Hướng đến năng lượng nhiệt hạch

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới là khoảng 15,7 terawatt (TW). Để dễ dàng so sánh ta có thể hình dung đó là mức tiêu thụ năng lượng bình quân cho mỗi người dân trên hành tinh khoảng 2.400 watt/người.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hướng đến năng lượng nhiệt hạch

Hướng đến năng lượng nhiệt hạch Hiện nay, mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới là khoảng 15,7 terawatt (TW). Để dễ dàng so sánh ta có thể hình dung đó là mức tiêu thụ năng lượng bình quân cho mỗi người dân trên hành tinh khoảng 2.400 watt/người. 1. Nhân loại đang tiêu thụ một lượng lớn năng lượng. Hiện nay, mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới là khoảng 15,7 terawatt (TW). Để dễ dàng so sánh ta có thể hình dung đó là mức tiêu thụ năng lượng bình quân cho mỗi người dân trên hành tinh khoảng 2.400 watt/người. Năng lượng tiêu thụ này tương ứng với công suất thắp sáng của 24 đèn bóng đèn 100 w. Tuy nhiên, sự tiêu thụ năng lượng lại rất không đồng đều, ở một số quốc gia mức tiêu thụ rất cao, trong khi đó tại một số nước khác là không đáng kể. Mức tiêu thụ (tính theo một người dân) tại Hoa Kỳ là 10,3 kW (một trong những kỷ lục), tại Nga - 6,3 kW, tại Vương quốc Anh - 5,1 kW, vv… trong khi đó, ở Bangladesh chỉ là 0,21 kW (bằng 2% mức tiêu thụ năng lượng ở Mỹ!). 2. Thế giới tiêu thụ năng lượng đang tăng lên đáng kể
Theo dự báo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (2006), mức tiêu thụ năng lượng thế giới đến năm 2030 sẽ tăng 50%. Đó là điều cần để giảm nghèo tại các nước đang phát triển, trong đó khoảng 1,5 tỉ người đang phải đối mặt với tình trạng thiếu năng lượng điện. 3. Hiện nay, 80% tiêu thụ năng lượng của thế giới tạo ra từ nguồn nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt và than đá), từ đó : a) sẽ đem lại tai họa tiềm ẩn gây nguy cơ biến đổi môi trường; b) một lúc nào đó sẽ không tránh khỏi cạn kiệt nguồn nhiên liệu. Vì vậy, sẽ xuất hiện những vấn đề quan trọng sau đây. Liệu còn có thể sử dụng các nhiên liệu hóa thạch thêm bao nhiêu năm nữa, nếu có tính đến sự biến đổi khí hậu hành tinh? Những việc nào cần phải và có thể làm trong thời gian này? Người dân Ả Rập Saudi có câu nói đùa phổ biến: "Cha tôi đã cưỡi lạc đà. Tôi đã mua cho mình một chiếc xe hơi, và con trai tôi đã được bay trên máy bay, nhưng cháu tôi lại sẽ cưỡi lạc đà ". Điều đó rất giống như một sự dự báo nghiêm túc về trữ lượng dầu mỏ sẽ kết thúc sau khoảng 50 năm. Thậm chí theo đánh giá của Cục Địa chất Hoa Kỳ (dự báo này có phần lạc quan hơn những người khác) sự tăng trưởng của sản lượng dầu mỏ toàn thế giới sẽ tiếp tục không quá 20 năm tới, (một số chuyên gia khác dự báo rằng sản lượng khai thác sẽ đạt tới điểm đỉnh trong 5-10 năm tới), sau đó sản lượng dầu mỏ bắt đầu suy giảm với tốc độ khoảng 3% /năm. Triển vọng khai thác khí tự nhiên nhìn chung có tốt hơn. Còn than đá, có người cho rằng rằng sẽ đáp ứng cho chúng ta trong khoảng 200 năm, đây là dự báo dựa trên mức độ khai thác và tiêu thụ hiện tại. Trong khi đó, tiêu thụ than đá đang tăng lên 4,5% /năm, như vậy giai đoạn 200 năm nêu trên sẽ rút ngắn chỉ còn dưới 50 năm! Điều đó cho thấy từ bây giờ chúng ta cần chuẩn bị sẵn sàng khi kết thúc kỷ nguyên của các loại nhiên liệu hóa thạch.
