Tình hình biến đổi khí hậu khiến nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo tăng nhanh, các công ty đua nhau tìm các giải pháp thông minh để khai thác. Con người ngày càng muốn có điện năng ở những dạng khác mà không quá lệ thuộc mạng lưới điện thông thường.
100% năng lượng sạch
Nhưng tất cả nguồn năng lượng đều không ổn định. Đây là lý do cuộc đua “lưu trữ năng lượng sạch” sẽ bùng nổ để bảo đảm năng lượng luôn có sẵn khi cần mà không bị biến động theo nhu cầu.
Một nghiên cứu mới đây tại Mỹ cho biết, trong khoảng 20 – 40 năm nữa, con người có thể thay thế hoàn toàn năng lượng hóa thạch bằng các dạng năng lượng tái tạo, từ đó xây dựng một thế giới xanh, sạch hơn. Khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu đang là những mối quan tâm lớn nhất của cả thế giới về tương lai của Trái đất và loài người.
Sự khai thác và sử dụng quá mức nguồn nhiên liệu hóa thạch vào cuối thế kỷ 20 đã khiến trữ lượng của chúng giảm nhanh đến mức báo động, đồng thời gây nên hiện tượng ấm lên toàn cầu. Vì vậy, nhiều nguồn năng lượng mới, sạch và dễ tái tạo hơn đã được nghiên cứu và phát triển, như sức nước, sức gió, ánh nắng Mặt trời, sóng biển.
Nhóm chuyên gia Mỹ, thuộc Trường Đại học California, Davis và Đại học Standford đã vẽ nên một bức tranh về thế giới, trong đó điện là yếu tố then chốt cho mọi hoạt động của con người, với 90% sản lượng được sản sinh từ gió và ánh sáng Mặt trời. 10% còn lại được đóng góp bởi nhiệt năng Trái đất (geothermal), thủy điện, sóng biển và thủy triều.
Trong vận chuyển, xe máy, tàu thuyền và xe lửa sẽ chạy bằng điện và khí hydro, trong khi máy bay sẽ được bơm đầy hydro lỏng. Trong các gia đình, lò sưởi điện sẽ thay thế lò sưởi gas và than đá, năng lượng Mặt trời dùng đun nước.
Hiện 176 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới đã có chính sách năng lượng sạch, thế giới vẫn dựa vào dầu mỏ, khí đốt và than, dù các chuyên gia về khí hậu cảnh báo “nếu tiếp tục sử dụng, nhiên liệu hóa thạch sẽ tác động nghiêm trọng ở qui mô lớn và không thể đảo ngược cho cả con người lẫn hệ sinh thái”.
Để đạt được mục tiêu thay thế toàn bộ cơ sở hạ tầng năng lượng hiện nay bằng các nguồn năng lượng sạch bền vững, chúng ta phải bảo đảm đến năm 2030, toàn bộ năng lượng của thế giới được cung cấp từ gió, nước, ánh sáng Mặt trời và đến năm 2050, nhiên liệu hóa thạch sẽ được loại bỏ hoàn toàn.
Năng lượng sạch sẽ cứu hàng triệu người thoát chết vì ô nhiễm và giảm 30% nhu cầu năng lượng toàn cầu. Theo số liệu ở các nước đang phát triển, có hơn một tỉ người không có điện và thêm một tỉ người nữa có nguồn điện không đáng tin cậy.
Theo Công ty Gogla, từ năm 2010, doanh số bán năng lượng Mặt trời cộng dồn đã tăng khoảng 60%, với các công ty dẫn đầu M-Kopa Solar, Azuri, D.light và BBoxx đang tranh nhau bán panel năng lượng Mặt trời, đèn và ắc-quy cho các gia đình ở Trung, Đông, Tây châu Phi và châu Á. Dĩ nhiên, chuyển sang năng lượng sạch cũng không hề đơn giản. Gió và ánh nắng Mặt trời chỉ xuất hiện từng lúc, nơi nhiều, nơi ít nên việc tìm ra cách lưu trữ năng lượng tốt nhất và nhiều nhất là yêu cầu hết sức cần thiết đối với các nghiên cứu khoa học.
Đi tìm năng lượng thông minh
Giáo sư chuyên về chính sách năng lượng, Benjamin Sovacool, thuộc Đại học Sussex (Anh) nói: “Cuộc đua lưu trữ đã tăng tốc và ai về trước người đó sẽ chiến thắng. Nhưng không dễ chiến thắng”. Giáo sư John Goodenough là người phát minh ra pin li-ion vào những năm 1990 và vẫn tiếp tục nghiên cứu về công nghệ pin tại Đại học Texas ở Austin (Mỹ), muốn suy nghĩ sâu hơn về cách thức sản xuất và lưu trữ năng lượng sạch. Ông nói: “Lưu trữ chúng bằng ắc-quy với qui mô lớn cũng là một giải pháp. Pin quang điện là một mục tiêu dù chưa kéo giảm được giá thành vì nó lưu giữ năng lượng Mặt trời rất tốt”.
