Khi cả thế giới chạy đua theo hướng chuyển đổi năng lượng, khắp nơi quay lưng lại với nhiên liệu hóa thạch, chúng ta hãy cùng điểm mặt một số công nghệ năng lượng tái tạo chủ chốt và xem xét liệu chúng có thực sự bền vững hay không.
Mục đích bài viết không phải là để chỉ trích, vì rõ ràng, một hỗn hợp gồm tất cả các loại năng lượng là rất đáng mơ ước, và năng lượng tái tạo, cũng như hạt nhân mang lại các lựa chọn phát điện sạch hơn nhiều so với nhiều nguồn phát điện khác.
Tuy nhiên, trên lộ trình tăng tốc đạt mục tiêu phát thải khí nhà kính bằng 0, một điều sống còn mà chúng ta không được quên là kiểm tra tất cả các khía cạnh của chuỗi giá trị năng lượng tái tạo, giảm thiểu càng nhiều tác động đến môi trường và con người càng tốt.
Ảnh – www.freepik.com
Điện mặt trời bền vững như thế nào?
Các tấm pin mặt trời (PV) đã cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng, mang lại lợi ích khử các-bon lớn trên diện rộng. Song, không chỉ đơn giản là dựng các tấm pin và chờ mặt trời chiếu sáng, chúng ta phải xem xét các tấm PV do đâu mà có và một khi vòng đời của chúng kết thúc, điều gì sẽ xảy ra.
Theo Renenergy Hub – nhà cung cấp và cố vấn các giải pháp công nghệ cho thị trường năng lượng và các-bon, để tạo ra một tấm pin mặt trời, bắt buộc phải có một số thành phần như bạc, đồng, niken, amorphous silicon, cadmium telluride và copper indium gallium selenideone. Quá trình hoá học chiết tách các chất này sẽ dẫn đến phát thải.
Trong quá trình sản xuất các tấm pin mặt trời, người ta sử dụng Polysilicon – một vật liệu bán dẫn được tinh chế từ thạch anh – sản phẩm đá đặc sau khi sa thạch bị nghiền nát giữa các mảng kiến tạo. Loại vật liệu này được nung trong lò nướng khổng lồ và được xử lý bằng hóa chất đến khi ngưng tụ thành những thỏi polysilicon gần như tinh khiết. Sau đó người ta dát mỏng polysilicon bằng cưa kim cương, rồi cắt thành các hình vuông, tạo ra pin mặt trời, biến ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Polysilicon có thể sẽ đánh đố nhiều quốc gia do thiếu các biện pháp kiểm soát liên quan đến xả thải silic tetraclorua – sản phẩm phụ của quá trình chế biến polysilicon. Thông thường chất thải silicon tetraclorua được tái chế nhưng sẽ làm tăng thêm chi phí sản xuất.
Và điều gì sẽ xảy ra khi pin mặt trời hết hạn sử dụng? Theo tạp chí Wired của Mỹ, đến năm 2050, Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế dự đoán, có tới 78 triệu tấn pin mặt trời hết tuổi thọ, mỗi năm tạo ra khoảng 6 triệu tấn rác thải mới. Cần có các quy trình tái chế thích hợp, đảm bảo chiết xuất được các thành phần có giá trị và các nguyên tố độc hại, như chì, không bị rò rỉ trong các bãi chôn lấp.
Thực tế cho thấy, rất ít quốc gia cưỡng chế hiệu quả các biện pháp này. Tại EU, luật Rác thải từ thiết bị điện và điện tử (WEEE) quy định các biện pháp thích hợp; tuy nhiên, nhiều quốc gia giàu có chuyển rác thải điện tử sang các quốc gia đang phát triển để tái sử dụng.
Và không chỉ là dừng lại ở vấn đề tái chế và giảm lượng khí thải… mà còn tác động đến động vật hoang dã. Số lượng gia cầm chết ngày càng tăng có liên quan đến các trang trại năng lượng mặt trời. Với quy mô tiện ích (utility-scale), các trang trại trên khắp Hoa Kỳ giết chết gần 140.000 con chim hàng năm, có thể là kết quả của ánh sáng chói do các tấm pin tạo ra.
