơ khủng hoảng năng lượng trong tương lai đã khuyến khích việc xử dụng năng lượng từ gió, do đó đã cho ra nghị định miễn thúê 1,7 xu cho 1 KWH cho 10 năm đầu xử dụng nguồn điện năng nầy. Tính đến năm 2002, lượng điện năng từ gió tăng 10% tức 4.685 MW tương đương với 0.45% lượng điện năng tiêu thụ cho toàn quốc Hoa kỳ là 1 triệu MW. Điện năng đang được tiêu thụ tại đất nước nầy đến từ nhiều nguồn khác nhau theo tỉ lệ sau: Than đá (52%), Nguyên tử năng (21%), Khí thiên nhiên (12%), Dầu hỏa (3%), Nhiệt năng (5%), và 12% còn lại đến từ các nguồn tái tạo khác (renewables) như: Thủy điện (81%), Phế thải gia cư (8%), Biomass (4%), Gió (2%), và Nhiệt điện (geothermal) (5%).Trong lúc đó, tại Aâu châu người Đức đã đi tiên phuông trong việc đẩy mạnh nguồn điện năng từ gió với 12.000 MW, chiếm 4,7% nhu cầu điện của quốc gia nầy. Đan Mạch đạt được 20% nhu cầu điện từ gió. Chi phí xây dựng cho một turbine để có thể cung cấp 1 MW là một triệu Mỹ kim, tương đương từ 4 - 6 xu/KWH. Chi phí nầy tương đương với việc thiết lập turbine chạy bằng nguyên tử năng. Turbine chạy bằng gas tốn khoãng 600.000 Mỹ kim.

Năng lượng đến từ gió là một nguồn năng lượng sạch, không tạo ra thán khí (CO2) , không thải hồi phế thải độc hại và sẽ là một nguồn năng lượng có triển vọng lớn trong những năm sắp đến. Chính quyền thành phố Los Angeles đã dự trù kế hoạch thiết lập 80 turbine gió để sản xuất 120MW ở sa mạc phía đông thành phố trong năm 2004; cũng như chính phủ liên bang Hoa kỳ dự kiến sẽ tăng lượng điện năng nầy lên 20.000 MW vào năm 2020.

Do đó đây là một nguồn năng lượng cần phải phát triển mạnh thêm trong tương lai nhất là đối với các quốc gia có nhiều nguồn gió và đang phát triển.

Nguồn năng lượng từ ánh sáng mặt trời

Tương tự như nguồn năng lượng đến từ gió, công nghệ từ ánh sáng(solar technologies) xử dụng nguồn năng lượng mặt trời để biến cải thành nhiệt năng, điện năng, và ngay cả việc cung cấp năng lượng cho hệ thống làm lạnh nữa. Hàng năm tại Hoa kỳ các tiểu bang ở miền Đông đều có mở hội nghị Thượng đỉnh về Năng lượng Xanh” (Green Power Summit) với mụch đích giới thiệu các công nghệ mới về thiết bị áp dụng năng lượng mặt trời dùng cho đơn vị gia cư, hay các cơ sở nhỏ. (Thượng đỉnh năm nay sẽ diễn ra tại Atlanta (Georgia) vào ngày 3 và 4 tháng 10, 2003).

Đây cũng thể hiện một quan niệm khác biệt giữa Hoa kỳ và Aâu châu trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời. Kễ từ thập niên 60, người Pháp đặc biệt chú trọng đến việc giải quyết sự thiếu hụt năng lượng cho các quốc gia đang phát triển. Họ đã thành công trong việc thiết kế và lắp đặt các hệ thống biến năng lượng thành điện năng cung ứng cho những làng xã có độ 1000 đơn vị gia cư. Các quốc gia vùng trung Mỹ châu đã thừa hưởng thành tựu nầy nhiều nhất vì dễ lấp ráp và chi phí tương đối rẽ.

