Năng lượng và phát triển bền vững

Chia sẻ: Bùi Thảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

119
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phát triển bền vững là một chiến lược phát triển kinh tế xã hội nhằm thỏa mãn nhu cầu hiện nay mà không làm nguy hại đến khả năng những thế hệ sau đáp ứng được nhu cầu của họ. Một vế của chiến lược bền vững là cung ứng và tiêu thụ năng lượng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Năng lượng và phát triển bền vững

Năng lượng và phát triển bền vững KS Đặng Đình Cung , Kiều bào Pháp Phát triển bền vững là một chiến lược phát triển kinh tế xã hội nhằm thỏa mãn nhu cầu hiện nay mà không làm nguy hại đến khả năng những thế hệ sau đáp ứng được nhu cầu của họ. Một vế của chiến lược bền vững là cung ứng và tiêu thụ năng lượng. Làm gì để vẫn còn có thể tiếp tục cung ứng năng lượng khi những nguồn năng lượng không tái tạo sẽ cạn và tiêu thụ năng lượng ra sao để không vi phạm quá đáng đến môi trường tự nhiên ? Trong bài này, chúng tôi xin mang một số yếu tố đóng góp vào giải đáp vấn đề này bằng cách trình bày những nguồn năng lượng và những công nghệ hiện có hay đang được khai triển để đối phó với triển vọng những nguồn năng lượng hóa thạch một ngày nào đó sẽ không còn nữa. Chúng tôi chỉ trình bày những giải pháp khả thi trên phương diện kinh tế kỹ thuật và hậu quả của chúng. Những số liệu chúng tôi dẫn chứng và dùng để tính và vẽ các họa đồ trong bài này do EIA ( Energy Information Administration, Sở Thông tin Năng lượng ) , IEA ( International Energy Agency, Cơ quan Năng lượng Quốc tế ), UNEP ( United Nations Environment Program, Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc ) và WEC cung cấp. Chúng tôi cập nhật kinh nghiệm cá nhân về năng lượng từ những sách giáo khoa mới được xuất bản, từ những thông số kỹ thuật do ADEME ( Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, Cơ quan môi trường và Tự chủ Năng lượng ) và IFP ( Institut Français du Petrole, Viện Năng luong Dầu Pháp ) cung cấp và, chủ yếu, từ báo cáo "2007 Survey of Energy Resources" của WEC ( World Energy Council, Hội đồng Năng lượng Thế giới ) . Các sách báo chuyên môn dùng nhiều đơn vị năng lượng khác nhau. Để tiện việc so sánh và để dùng một đơn vị nhiều người biết đến và quen dùng, trong bài này chúng tôi chuyển những số liệu đã được công bố sang đơn vị TWh (têra watt giờ, một triệu kWh) hay kWh (kilô watt giờ) thường dùng trong ngành điện.
PHẦN 1 NHỮNG NĂNG LƯỢNG KHÔNG TÁI TẠO Trên thị trường có hai loại năng lượng : năng lượng không tái tạo và năng lượng tái tạo. Khi kế toán năng lượng thì những chuyên gia phân biệt năng lượng ở dạng cơ bản, dạng trung gian và dạng khả dụng. Trong phần này, chúng tôi xin định nghĩa những khái niệm đó. Sau đó, cho mỗi loại năng lượng, chúng tôi xin trình bày trữ lượng hay tiềm năng, ảnh hưởng đến ô nhiễm môi trường và an toàn dân chúng, những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị. Những dạng năng lượng Năng lượng thể hiện dưới nhiều dạng hóa học và vật lý : cơ, hóa, nhiệt, điện, quang,… Để thiết kế một chính sách năng lượng người ta phân biệt ba dạng năng lượng : • Năng lượng cơ bản là những dạng năng lượng có sẵn ngoài thiên nhiên : than đá, dầu thô, khí tự nhiên, uranium, thủy năng, và những năng lượng tái tạo khác. • Năng lượng trung gian là những dạng năng lượng được sản xuất từ những dạng năng lượng khác. Khí hydrô, khí đốt từ những phản ứng nhiệt phân, dầu đã được thanh lọc,… là những thí dụ năng lượng trung gian. • Năng lượng khả dụng hay năng lượng cuối cùng (end use energy) là sản phẩm cuối cùng khi dùng hay biến chế sẽ mất đi hay không còn là một năng lượng nữa. Hơi nước nén, than dùng để chế biến thành hóa chất, củi để đun bếp,… là những dạng năng lượng khả dụng. Năng lượng cơ bản được biến chế thành một số dạng năng lượng trung gian hay năng lượng khả dụng. Năng lượng trung gian được biến chế thành một số dạng năng lượng khả dụng. Trong quá trình biến chế từ năng lượng cơ bản đến những dạng năng lượng khả dụng đó, một phần năng lượng bị hao đi vì đã được tiêu thụ trong những giai đoạn biến chế hay vận chuyển. Có loại dạng năng lượng cùng một lúc được coi là năng lượng cơ bản và năng lượng trung gian hay năng lượng khả dụng. Khí tự nhiên là một năng lượng cơ bản, khi đã được nén và làm lỏng để đốt trong một lò hơi để sản xuất điện và hơi nước nén thì gọi là năng lượng trung gian và khi đã được mang tới nhà để dùng trong nhà bếp hay lò sưởi thì gọi là năng lượng khả dụng. Và cũng có nhiều loại năng lượng vừa được coi là năng lượng trung gian vừa được coi là năng lượng khả dụng.