Rõ ràng, có rất nhiều thứ điện mặt trời mang lại được cho ngành năng lượng trong tương lai, tuy nhiên, chính phủ và ngành công nghiệp cần song hành, đề ra các chiến lược bền vững.
Năng lượng gió bền vững như thế nào?
Không quá lời khi nói rằng lợi ích của điện gió là nổi trội. Ngoài cung cấp nguồn điện đáng tin cậy, các dự án đầu tư cho cộng đồng còn mang tính ích nước lợi nhà. Các tuabin cỡ lớn hơn sẽ tối đa hóa việc sử dụng đất trên các khu vực như trang trại và rất nhiều cơ hội việc làm trong lĩnh vực này, với 3,3 triệu việc làm dự kiến trong 5 năm tới (theo Hội đồng Năng lượng gió toàn cầu GWEC). Tất nhiên, một trong những đặc điểm quan trọng nhất của điện gió là không phát thải, điều này có ý nghĩa sống còn trong bối cảnh khí hậu nhạy cảm với khí thải như ngày nay.
Tuy nhiên, cũng như điện mặt trời, điện gió có một số nhược điểm.
Cột tuabin gió cần phải cao hơn các cấu trúc xung quanh gần nhất để tối đa hóa khả năng tiếp cận gió. Điều này có thể tác động tiêu cực đến mỹ quan môi trường. Khi cánh gió quay sẽ đổ bóng, gây rối mắt, ảnh hưởng đến thị giác dân cư cư trú trong phạm vi 130 độ đông bắc hay tây bắc so với tuabin, ngoài ra còn gây ồn ở các khu vực nông thôn yên tĩnh.
Xây dựng và lắp ráp các tuabin gió đòi hỏi hàng trăm tấn vật liệu – thép, bê tông, sợi thủy tinh, đồng, cũng như neodymium và dysprosi được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu. Tất cả hoạt động này đào thải ra lượng khí các-bon mà vốn dĩ vẫn chưa được hiểu cặn kẽ.
Tuy vậy, một trong những mối quan ngại sâu sắc xoay quanh các tuabin gió là tác động đến hệ động vật địa phương. Dưới đây là ba ví dụ về vấn đề này:
Theo một báo cáo của nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Tự nhiên Na Uy ở Trondheim được và công bố trên tạp chí Ecology and Evolution, các loài chim và dơi thực sự gặp rủi ro khi các cánh tua-bin chuyển động. Giai đoạn lập kế hoạch phải chú trọng đến vấn đề tránh xa môi trường sống của chim để giảm thiểu rủi ro.
Về các trang trại điện gió ngoài khơi, các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu tác động tiềm tàng đối với hệ sinh thái biển. DW.com lo ngại, một số loài cá mập và cá đuối sử dụng điện từ trường để định hướng và săn tìm thức ăn; có thể phản ứng với việc rò rỉ năng lượng điện từ các cơ sở gió ngoài khơi.
Nhà sinh thái biển và chuyên gia cố vấn Victoria Todd tin rằng, những xung âm thanh lớn trong giai đoạn xây dựng có thể ảnh hưởng đến một số loài động vật ở khoảng cách xa tận 12,5 dặm. Bà Todd cho biết, quá trình thi công có thể đẩy các động vật biển có vú ra khỏi các khu vực môi trường sống rộng lớn của chúng trong khoảng thời gian lên đến 6 tuần, mặc dù chúng sẽ quay trở lại sau khi việc xây dựng kết thúc.
Rõ ràng là khi xây dựng các trang trại điện gió, dù trong hay ngoài khơi, phải tính đến tác động môi trường và phương án giảm thiểu càng nhiều càng tốt ngay từ giai đoạn lập kế hoạch.