Đôí với các quốc gia có bờ biển dài, hay thuộc vùng nhiệt đới trong đó có Việt Nam, hệ thống thiết bị năng lượng nầy sẽ có tiềm năng lớn để giải quyết nhu cầu thiếu hụt năng lượng cho tương lai.

Nguồn năng lượng từ chất phế thải

Trong thiên nhiên, than đá, dầu hỏa, các túi dầu trong đất liền hay dưới lòng đại dương là kết quả của một quá trình biến đổi lâu dài các hợp chất hữu cơ trong đó có các nguyên tố căn bản là carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), và lưu huỳnh (S). Do đó các chất phế thải gia cư hay kỹ nghệ (trừ phế thải nguyên tử) cũng có thể được biến đổi thành năng lượng. Làm được việc trên, sẽ giải quyết được hai vấn nạn là ô nhiễm môi trường (đất, không khí, nước ngầm), và sự thiếu hụt các nguồn năng lượng trong thiên nhiên trên thế giới.

Trong giai đoạn hiện tại, công nghệ nầy đã được Hoa kỳ ứng dụng và giải quyết khoãng 1% trên tổng số năng lượng cần thiết cho toàn quốc. Có hai trường phái chính trong công cuộc biến cải phế thải thành năng lượng. Các quốc gia Aâu châu mà đại diện là Pháp quốc có khuynh hướng đốt tất cả phế thải và chuyển biến nhiệt năng thành điện năng đặc biệt nhà máy ở trên một ốc đảo của sông Gironde (Bordeaux) là một nhà máy biến rác lớn nhất của nước nầy.

Riêng tại Hoa kỳ, các khoa học gia có những tiếp cận có tính cách toàn cầu và có một viễn kiến rộng lớn hơn: đó là biến phế thải (rác) thành dầu khí với mục đích ngoài việc tạo thêm năng lượng mà còn làm giảm thiểu mức hâm nóng toàn cầu. Công ty Changing World Technologies (Philadelphia) là một công ty tiên phong trong vấn đề nầy. Theo Brian Appel, Tổng giám đốc của công ty thì chi phí sản xuất một thùng dầu thô 55 gallon chỉ tốn khoãng 15 US$. Trong tương lai chi phí nầy có thể giảm xuống còn 10 US$. Đây là một sáng kiến có triển vọng lớn nhất trong các khuynh hướng truy tìm năng lượng mới cho thế giới.

Nguồn năng lượng từ Methanol (rượu methylic)

Con người đã và đang tiêu thụ cũng như làm cạn kiệt dần nguồn tài nguyên do quà tặng của thiên nhiên, nhất là sau cuộc cách mạng kỹ nghệ vào cuối thế kỷ 19. Đối với các nguồn năng lượng đang được xử dụng hiện tại, nguyên tố carbon trong các nguyên liệu trên sẽ biến thành thán khí (CO2) và hydrogen sẽ thành nước (H2O) . Thán khí là một yếu tố căn bản tạo ra sự hâm nóng toàn cầu do con người tạo dựng ra, vì thế con người cũng phải có bổn phận phải giaỉ quyết vấn đề nầy. Mặt khác, hydrogen được sản xuất từ sự điện ly (electrolysis) nước. Nếu cho hydrogen tác hợp với thán khí, chúng sẽ cho ra rượu methanol ( CH3OH). Đây là một dung dịch không màu, bốc hơi ở 64,70C do đó dễ bảo quản. Chất nầy dễ dàng được biến đổi qua sự thủy phân để thành khí ethylene (CH2= CH2). Và chất sau cùng là chất căn bản trong công nghệ chất dẽo để chế tạo ra hầu hết các loại plastic và những hợp chất hữu cơ khác cho nhu cầu kỹ nghệ.