Điện là năng lượng trung gian vì được sản xuất từ một lò phản ứng hạt nhân hay một lò hơi cổ điển nếu dùng để nạp điện một bình ắcquy và được coi là năng lượng khả dụng nếu dùng để chạy một động cơ hay nung một lò sưởi. Phân biệt dạng năng lượng nào là năng lượng cơ bản, dạng nào là năng lượng trung gian và dạng nào là năng lượng khả dụng là một việc cốt yếu để nghiên cứu tính khả thi của một hệ thống sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Nhu cầu năng lượng cơ bản của nhân loại tăng đều đặn 2,1 phần trăm mỗi năm từ năm 1996 để đến năm 2005 dạt 454 Quad ( 133400 TWh ). Sau khi tiêu hao trong những quy trình biến chế thì chỉ còn có 314 Quad (92000 TWh) năng lượng khả dụng. Bảng 1 cho thấy những khác biệt giữa khối lượng các năng lượng cơ bản và năng lượng khả dụng. Tỷ dụ : • Một phần lớn của 33800 TWh than đã được dùng để sản xuất điện, khí đốt, dầu tổng hợp và những nguyên liệu của ngành hóa chất nên chỉ còn lại có 7700 TWh than đã được thanh lọc và hợp cách ở dạng năng lượng khả dụng, • Tất cả uranium U-235 đã được biến đổi thành hơi nước và, sau đó, một phần nhỏ hơi nước đã được dùng ở dạng năng lượng khả dụng và phần lớn còn lại dùng để sản xuất điện qua một tuabin hơi nên không có uranium ở dạng năng lượng khả dụng, • Hầu hết tất cả 2900 TWh thủy năng được biến thành điện, • Những năng lượng tái tạo khác thường được trực tiếp đưa vào sử dụng nên từ 14000 TWh ở dạng cơ bản thì vẫn còn tới 11900 TWh ở dạng khả dụng. Bảng 1 – Sản xuất và tiêu thụ năng lượng (IEA, 2005) Cơ bản Khả dụng Cơ bản Khả dụng * (TWh)Việt (TWh)Việt (TWh)Thế giới (TWh)Thế giới Nam Nam Than 33824 7670 211 70 Dầu thô 46613 129 226 0 Sản phẩm dầu 0 39772 0 139 Khí 27581 14343 72 1
Uranium 8395 0 0 0 Thủy năng 2923 0 21 0 Địa năng, hoàng năng, 686 88 0 0 v.v. Chất đốt rắn tái 13338 11852 279 270 tạo và rác Điện 0 15024 0 46 Nhiệt năng 9 3137 0 0 Tổng cộng 133370 92013 809 526 Khi tính hiệu suất một năng lượng thì phải tính hiệu suất năng lượng của mỗi khâu chế biến từ những dạng năng lượng cơ bản khởi đầu qua những dạng trung gian cho đến dạng khả dụng. Tỷ dụ hiệu suất một lò sưởi điện không phải là 100 phần trăm mà phải bằng hiệu suất nhà máy điện nhân với hiệu suất mạng tải điện từ nhà máy đến nơi tiêu dùng. Tải điện có thể làm mất đến 10/15 phần trăm điện phát từ nhà máy. Một nhà máy thủy điện có hiệu suất 90/95 phần trăm, nhưng một nhà máy điện hạt nhân chỉ bằng khoảng 30 phần trăm. Như vậy một động cơ gia dụng như máy rôbốt xay và băm thực phẩm chỉ có hiệu suất 10/20 phần trăm nếu điện được sản xuất từ một nhà máy nhiệt điện và tối đa 80 phần trăm nếu điện được sản xuất từ một nhà máy thủy điện. Cũng như thế, khi tính ô nhiễm của một dạng năng lượng thì phải tính ô nhiễm sinh ra từ mỗi giai đoạn chế biến dẫn đến dạng năng lượng khả dụng. Tỷ dụ nói rằng xe ôtô chạy bằng pin nhiên liệu hydrô không ô nhiễm khí quản vì chỉ thải ra có hơi nước là không đúng. Những xe ôtô loại này chưa chắc gì sẽ thân thiện với môi trường hơn xe thuần túy động cơ nhiệt chạy bằng sản phẩm dầu hiện đại. Cho tới nay người ta sản xuất khí hydrô bằng phương pháp cải hóa khí methan bằng hơi nước (steam reforming of natural gas). Phương pháp này sinh ra nhiều khí di oxyd cacbon, một khí gây ra hiệu ứng nhà kính. Hơi nước cũng là một khí gây ra hiệu ứng nhà kính. Nếu tất cả những xe ôtô một thành phố chạy bằng pin hydrô thì một lượng hơi nước lớn sẽ sinh ra một cách tập trung ở gần mặt đất và ở nơi đông dân cư. Chưa ai biết hơi nước này sẽ ảnh hưởng đến điều kiện sinh sống và sức khỏe dân chúng ra sao. Trữ lượng
Nếu bỏ qua những nguồn dầu không cổ điển (non conventional oil) chưa có công nghệ khai thác đại trà và khí clathrate chưa ai giám khai thác thì ở ngoài thiên nhiên có bốn nguồn năng lượng cơ bản không tái tạo. Đó là dầu thô, khí tự nhiên, than đá và uranium. Ba dạng năng lượng dầu thô, khí tự nhiên, than đá cũng được gọi là năng lượng hóa thạch. Trữ lượng những dạng năng lượng đó có giới hạn nên không bảo đảm kinh tế sẽ phát triển một cách bền vững. Bảng 2 cho thấy những năm còn lại trước khi mỗi nguồn năng lượng không tái tạo sẽ cạn hết nếu tiếp tục nhịp độ khai thác hiện nay. Chúng tôi không đi vào luận chiến có tính cách hàn lâm về thời điểm khai thác một nguồn năng lượng sẽ đạt cao đỉnh và bắt đầu giảm xuống cho tới khi không còn nữa. Thời điểm đó tùy ở độ chính xác của những thông tin về trữ lượng các loại năng lượng và tùy ở nhịp khai thác mỗi loại năng lượng cơ bản trong tương lai. Bảng 2 – Trữ lượng những năng lượng không tái tạo (WEC, 2005) Thế giới Khí tự nhiên Năng lượng Dầu thô (Mt) Than đá (Mt) Uranium (Kt) (Gm3) Trữ lượng 159644 176462 847488 3297(*) Khai thác 3898 2834 5901 42 Số năm khai 41 62 144 79 thác còn lại Việt Nam Trữ lượng 413 365 150 5(*) Khai thác 19 4 35 ? Số năm khai 22 91 4 ? thác còn lại (*) Với giá thị trường 130 USD/kg Trữ lượng ghi trên bảng 2 là những trữ lượng đã được chứng minh và đã được công bố, nghĩa là không kể đến những trữ lượng tiềm tàng chưa được phát hiện và những trữ lượng mà các công ty mỏ và các quốc gia thường giấu không công bố.