Năng lượng hạt nhân bền vững như thế nào?
Bạn có thể tự hỏi tại sao năng lượng hạt nhân đã và đang đạt được nhiều bước tiến để tiệm cận được cái gọi là bền vững. Thực tế, hạt nhân là một nguồn năng lượng sạch và sẽ thực sự đóng vai trò quan trọng trong tương lai khử các-bon của hành tinh chúng ta.
Theo Bộ Năng lượng Mỹ, điện hạt nhân không phát thải và cần đến quỹ đất rất nhỏ để vận hành. Một cơ sở hạt nhân 1.000MW điển hình ở Mỹ cần hơn 1 dặm vuông một chút. Và về chất thải, do tính chất dày đặc nên tất cả nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng do ngành năng lượng hạt nhân Mỹ tạo ra trong 60 năm qua có thể nằm gọn trong một sân bóng đá ở độ sâu chưa đến 10 thước!.
Bản chất của chất thải hạt nhân là cực kỳ độc hại, phải sử dụng các phương pháp xử lý thích hợp, và nếu không, hệ quả có thể rất thảm khốc. Bài toán này không may lại kéo theo rắc rối khác, đó là các chính phủ cần mất một khoảng thời gian để ra quyết định về nơi cuối cùng xử lý chất thải.
Trong khi các chính trị gia chưa có quyết định cuối cùng về địa điểm chôn chất thải phù hợp nhất, thì hàng triệu lít chất thải lỏng phóng xạ từ quá trình sản xuất vũ khí và sản xuất điện lại nằm trong các thùng chứa tạm thời, rồi trở nên cũ kĩ và bắt đầu bị rò rỉ.
Tạp chí Tin tức Hóa học & Kỹ thuật, C&EN do Hiệp hội Hóa học Mỹ xuất bản cho biết, dường như lời giải cho bài toán là các kho địa chất sâu dưới lòng đất. Tuy nhiên, trong lúc chờ đợi các chính phủ ra quyết định địa điểm lưu trữ, chất thải chủ yếu tích tụ ở chính nơi tạo ra nó— tại các nhà máy điện và cơ sở chế biến. Một ít chất thải đã được lưu giữ tạm thời từ những năm 1940.
Một ví dụ về kho lưu trữ sâu dưới lòng đất đang hoạt động là Nhà máy thí điểm cách ly chất thải, gần Carslbad, New Mexico, được cấp phép lưu trữ chất thải siêu urani (TRU) hay TRU ở dạng ổn định.
Thủy tinh hóa chất thải là một phương pháp xử lý nổi tiếng khác, trộn các vật liệu phế thải với thủy tinh lỏng, làm tan chảy các thành phần bằng cách đun nóng hỗn hợp lên trên 1.000°C, đổ thủy tinh nóng chảy vào thùng chứa, để nguội cho đông đặc lại, khóa chất độc hại trong ma trận thủy tinh. Nhà khoa học vật liệu tại Đại học Rutgers, Ashutosh Goel, cho biết: “Quá trình thủy tinh hóa chất thải hạt nhân có vẻ tốt, nhưng thực tế vẫn phải đối mặt với những vấn đề phức tạp”. Ví dụ, nhà máy tại Hanford ở hạt Benton thuộc bang Washington, Mỹ, kêu gọi trộn chất thải hạt nhân trong kính borosilicat và bọc kính trong các hộp thép không gỉ. Tuy nhiên, công thức chính xác của kính vẫn đang được nghiên cứu. Các nhà khoa học cho hay, sau 1000 năm, các thùng thép bao quanh kính bắt đầu bị ăn mòn. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng sự có mặt của nước có thể gia tăng tốc độ ăn mòn giữa bề mặt thép và kính.