Khi nói về sự biến đổi khí hậu, làm ta nhớ đến khí cacbonic CO2 thải vào khí quyển đã tích tụ qua nhiều thế kỷ, vì vậy việc chống lại các tác động của sự biến đổi khí hậu cần bắt đầu ngày hôm nay! Tất nhiên, nhân loại sẽ tận dụng phần nhiên liệu hóa thạch còn lại cuối cùng trong thế kỷ kế tiếp, và vì vậy biện pháp cấp bách duy nhất chống lại sự biến đổi khí hậu một cách thảm hại có thể là các biện pháp được ký hiệu là CCS (Carbon Capture and Storage), bằng việc quản lý nghiêm ngặt sự sản sinh khí CO2 và tiếp tục cách ly chúng. Tất nhiên, loại dự án như thế sẽ rất phức tạp và và tốn kém. Để chuẩn bị cho sự kết thúc của kỷ nguyên nhiên liệu hóa thạch, các giải pháp thực tế có thể chia như sau: 1. Giảm nhiều hơn nữa mức tiêu thụ năng lượng Giải pháp này bao gồm việc tăng hiệu quả của phương pháp tiếp nhận, truyền dẫn, và sử dụng năng lượng. Tất nhiên, việc áp dụng các cải tiến chế độ vận hành đòi hỏi đầu tư ban đầu, và việc thu hồi vốn trong thời gian dài. Hiện nay đã có những biện pháp để tiết kiệm năng lượng (ví dụ, nâng cao hiệu suất các động cơ phương tiện vận tái, hợp lý hóa các phương pháp xây dựng, vv). Việc nâng cao hiệu suất năng lượng đó làm giảm không đáng kể so với sự tăng trưởng tiêu thụ năng lượng trên phạm vi toàn cầu, mà giải pháp thực tế của vấn đề chỉ có thể bằng biện pháp rút ngắn khoảng cách lớn mức sống của dân cư ở các nước phát triển và các nước thế giới thứ ba. Những nước này gọi là các nước đang phát triển, và trong đó, hàng triệu người đang khát khao đến một số cải thiện nào đó điều kiện sống (vấn đề đặc biệt cấp thiết đối với dân số thuộc diện nghèo của thế giới thứ ba sẽ tăng năm 2030, khoảng một thêm 30%). 2. Phát triển và mở rộng phạm vi sử dụng các nguồn năng lượng khác. Theo ước tính sơ bộ, hiện nay tỉ lệ các nguồn khác nhau trong toàn bộ sản lượng
năng lượng trên thế giới là: • nhiên liệu hóa thạch - 80% • các phế liệu và sinh khối - 10% • nhà máy năng lượng hạt nhân - 5% • thuỷ điện - 5% • Các nguồn khác (gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt, vv..) - 0,5%. Nhìn qua các con số cho thấy rằng, các nguồn năng lượng thay thế không đủ lớn để thay thế cho nguồn năng lượng từ các nhiên liệu hóa thạch (13 TW), vì những lý do sau đây. Theo đánh giá lạc quan nhất, toàn bộ lượng năng lượng ( tính theo đương lượng nhiệt) tạo ra từ các nguồn này kể trên, gồm có 3 TW (gió), 1 TW (thuỷ điện), 1 TW (tài nguy ên sinh vật) và GW 100 (địa nhiệt và ra sóng biển). Tổng số năng lượng bổ sung (theo dự báo tối ưu) chỉ có khoảng 6 TW. Từ đó cho thấy rằng việc nghiên cứu các nguồn năng lượng mới là vấn đề kỹ thuật rất phức tạp, bởi vì giá thành của năng lượng do các nguồn trên sản ra trong bất kỳ trường hợp cũng sẽ cao hơn so với việc đốt than một cách bình thường, vv. Nói cách khác, có một khoảng cách lớn giữa các dự báo lạc quan nhất vể khả năng những nguồn mới (6 TW) và mức tiêu thụ hiện tại (13 TW). Rõ ràng là nhân loại phải đi tìm một số nguồn năng lượng khác, mà hiện nay thực sự có thể xét đến Mặt trời và phản ứng tổng hợp nhiệt hạch. Về cơ bản, Mặt trời thực tế là nguồn năng lượng vô tận. Khối lượng năng lượng thu được trên 0,5% bề mặt hành tinh này tương đương với 19 TW (ngay cả khi hiệu suất biến đổi đạt 15%). Vấn đề này do sự bất lực của chúng ta để thu giữ và biến đổi năng lượng này, do giá thành các tấm pin mặt trời cao, cũng như liên quan đến việc tích tụ, lưu giữ và truyền dẫn năng lượng thu được đến các khu vực tiêu thụ.