Những đối tác này thường công bố những số liệu về trữ lượng của họ một cách không trung thực để có thế mạnh khi thương lượng những hợp đồng cung ứng năng lượng. Những thông tin về trữ lượng uranium thường sai hơn là thông tin về trữ lượng những năng lượng hóa thạch. Ngoài ra, uranium được khai thác để đầu cơ nhiều hơn là để đáp ứng nhu cầu trước mắt. Do đó, những số liệu về trữ lượng thực ra không chính xác. Tỷ dụ, tờ Oil & Gas Journal ước lượng trữ lượng dầu thô của Bắc Mỹ là 213 tỷ thùng còn theo tờ World Oil thì trữ lượng đó chỉ bằng 46 tỷ thùng. Hai ước lượng của khác nhau tới 153 phần trăm (bảng 3). Bảng 3 – Ước lượng về trữ lượng dầu thô và khí tự nhiên của hai tờ báo chuyên môn (EIA) Khí tự Vùng và Dầu thô Tỷ Dầu thô Tỷ * nhiên Nghìn * lãnh thổ thùng thùng tỷ feet khối Sai * A B Sai biệt (%) A B biệt (%) Bắc Mỹ 213,43 46,14 153 276,95 278,04 0 Trung và 103,36 76,5 30 250,84 246,87 2 Nam Mỹ Châu Âu 16,38 15,98 2 200,75 182,76 9 Châu Âu Á 77,83 123,22 46 1952,6 2040,74 4 (Eurasia) Trung Đông 743,41 711,64 4 2565,4 2531,56 1 Châu Phi 102,58 109,76 7 485,84 490,88 1 Châu Á & Châu Đại 35,94 36,38 1 391,65 455,7 15 Dương Tổng cộng 1292,94 1119,62 14 6124,02 6226,56 2 thế giới Việt Nam 0,6 1,35 81 6,8 8,2 19 A = Ước lượng của Oil & Gas Journal B = Ước lượng của World Oil
Những số năm còn lại để khai thác hết một năng lượng không tái tạo còn tùy ở những biến chuyển kinh tế và công nghệ. 1. Nhịp độ khai thác trên bảng 2 và, suy ra, số năm khai thác còn lại, là những số liệu nhận thấy vào cuối năm 2005, nghĩa là chưa kể đến ảnh hưởng của những chính sách năng lượng quốc tế và những biến đổi công nghệ năng lượng trong tương lai. Tỷ dụ thời hạn 79 năm trước khi không còn uranium nữa dựa trên giả thuyết trong tám chục năm sắp tới nhân loại không chuyển những áp dụng chạy bằng những năng lượng hóa thạch sang những áp dụng chạy bằng điện và ngành điện hạt nhân vẫn tiếp tục dùng uranium với công nghệ PWR (Ressurized Water Reactor, Lò Phản ứng Nước Nén). 2. Trữ lượng của mọi khoáng vật tùy ở giá thị trường thế giới. Trữ lượng trên bảng 2 là trữ lượng tính theo giá dầu năm 2005. Bây giời giá dầu thô lên đến hơn 120 USD một thùng. Với lợi nhuận cao hơn, những hãng mỏ quốc tế có thể tìm kiếm và khai thác thêm những mỏ nhỏ hơn, có hàm lượng khoáng sản thấp hơn, nằm sâu hơn dưới mặt đất, ở xa bờ biển hơn và khai thác tốn kém hơn. Tỷ dụ, người ta đã biết trước rằng dưới đáy biển Bắc Hải, giữa Tô Cách Lan và Na Uy, có dầu. Nhưng phải chờ đến khi giá dầu tăng mạnh vào những năm 1970 để những hãng dầu đầu tư vào những dàn khoan dầu ở giữa biển và biến vùng biển Bắc Hải này thành một "Trung Đông thứ hai". Trữ lượng uranium trên thế giới là 3 297 nghìn tấn nếu một kilô uranium trị giá 130 USD nhưng sẽ chỉ là 1 947 nghìn tấn nếu một kilô uranium trị giá dưới 40 USD. 3. Nhịp tiêu thụ cũng tùy ở giá năng lượng trên thị trường quốc tế. Khi giá năng lượng tăng thì nhịp tiêu thụ năng lượng giảm. Những đối tác tiêu thụ năng lượng sẽ tìm cách tiết kiệm bằng những phương pháp tăng hiệu suất, chuyển sang một loại năng lượng khác rẻ hơn hay chuyển sang một công nghệ tiêu thụ ít năng lượng hơn. Năng lượng tiết kiệm đó sẽ trở lại thị trường làm giảm nhịp khai thác năng lượng. 4. Những lò phản ứng hạt nhân hiện đại chỉ tiêu thụ đồng vị uranium U 235, nghĩa là 0,7 phần trăm những hạt nhân uranium tự nhiên. Với những công trình nghiên cứu phát triển đang được tiến hành, trong hai chục ba chục năm nữa thì có thể tận dụng được tất cả những hạt nhân uranium tự nhiên và khai thác thêm tiềm năng của những hạt nhân thorium. Lúc đó nhân loại có thể lùi tới hơn một chục thế kỷ thời điểm những năng lượng không tái tạo sẽ cạn hết. 5. Trước mắt, sau những hiệp ước giảm vũ khí hạt nhân và sau khi chiến tranh lạnh chấm dứt, một lượng vũ khí hạt nhân phải được phá hủy. Những vũ khí đó chứa