Có lẽ, chỉ cần một từ “Fukushima” đã tổng hợp hết hững rủi ro xoay quanh hạt nhân. Một số bài học đã được rút ra liên quan đến tầm quan trọng của sự hợp tác, lập kế hoạch phù hợp và nhận thức của công chúng. Hiện nay, Nhật Bản đã thông báo rằng 1,25 triệu tấn nước thải đã khử phóng xạ từ nhà máy điện hạt nhân Fukushima sẽ được bơm ra đại dương.
Năng lượng sinh khối bền vững như thế nào?
Đối lập với hạt nhân trên phổ phát điện là Sinh khối – nguồn năng lượng tái tạo lành tính, thân thiện với môi trường và đáng tin cậy này có thể giảm thiểu chất thải và khí thải một cách hiệu quả. Có vẻ như đây là một công thức chiến thắng của các phế phẩm sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, để phát điện sinh khối trên quy mô lớn sẽ đòi hỏi rất nhiều quỹ đất, và việc thu gom, vận chuyển và lưu trữ chất thải cũng gây ra lượng khí thải các-bon nhất định.
Bên cạnh đó, các hoạt động liên quan đến sinh khối không bền vững có thể dẫn đến mất rừng theo thời gian, do một số công ty chặt phá rừng để tạo nguồn nguyên liệu cho sản xuất điện sinh khối. Theo energysage.com, “phát quang thực vật và lột sạch chất hữu cơ ra khỏi mặt đất có thể ảnh hưởng đến độ màu mỡ của đất trồng xung quanh vốn cần sinh khối để làm phân trộn và phân bón”. Những hành động này lại tiếp tục tác động tiêu cực hoặc xoá sổ môi trường sống tự nhiên của các loài động vật và chim.
Các công ty trồng cấy mùa vụ với mục đích duy nhất là sinh khối cũng có thể tạo ra một “cú đấm thép” vào môi trường. Lượng nước cần thiết và quá trình tưới tiêu có thể phá vỡ sự cân bằng nước, gây ra hạn hán ở các khu vực khác, do vậy phải cân bằng giữa việc trồng cây để sản xuất năng lượng và cây làm lương thực.
Nhưng còn lượng khí thải thì sao? Các chất ô nhiễm, chẳng hạn như CO2, NO và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể bị giải phóng vào không khí, không chỉ gây ra mùi không mong muốn, cộng với mùi của nguyên liệu thô (tùy thuộc vào sản phẩm chất thải được sử dụng) mà còn tạo thuận lợi cho sâu bệnh và vi khuẩn xuất hiện.
Phát điện nhờ thủy triều bền vững như thế nào?
Thực sự chưa có nhiều thông tin được biết về tác động của điện thủy triều đến môi trường. Vận dụng lực mạnh của tự nhiên để sản xuất điện vẫn còn sơ khai, và mặc dù một số nghiên cứu khoa học đã được tiến hành, nhưng chúng ta vẫn chỉ là những tay mơ mà thôi.
Điều mà chúng ta biết chắc là giới khoa học đang xem xét kỹ lưỡng hai nguyên nhân chính gây lo ngại: tiếng ồn và độ rung, và tác động đến hệ sinh thái biển. Một ví dụ điển hình là báo cáo năm 2010 do Hiệp hội Khí quyển và Đại dương Quốc gia của Mỹ ủy quyền với tiêu đề Hiệu ứng Môi trường của Phát triển Năng lượng Thủy triều, trong đó xác định một số hiệu ứng môi trường, bao gồm “sự thay đổi của dòng điện và sóng”, “phát xạ từ trường” (EMF) ảnh hưởng đến sinh vật biển, cũng như “tính độc hại của sơn, chất bôi trơn và lớp phủ chống gỉ” được sử dụng trong sản xuất thiết bị. Đây chỉ là một báo cáo, để hiểu đúng và đủ về tác động, cần phải thực hiện nhiều nghiên cứu hơn nữa. Và có lẽ, chỉ thời gian mới trả lời được sự phát triển của các dự án này sẽ có tác động gì đến hệ sinh thái biển.
Năng lượng Hydro bền vững như thế nào?