"Sự tập trung” năng lượng mặt trời được thực hiện nhờ một gương parabol cho phép hội tụ ánh sáng mặt trời và sinh nhiệt, nhưng từ đó lại xuất hiện những vấn đề khó khăn mới cho việc lưu giữ (ví dụ như sử dụng muối nóng chảy làm chất mang nhiệt sẽ phức tạp hơn vì nhiệt độ khác biệt giữa ban ngày/đêm và vv…). Nếu các nhà khoa học có thể chế tạo ra vật liệu để nâng cao nhiệt độ làm việc của kính thu nhiệt mặt trời đến yêu cầu "phân hủy xúc tác của nước", thì những hệ thống như thế có thể sản xuất được hydro, và phần lớn sẽ giải quyết vấn đề tích trữ năng lượng. Mặt khác, đã chế tạo được (cả sản phẩm thương mại) các tế bào quang điện có hiệu suất trên 15%, và mặc dù giá thành hiện nay vẫn cao, chúng đang được sử dụng để sản xuất điện phân hydro, cũng như làm nguồn điện. Hiện nay, các nhà máy điện hạt nhân phần lớn thu nhận năng lượng được giải phóng trong quá trình biến đổi hạt nhân.Chúng ta nên khuyến khích sự sáng tạo và phát triển các nhà máy điện như vậy, nhưng cần phải nhớ rằng, trữ lượng của một trong những nguyên liệu quan trọng nhất để chúng hoạt động (urani chất lượng thấp) cũng có thể hoàn toàn cạn kiệt trong khoảng 50 năm sắp tới. Vì thế khả năng dựa trên sự tách hạt nhân năng lượng nên và cần phải mở rộng hơn nữa nhờ sử dụng các chu kỳ năng lượng hiệu quả hơn, để tăng gần gấp đôi khối lượng năng lượng thu được. Muốn phát triển năng lượng theo hướng này cần phải xây dựng phản ứng thori, trong đó khi phản ứng sẽ sinh ra nhiều thori hơn, so với urani ban đầu, nhờ đó tổng lượng năng lượng thu nhận được tăng 40 lần so với cùng một lượng nguyên liệu nhất định. Hứa hẹn mới với sự ra đời của lò phản ứng plutonium trên các neutron nhanh sẽ đem lại hiệu quả rất lớn so với các lò phản ứng urani, cho phép thu nhận được năng lượng lớn hơn 60 lần. Cho nên, để phát triển theo phương hướng này cần nghiên cứu các phương pháp mới, phi tiêu chuẩn để thu hồi urani (ví dụ, từ nước biển, và điều đó là dễ dàng nhất). Một hướng phát triển quan trọng khác là sử dụng tổng hợp hạt nhân, và hiện nay là kỳ vọng chủ yếu, mặc dầu triển vọng thành công hiện còn đang trông chờ.