uranium đã được làm giầu và plutonium có thể dùng làm nhiên liệu cho những nhà máy điện hạt nhân. Theo những giới chuyên môn thì năng lượng chứa trong uranium và plutonium trong các vũ khí tích lũy trên thế giới tương đương với lượng điện hạt nhân đã được sản xuất từ đầu kỷ nguyên hạt nhân. Nhưng vấn đề không phải là khi nào những năng lượng không tái tạo sẽ cạn. Vấn đề là làm gì để hoãn lại ngày những năng lượng đó sẽ cạn và làm gì để thay thế chúng khi chúng thực sự sẽ cạn. Dù không chính xác, những số liệu trên bảng 2 vẫn có thể nhắc chúng ta rằng những số năm còn lại để khai thác hết một nguồn năng lượng cơ bản có thể tính bằng chục năm chứ không lâu hơn. Ô nhiễm và an toàn Khi đốt những nhiên liệu hóa thạch thì sinh ra tro xỉ, khí di oxyd cacbon, khí di oxyd sulfur và khí mono oxyd nitro. Ba khí đó gây ra hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ khí quản và gây ra biến đổi thời tiết mà chúng ta bắt đầu nhận thấy. Như mọi khoáng sản, dầu thô, khí đốt và than đá có chứa nhiều khoáng sản khác, trong đó có lưu huỳnh. Ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh phản ứng với khí oxy của khí quản để trở thành di oxyd sulfur. Cũng ở nhiệt độ cao, nitro và oxy cuả khí quản hỗn hợp với nhau để trở thành mono oxyd nitro. Một khi phun ra khỏi ống khói của nhà máy hay của động cơ, mono oxyd sulfur và di oxyd nitro tham gia vào hiệu ứng nhà kính, phản ứng với hơi nước của khí quyển và trở thành acid sulfuric và acid nitric, gây ra mưa acid làm ô nhiễm những nguồn nước, làm hại đến bộ hô hấp của sinh vật và làm tổn cháy thảo vật. Trong ba nguồn năng lượng đó, than đá là gây ô nhiễm nhiều nhất vì khi sàng thì không thể loại triệt để những đá bần và khi đốt thì không thể đốt triệt để than đã được đẩy vào trong lò đốt. Do đó những cơ sở tiêu thụ than thải ra nhiều bụi, tro và những khí có hiệu ứng nhà kính, đặc biệt khí di oxyd cacbon. Một nhà máy điện than 1.000 MWe mỗi năm thải ra 7 triệu tấn di oxyd cacbon, 200.000 tấn di oxyd sulfur và 200.000 tấn tro xỉ. Nhờ những chương trình nghiên cứu phát triển đang được tiến hành, chương trình công nghệ than sạch (CCT, Clean Coal Technology), các chuyên gia hy vọng sẽ mau chóng cải thiện tình trạng tồi tệ này. Dầu thô được lọc thành những nhiên liệu kerozen, dầu xăng, dầu diezen và những dầu đốt khác trước khi đưa vào sử dụng. Vì là một chất lỏng đã được lọc trước nên những sản phẩm dầu cháy kỹ hơn than trong những lò đốt. Tuy nhiên, 60 phần trăm dầu dùng cho giao thông vận tải và một nửa lượng sản phẩm dầu dùng cho giao thông vận tải được đốt trong những máy nổ các phương tiện giao thông cá nhân tập trung ở thành thị. So với những máy nổ dùng trong công nghiệp, những
máy nổ của các phương tiện giao thông vận tải có hiệu suất năng lượng rất kém. Vì lẽ đó, ô nhiễm ở những thành thị chủ yếu bắt nguồn từ những sản phẩm dầu đốt trong những phương tiện giao thông vận tải. Khí tự nhiên được làm lỏng để có thể dược chở đến nơi tiêu thụ. Khi qua khâu làm lỏng những chất bần tách ra khỏi khí methan và khí trở thành một khí tinh khiết khi ở dạng năng lượng khả dụng7. Tỷ dụ, nhờ khí tự nhiên Lacq (miền Tây Nam nước Pháp) có nhiều lưu huỳnh, Pháp là nước sản xuất nhiều lưu huỳnh nhất thế giới trong tất cả những năm mỏ Lacq được khai thác. Vì đưa vào sử dụng ở dạng tinh khiết, khí tự nhiên là nguồn năng lượng hóa thạch cháy hữu hiệu nhất, ô nhiễm ít nhất và hiện được ưa chuộng nhất trong mọi áp dụng. Ngoài việc tài nguyên sẽ cạn, những chuyên gia lo ngại tiếp tục nếu đốt năng lượng hóa thạch thì sinh ra khí có hiệu ứng nhà kính với hậu quả là biến đổi khí hậu. Để đối phó với sự tăng sinh những khí có hiệu ứng nhà kính người ta nghĩ đến chuyện nhồi khí di oxyd cacbon xuống dưới đáy biển hay vào những khoảng trống để lại trong lòng đất sau khi đã khai thác dầu thô và