Nhiều người đang cảm thấy mệt mỏi với từ ‘H’, tuy nhiên, không thể phủ nhận rằng năng lượng xanh, hydro có tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ quá trình khử các-bon của hành tinh.
Nhưng lượng khí thải các-bon liên quan đến sản xuất hydro chính xác là gì? Câu trả lời được xác định bởi nhiên liệu được sử dụng để sản xuất hydro.
Sản xuất hydro vẫn phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, cho đến khi mở rộng được quy mô hydro sạch. Hiện nay, có ba nguồn hydro chính:
Khí tự nhiên – Khi metan trong khí thiên nhiên bị đốt nóng, các phân tử tách thành CO và hydro. Sau đó, CO có thể được xử lý để tạo ra khí nước, từ đây có thể chiết xuất được hydro.
Dầu – một là qua quá trình tương tự như khí tự nhiên hoặc, nếu là dầu nhiên liệu nặng, có thể chuyển thành hydro nhờ quá trình oxy hóa một phần. Điều này liên quan đến sử dụng áp suất và nhiệt độ cao để oxy hóa dầu, do đó, tạo ra khí tổng hợp có thành phần hydro.
Than – cũng có thể được biến thành khí, và trong quá trình này, các phân tử của nó bị phân hủy thành hydro và CO.
Nếu khí thải của quá trình tạo hydro bị giữ lại và lưu trữ dưới lòng đất (quá trình này là thu giữ và lưu trữ carbon, hoặc CCS), nhiên liệu được gọi là hydro xanh, mang lại lựa chọn sạch hơn so với khí hóa than hoặc cải tạo mêtan bằng hơi nước.
Tuy nhiên, chỉ có hydro xanh, đạt được nhờ điện phân, mới biến hydro trở thành ví dụ hoàn hảo của cuộc cách mạng năng lượng sạch. Quá trình điện phân sử dụng điện để tách hydro ra khỏi nước và nếu hoạt động này được cấp điện bởi năng lượng tái tạo thì không có khí thải và được gọi là hydro xanh.
Theo ông Carlo Zorzoli của Enel Green Power, sản xuất hydro ngày nay là “kẻ hủy diệt khí hậu”. Ông cho biết “98% trong số đó được sản xuất từ quá trình cải tạo hơi nước và khí hóa, tạo ra lượng khí thải cácbon hàng năm tương đương với lượng khí thải của Indonesia và Vương quốc Anh cộng lại. Chỉ 2% được tạo ra từ quá trình điện phân”.
“Hiện nay, hydro không hề sạch. 98% được sản xuất là nguyên liệu công nghiệp. Chỉ 2% được tạo ra từ quá trình điện phân. Hydro ngày nay không phải là một giải pháp để khử các-bon: hydro lại là một phần của bài toán khí thải. Vì vậy, điều đầu tiên cần làm là chuyển đổi hydro màu xám sang màu xanh.”
Khẳng định này cho thấy, rõ ràng là còn nhiều việc phải làm để đảm bảo hydro có tác dụng khử các-bon như những gì mà những người trong lĩnh vực này đang ôm ấp hy vọng.
Thực tế là cái gì cũng sẽ luôn có hai mặt. Do đó, đừng quên rằng khi đổi mới và áp dụng các công nghệ năng lượng sạch và tái tạo mới, có thể có những ẩn hoạ đối với môi trường và đối với chúng ta, ngay bây giờ và cho các thế hệ mai sau. Tin tốt là ngành công nghiệp và các chính phủ trên toàn thế giới đang nhận thức rõ hơn về tính bền vững, ưu tiên nó trong các kế hoạch chiến lược, cũng như giảm khí thải các-bon trên toàn bộ chuỗi giá trị. Tương lai thực sự tươi sáng, gần tươi sáng như vài trăm tấm pin mặt trời đang phản chiếu những tia nắng vào mắt chúng ta.
Biên dịch: Phạm Thị Thu Trang, Ban KH&QLKH