Trong hiện tại, nguyên liệu ethylene được cung cấp qua việc chưng cất dầu hỏa và trong một tương lai không xa như đã nói trên công nghệ nầy sẽ không còn khả năng đáp ứng việc cung cấp nguồn ethylene nữa. Như vậy, nếu dự kiến công nghệ sản xuất methanol được lưu tâm đến thì vấn nạn hâm nóng toàn cầu sẽ được giải quyết từng phần qua việc xử dụng nguồn thán khí thải hồi, đồng thời cung cấp thêm nguyên liệu cho công nghệ chất dẽo, một công nghệ có tầm quan trọng hàng đầu cho thế giới.

Một giải pháp thứ năm ngoài bốn giải pháp trên cũng đả được nhiều đại công ty ở Hoa kỳ đang áp dụng, đó là giải pháp phối hợp giữa năng lượng điện và nhiệt năng (Combined heat and power - CHP). Tiến trình sản xuất địện phóng thích ra nhiệt năng (đã được thải hồi vào không khí trước kia), ngày nay lượng nhiệt năng nầy đã được thu hồi và biến cải thành điện năng trở lại. Giải pháp nầy có thể làm giảm thiểu được mức xử dụng điện năng từ 30% đến 85%. Các công ty hóa chất trên Hoa kỳ đã áp dụng phương pháp nầy và đã tiết kiệm được 77.500 MW (trong năm 2001), Mức năng lượng nầy tương đương với 9% lượng điện năng cần thiết cho đất nước nầy.

Kết luận

Trên đây là những suy nghĩ đã được khơi mào để đóng góp vào: 1- Việc hạn chế hiệu ứng lồng kín, và sự hâm nóng toàn cầu theo tinh thần của Nghị định thư Kyoto 1997; 2- Giải quyết ô nhiễm môi trường do việc gia tăng dân số và phát triển xã hội của các quốc gia trên thế giới; 3- Và nhất là để bổ túc vào sự thiếu hụt năng lượng trên thế giới trong tương lai khi các nguồn năng lượng trong thiên nhiên sắp bị cạn kiệt.

Các quốc gia trên thế giới hiện đang đứng trước 3 vấn nạn chính: - Nhu cầu năng lượng để phát triển kinh tề và cân bằng mức gia tăng dân số; - Nhu cầu gia tăng phúc lợi của người dân; -Và nhu cần giải quyết ô nhiễm môi trường qua việc gia tăng phát triển.

Đối với các quốc gia có trình độ phát triển và kỹ thuật cao, ba nhu cầu trên đã được giải quyết và họ đang đi dần đến những công nghệ “sạch” trong phát triển cộng thêm viễn kiến lớn hướng về tương lai để thay thế một số nguồn năng lượng không còn thích hợp trong việc bảo vệ môi trường.

Đối với các quốc gia đang phát triển trong đó có Việt Nam, hiện đang phải tập trung vào nhu cầu đầu tiên, nghĩa là cần phải gia tăng phát triển để vứa giải quyết việc gia tăng dân số vừa cố gắng thâu ngắn cách biệt giàu nghèo so với các nước đã phát triển, do đó họ không có điều kiện hay không cố gắng tạo điều kiện để thực hiện hai nhu cầu sau. Vì lý do đó, triển vọng hội nhập vào cuộc chơi toàn cầu hóa của thế giới vẫn còn xa vời. Và vô hình chung, chính họ đã hướng dẫn đất nước họ vào con đường bế tắc do việc phát triển không đồng bộ, vô tổ chức, thiếu kế hoạch đúng đắn và dài hạn gây ra, trong đó việc xem thường công cuộc bảo vệ môi trường là một trong những nguyên nhân chính yếu.

Tương lai của mỗi quốc gia đều nằm trong tầm tay của những người nắm quyền bính, và chỉ có họ với tầm nhìn xa mới có khả năng đưa đất nước cất cánh đi lên. Xin đừng ù lì dậm chân tại chỗ, thụ động mong chờ viện trợ đến từ bên ngoài, cũng như tận tình hủy hoại đất nước như đã xảy trong quá khứ vàhiện tại.

Mai Thanh Truyết

West Covina, 10/2003