khí tự nhiên. Những nghiên cứu thử nghiệm đang được tiến hành ở vài nơi. Việc này chỉ khả thi nếu nơi đốt năng lượng hóa thạch ở gần nơi có thể nhồi khí di oxyd cacbon. Điểm này hạn chế tính khả thi của phương pháp này. Dùng uranium làm nguồn năng lượng hạt nhân thì ô nhiễm môi trường một cách khác. Ở mỏ uranium, xử lý bần quặng đặt ra những vấn đề tương tự như xử lý bần quặng của những mỏ kim loại khác : trung hòa những chất hóa học dùng để tách quặng uranium ra khỏi bần quặng và chôn vùi bần quặng ở một địa điểm thuận tiện. Một nhà máy hạt nhân không thải ra khí có hiệu ứng nhà kính. Nhưng sử dụng nhiên liệu uranium thì thải ra những phế liệu phóng xạ. Khối lượng những phế liệu đó rất nhỏ so với khối lượng phế liệu do việc sử dụng những năng lượng hóa thạch. Một nhà máy điện hạt nhân Pháp công suất 1 000 MWe mỗi năm tiêu thụ 27 000 kg nhiên liệu gồm bởi uranium đã được làm giầu và sinh ra 26 860 kg nhiên liệu đã chịu phóng xạ. Người ta gọi là nhiên liệu đã chịu phóng xạ vì đó không phải hoàn toàn là phế liệu. Trong khối nhiên liệu đã chịu phóng xạ đó thì 25 920 kg gồm bởi những đồng vị uranium và plutonium và được gọi là nhiên liệu đã qua sử dụng, trên lý thuyết, có thể dùng lại làm nhiên liệu cho những lò phản ứng hạt nhân khác. Chỉ có phần còn lại mới gọi là phế liệu. Phế liệu này gồm bởi 918 kg sản phẩm phân hạch và 22 kg actinid. Chỉ có 22 kg actinid là đặt vấn đề vì có hoạt tính cao và trong thời gian lâu. Từ khởi đầu kỷ nguyên hạt nhân cho tới nay, tích lũy khối lượng những actinid đó rất nhỏ nên có thể tạm tồn trữ chúng một cách an toàn để chờ ngày kiếm được phương pháp thanh toán chúng.
Vì năng lượng hạt nhân đã được dùng lần đầu tiên với mục đích quân sự và vì những tia phóng xạ không thể phát hiện được nếu không có máy rò nên đại đa số thường dân sợ ảnh hưởng của năng lượng hạt nhân. Cho tới những năm gần đây, sau những tai nạn Three Mile Island và Tchernobyl và dưới sự áp lực của dư luận, không có một nhà máy điện hạt nhân nào được xây thêm nữa ở những nước Tây Âu. Điều này không ảnh hưởng mấy đến phát triển kinh tế thế giới nhờ giá những năng lượng hóa thạch đã xuống rất thấp. Nhưng gần đây, đặc biệt ở các nước Á Châu, có xu hướng muốn khai triển lại nguồn năng lượng hạt nhân vì người ta nhận thấy rằng : • Giá những năng lượng hóa thạch tăng lên tột đỉnh, • Dùng những năng lượng hóa thạch gia tăng hiệu ứng nhà kính của khí quản làm biến đổi khí hậu, • Tai nạn Three Mile Island đã được kiềm chế dễ như là kiềm chế một tai nạn công nghiệp thường khác, không có tử vong, không có thương vong và không có hậu quả lâu dài gì về an toàn của dân chúng địa phương, • Tai nạn Tchernobyl rút cục chỉ là hậu quả những người thiết kế và điều hành nhà máy cũng như lãnh đạo Nhà Nước Liên Xô vô trách nhiệm chứ không phải là do bản tính rủi ro của năng lượng hạt nhân. Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị Thiết kế một hệ thống năng lượng không phải chỉ là một vấn đề kỹ thuật mà bao gồm cả những vấn đề tài chính và địa dư chính trị. Đặc điểm của những năng lượng cơ bản là những phương tiện chuyển chở, thuyên chuyển, xử lý và lưu trữ đều là là những phường tiện chuyên môn, nghĩa là không thể dùng được vào việc khác. Một nhà máy lọc dầu chỉ có thể lọc dầu thô chứ không thể lọc được dầu khác. Một nhà máy lọc dầu được thiết kế để lọc một cách tối ưu một loại dầu thô có một số đặc điểm vật lý và hóa học nhất định. Nhà máy có thể lọc một loại dầu khác nhưng sẽ có hiệu suất kém hơn. Một ống dẫn khí chỉ có thể tải khí đốt chứ không có thể dùng để tải dầu được và một bể chứa dầu không thể chứa khí được. Một tầu chở than chỉ có thể mang than đến một cảng nhưng khi rời cảng đó thì không thể mang theo hàng gì khác. Một nhà máy đã được thiết kế để chạy bằng than không thể chuyển sang khí đốt được nếu thấy giá năng lượng này giảm.
Hệ thống hậu cần của những năng lượng hóa thạch rất nặng. Vì khối lượng, trọng lượng và giá trị thương mại riêng kém, dầu thô, khí đốt và than đá cần đến những phương tiện vận chuyển lớn : những tầu thủy có sức chở lớn cả chục nghìn tấn cặp những bến cảng chuyên môn vĩ đại, những đoàn tầu hỏa dài tới gần một trăm toa, những kho hay bãi chứa xây trên những diện tích cả trăm hecta. Dầu và khí có thể được chuyển bằng những ống dầu hay ống khí. Những ống này cố định, nghĩa là một khi đã xây rồi thì không thể dễ dàng di chuyển đi nơi khác nếu tình hình kinh tế hay chính trị biến đổi. Uranium và những nhiên liệu hạt nhân có hàm lượng năng lượng rất cao. Ngoại trừ vấn đề an ninh, những vấn đề kỹ thuật của hệ thống hậu cần không mấy phức tạp. Những nhà máy chế biến nhiên liệu uranium và những nhà máy điện hạt nhân có thể xây trên một địa bàn có diện tích nhỏ. Một toa tầu hỏa duy nhất hay một chiến hạm cỡ nhỏ đủ để chở những thanh nhiên liệu hay những thùng phế liệu hạt nhân. Hiện nay năng lượng hạt nhân chỉ có công nghệ PWR. Trong vài thập niên nữa sẽ có thêm những công nghệ khác dẫn tới những cơ sở sản xuất điện không tương hợp với nhau. Những thiết bị hậu cần năng lượng hạt nhân rất phức tạp nên rất đắt. Ngoài việc khấu hao hệ thống hậu cần, chủ đầu tư lại còn phải khấu hao những chi phí nghiên cứu phát triển tốn kém. Một dự án năng lượng có đời sống kỹ thuật (technical life cycle) có thể lâu đến nửa thế kỷ hay hơn nữa. Một mỏ than lớn có thể được khai thác trong hai thế kỷ. Có vài mỏ dầu ở Trung Đông đã được khai thác liên tục từ sau Thế chiến II cho tới nay. Những nhà máy biến chế năng lượng có đời sống kỹ thuật tối thiểu là ba chục năm. Những nhà máy điện hạt nhân dự tính sẽ chạy trong bốn chục năm. Nhưng vì thấy vẫn còn bền, chúng sẽ được sử dụng thêm hai chục năm nữa, tổng cộng sáu chục năm. Như thấy ở trên, những cơ sở hậu cần cho năng lượng lớn và không tương hợp với nhau nên cần đến nhiều vốn. Mặc dù gần đây giá năng lượng lên thang mau, năng lượng rút cục vẫn là một sản phẩm rẻ tiền. Một dự án năng lượng cần đến rất nhiều vốn để sản xuất một thương phẩm sinh ra một lề thao tác (operational margin) nhỏ nên phải chờ lâu mới hoàn được vốn. Trong ngành năng lượng, thời gian hoàn vốn (payback time) này lâu tới hơn hai chục năm. Vì thời gian hoàn vốn và đời sống kỹ thuật lâu, khi thiết kế một hệ thống hậu cần cho ngành năng lượng thì phải tính tỷ số lợi nhuận dựa trên những dự báo kinh tế kỹ thuật cho đến ba bốn chục năm hay hơn nữa. Những dự báo lâu năm như vậy thường không chính xác. Dự báo làm sao cho thực tế nhất là nhân tố quan trọng cho sự thành công hay thất bại của một dự án năng lượng. Cả về khả năng dự báo
kinh tế kỹ thuật và khả năng huy động vốn, chủ đầu tư dự án thường là một quốc gia, với điều kiện quốc gia đó là một cường quốc công nghiệp, hay một tập đoàn năng lượng tầm vóc quốc tế. Những tiểu quốc có tài nguyên năng lượng chỉ có thể bán tài nguyên của mình cho một cường quốc công nghiệp hay cho một tập đoàn siêu quốc gia. Như mọi nguồn khoáng sản, nưng lượng cơ bản đặt ra vấn đề địa dư chính trị : có nước có tài nguyên, có nước có nhu cầu, có nước có cả hai và có nước thiếu cả hai. Trên thế giới có ít quốc gia có tài nguyên về một năng lượng cơ bản đủ để đáp ứng nhu cầu nội địa của họ. Tình trạng này đặt ra vấn đề chuyển vận những năng lượng cơ bản từ nơi này đến nơi nọ. Vì năng lượng là một sản phẩm thiết yếu, sự an toàn của những tuyến vận chuyển đó phải được bảo đảm. Vì một dự án năng lượng là một dự án rất dài hạn, những nguồn cung ứng và những tuyến vận chuyển phải được bảo đảm lâu dài. Để bảo đảm những việc đó, các nước có tài nguyên, các nước có nhu cầu và các tập đoàn siêu quốc gia thương lượng với nhau trên những hợp đồng dài hạn. Nếu thương lượng không ngã ngũ, các cường quốc có thể mang quân đội xâm chiếm vũ lực một tiểu quốc bằng hay dựng lên ở tiểu quốc đó một một chính quyền bù nhìn thừa lệnh họ. Năng lượng hạt nhân đặt thêm vấn đề tăng sinh vũ khí hạt nhân và khả năng những tiểu quốc tiếp cận công nghệ hạt nhân. Theo hiệp ước TNP (Nuclear Non Proliferation Treaty, Hiệp ước Chống Tăng sinh Vũ khí Hạt Nhân) năm 1968 quy định chỉ có năm cường quốc thành viên thường trực Hội đồng Bảo an Liên hiệp quốc có quyền khai triển và giữ vũ khí hạt nhân. Những nước khác đã ký hiệp ước TNP chỉ có thể khai triển năng lượng hạt nhân với mục đích hòa bình và sẽ được cơ quan IAEA (International Atomic Energy Agency, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế) trợ giúp nếu có yêu cầu. Hầu hết tất cả các thành viên Liên hiệp quốc đã ký hiệp ước TNP. Một số nước, như Hàn Quốc, đã thi hành nghiêm chỉnh những quy định của hiệp ước nên đã hưởng sự giúp đỡ đó và đã trở thành cường quốc về năng lượng hạt nhân với mục đích hòa bình. Nhưng : • Còn một vài nước không ký hiệp ước (khoảng bốn chục nước), • Hai nước đã ký hiệp ước rồi tuyên bố rút lui (Kampuchea và Triều Tiên), • Có vài nước đã ký hiệp ước nhưng bị cáo buộc là lén lút khai triển vũ khí hạt nhân, có khi với sự trợ giúp không chính tức của một số cường quốc thành viên
thường trực Hội đồng Bảo an Liên hiệp quốc hay của những nước không ký hiệp ước hay đã ký nhưng đã rút lui, • Một số nước có đủ kiến thức công nghệ và đủ thiết bị công nghiệp để có thể mau chóng sản xuất vũ khí hạt nhân khi cần đến. Phản ứng của cộng đồng thế giới tùy ở thái độ của Hoa Kỳ đối với những nước đó. Nam phi và Libya chịu áp lực không nổi đã phải ký hiệp ước. Israel, Pakistan và Ấn độ đã khai triển thành công vũ khí hạt nhân thì được coi như là việc đã rồi. Những tiểu quốc như Triều Tiên và Iran thì bị cấm vận kể cả về những sản phẩm và dịch vụ không dính líu gì đến năng lượng hạt nhân. 1. IEA (International Energy Agency, Cơ quan Năng lượng Quốc tế) là một bộ phận của OECD (Organization for Economic Co operation and Development, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế). Bộ phận này làm tư vấn cho 27 thành viên của OECD trong việc bảo đảm nguồn cung ứng năng lượng đáng tin cậy, phải chăng và sạch. Địa chỉ Internet : http://www.iea.org/Textbase/stats/index.asp/. EIA (Energy Information Administration, Sở Thông tin Năng lượng) là một bộ phận của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Địa chỉ Internet : http://www.eia.doe.gov/iea/. UNEP (United Nations Environment Program, Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc) là một bộ phận của Liên hiệp quốc. Địa chỉ Internet : http://www.unep.org/. WEC (World Energy Council, Hội đồng Năng lượng Thế giới) là một tổ chức bao gồm gần một trăm quốc gia với mục đích xúc tiến việc cung ứng và sử dụng bền vững tất cả các loại năng lượng để mang lại nhiều lợi ích nhất cho mọi người. Địa chỉ Internet : www.worldenergy.org/. 2. ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, Cơ quan môi trường và Tự chủ Năng lượng) là một bộ phận của chính phủ Pháp. Địa chỉ Internet : www2.ademe.fr. IFP (Institut Français du Petrole, Viện Năng luong Dầu Pháp) là một trường kỹ sư và một trung tâm nghiên cứu Pháp. PHẦN 2 NHỮNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Mỗi năm, năng lượng tái tạo cung ứng 16900 TWh, nghĩa là non 13 phần trăm nhu cầu về năng lượng cơ bản. Trong số đó,
• Năng lượng sinh học đóng góp 13300 TWh ở dạng cơ bản và 11800 TWh ở dạng khả dụng, nghĩa là 10 phần trăm năng lượng cơ bản và 13 phần trăm năng lượng khả dụng, • Thủy năng đóng góp 2900 TWh, nghĩa là 20 phần trăm nhu cầu điện và 3 phần trăm nhu cầu năng lượng khả dụng, • Đóng góp của những năng lượng tái tạo khác không đáng kể. Năng lượng sinh học Năng lượng sinh học là năng lượng trích ra từ những vật liệu hữu cơ, chủ yếu từ thực vật. Tiềm năng Tiềm năng của năng lượng sinh vật chưa được xác định vì có nhiều nguồn và nhiều dạng. Những nguồn năng lượng sinh học là : • Những chất đốt rắn tái tạo, • Rác đô thị, phế liệu hữu cơ của nông nghiệp và công nghiệp, • Và những thực vật đã được cố ý trồng để làm nguồn năng lượng. Những năng lượng đó rất đa dạng : sinh khối cellulo sợi (ligno cellulosic) hay sinh khối rắn, sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu. Mỗi dạng cần đến một nguồn cơ bản và một quy trình biến chế thành năng lượng khả dụng khác nhau. Để gia tăng nguồn năng lượng sinh học thì có ba phương pháp : • Trồng những cây có đường, mía và củ cải ngọt, hay là ngũ cốc, lúa và ngô, • Trồng những cây tự nhiên có dầu như là rong, hoa hướng dương, cây có hai lá mầm (jatropha), • Trồng rừng những cây mọc mau như là trúc, cây bạch đàn, cây dương, cây thông,...
Sinh khối cellulo sợi gồm gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị, phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, phế liệu chế biến thực phẩm, phần hữu cơ của rác đô thị,… Nhân loại đã biết dùng những nguồn năng lượng này từ thời thượng cổ rồi. Tiềm năng năng lượng từ gỗ là 5 600 đến 6 000 TWh mỗi năm, trong đó 5 000 TWh dưới dạng củi gỗ và 400 TWh dưới dạng than củi. Vì cung ứng những nguồn năng lượng này ít qua những kênh thương mại nên ước tính tiềm năng của chúng không được chính xác. Ngoài việc đốt củi hay than củi để thổi cơm và đun nước sinh khối cellulo sợi được đốt, đơn độc hay phụ trợ cho những năng lượng khác, để sản xuất điện và hơi nước. Nhiều đô thị các nước công nghiệp được cung ứng nước nóng gia dụng nhờ những lò đốt rác đô thị. IEA ước tính, năm 2005, 135 TWh điện đã được sản xuất từ sinh khối rắn, 23 TWh từ rác đô thị và 25 TWh từ những nguồn sinh khối rắn khác. Sinh khối có glucid gồm những hạt ngũ cốc, củ cải đường, mía đường,… Chúng được tiêu hóa dị khí (anaerobic digestion), ươm men, chưng cất hay thủy phân acid (acid hydrolysis) để biến thành khí, chủ yếu khí methan, dùng làm năng lượng. Chúng tham gia vào việc cung ứng năng lượng cho gia đình, cho những cộng đồng nhỏ. Sau khi được lọc kỹ, khí methan có thể được chộn vào mạng phân phối khí đốt đô thị. Sinh khối chứa dầu gồm cây cải dầu, dừa dầu, hoa hướng dương,… Dầu của những thực vật này được ép và lọc để biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiên liệu lỏng này có thể được dùng nguyên chất hay pha trộn với sản phẩm dầu trong ngành giao thông vận tải. Ô nhiễm Đốt phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị là một phương pháp hủy chúng để bảo vệ môi trường tự nhiên. Người ta còn sáng chế nhiều phương pháp loại trừ khác nữa như là nhiệt phân (pyrolysis) hay khí hóa hydrô (hydrogasification). Nhưng những phương pháp đó chưa chắc gì đã giản dị hơn và vi phạm môi trường tự nhiên ít hơn. Dùng củi làm một nguồn năng lượng có thể là một giải pháp ngưng tăng sinh khí CO2 (di oxyd cacbon) trong khí quyển. Khi cây mọc thì hấp thụ khí CO2 trong khí quyển để biến cacbon thành gỗ. Khi đốt củi thì thải ra CO2, nhưng đó là cacbon đã chứa trong cây khi cây đang mọc. Tổng kết là dùng củi để đốt thì khí quyển không có thêm CO2 như là khi đốt năng lượng hóa thạch. Nhưng lý luận như vậy chỉ đúng khi trồng lại tất cả diện tích rừng bị đốn để lấy củi. Thực tế là ở những nước
nghèo người ta đốn rừng mà không trồng lại cây. Vì thiếu kiến thức và thiếu phương tiện trồng cây, rừng những nước đó đang bị tàn phá nghiêm trọng. Để có nhiên liệu từ sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu, người ta phải trồng cây sinh ra những sinh khối đó. Để có năng suất cao, người ta phải chọn những địa điểm thuận lợi cho nông nghiệp, dùng những phương tiện cơ giới, phân bón và thuốc trừ sâu. Những phương tiện cơ giới chạy bằng năng lượng dầu. Phân bón và thuốc trừ sâu là những hóa phẩm được chế biến từ sản phẩm dầu và than. Cân nhắc kỹ thì chưa chắc gì thay thế năng lượng hóa thạch bằng những năng lượng sinh học đó sẽ làm giảm nguồn khí có hiệu ứng nhà kính trong khí quyển. Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị Công nghệ đốt sinh khối cellulo sợi chưa ổn định nhưng có thể coi là khả thi kinh tế kỹ thuật chỉ có thể đạt được ở những điều kiện cá biệt. Khai thác những loại sinh khối khác để sản xuất nhiên liệu vẫn đang ở gia đoạn nghiên cứu triển khai. Nếu đốn rừng đến đâu mà trồng lại đến đó thì chỉ có vấn đề đa dạng sinh thái chưa được làm rõ. Dùng những đất bỏ hoang để trồng cây năng lượng thì cũng đặt ra vấn đề đa dạng sinh thái. Dùng nhân lực và đất nông nghiệp để trồng cây năng lượng đặt ra vấn đề chọn lựa chính trị : cung ứng lương thực hay cung ứng năng lượng cho nhân loại. Cho tới nay những chuyên gia chưa nhất trí. Thủy năng Tiềm năng Bảng 4 trình bày tiềm năng của thủy năng. Nhờ quan sát vệ tinh, những số liệu trên bảng này chính xác hơn những số liệu về năng lượng không tái tạo của bảng 2. Bảng 4 – Tiềm năng và công suất của thủy năng (WEC, 2005)