Goodenough cho biết thêm, loại bình li-ion lớn có nhược điểm của nó. Chẳng hạn, động cơ xe Tesla bao gồm 7.000 pin nhỏ phải phối hợp tốt với nhau. Tesla đã lưu trữ điện trên quy mô lớn tại những nơi bị mất điện, với kho ắc-quy li-ion lớn nhất thế giới tại Hornsdale ở phía Nam nước Úc. Xe điện cũng có thể được khai thác như kho dự trữ năng lượng thông qua hệ thống “mạng xe điện”, viết tắt là V2G, sử dụng xe chạy điện như bình điện di động. Các công ty xe hơi Nissan, BMW và Honda đang hợp tác với các công ty năng lượng và phần mềm để nghiên cựu dự án xe nối mạng.
Tại Đan Mạch, Nissan đang hợp tác với công ty địa phương, Frederiksberg Forsyning, công ty phần mềm Nuvve và tập đoàn năng lượng Ý, Enel trong lĩnh vực này. Frederiksberg Forsyning đã đưa vào sử dụng 10 chiếc xe tải nhẹ chạy điện của Nissan và lắp đặt 10 điểm nạp điện với ắc-quy hòa vào mạng lưới điện khi xe không hoạt động.
Phần mềm của Nuvve, được thiết kế bởi Trường Đại học Delaware ở Hoa Kỳ, kết nối với lưới điện và liên tục theo dõi các yêu cầu năng lượng của lưới điện. Nếu có một sự thay đổi bất thường, nó có thể gọi nhiều ắc-quy trên hệ thống, để cân bằng điện trong vài giây. “Giống như một nhà máy điện nhỏ, tất cả những ắc-quy của xe hơi được ghép với nhau vào mạng lưới điện”. Lưu trữ hay sử dụng năng lượng đều phải tính toán làm sao để tránh lãng phí năng lượng sẵn có.
Tuy nhiên, Tiến sĩ Kotub Uddin thuộc Đại học Warwick, phụ trách lưu trữ năng lượng của OVO Energy nhận định: “Để công nghệ xe nối mạng có thể thương mại hóa, ắc-quy xe điện của mỗi thành viên phải luôn ở trong tình trạng tốt. Lấy điện ra khỏi ắc-quy rồi nạp điện, và cứ thế nhiều lần dễ làm ắc-quy xuống cấp do các yếu tố như nhiệt độ, môi trường khi nạp ắc-quy và cách thức sử dụng xe.
Giải quyết trở ngại này bằng một hệ thống thông minh để giảm sự xuống cấp và kéo dài tuổi thọ của ắc-quy”. Panel năng lượng mặt trời tại nhà riêng sẽ nạp điện cho ắc-quy vào ban ngày và điện lưu trữ trong ắc-quy sẽ thắp sáng ban đêm và nạp điện cho điện thoại di động. Monica Keza Katumwine, giám đốc chi nhánh Rwanda của công ty Bboxx cho biết, công ty của bà có thể giám sát từ xa hệ thống để xem khi nào khách hàng cần điện dự trữ. “Mối quan tâm của các hộ gia đình đến năng lượng Mặt trời tăng đều từ năm 2014, nhưng tiếp cận vốn lắp đặt là một trong những trở ngại lớn nhất của sự mở rộng” – bà nói.
Nạn đói năng lượng trên thế giới sẽ tăng nữa vào năm 2040 khi dân số thế giới tăng, đặc biệt là ở Ấn Độ, Trung Quốc và châu Phi. Thách thức là đưa các nguồn năng lượng tái tạo đến những khu vực thành thị đông dân.
Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (Irena) cho biết, mặc dù năng lượng thủy điện – hiện chiếm khoảng 96% trữ năng trên toàn thế giới – tiếp tục phát triển, nhưng sẽ giảm xuống còn một nửa so với lượng lưu trữ toàn cầu vào năm 2030, vì các dạng lưu trữ năng lượng khác đuổi kịp.
Ravi Manghani, giám đốc lưu trữ năng lượng của Công ty Greentech Media khuyến khích các sáng kiến lưu trữ khác, ví dụ khí nén. Công ty Alacaes ở Thụy Sĩ đang khoan một lỗ ở phía bên một ngọn núi để chứa khí nén lạnh có thể dùng quay turbine. Sử dụng kỹ thuật lạnh, công ty làm lạnh không khí cho đến khi nó ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ âm 196 độ C và lưu trữ ở áp suất thấp. Nhưng kho khí lạnh sẽ cần phải chứng minh rằng, chúng cũng đáng tin cậy như những công nghệ năng lượng sạch khác.
Nhưng không phải ai cũng bị thuyết phục bởi những công nghệ lưu trữ năng lượng gần như chưa được kiểm chứng. Giáo sư Sovacool hoài nghi về các công nghệ lưu trữ năng lượng khí lỏng (LAES) vì “dù khả thi về mặt kỹ thuật nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm”. Nhưng bất kể công nghệ năng lượng sạch nào vượt lên đi nữa, các công ty năng lượng, công ty xe hơi và công ty lưu trữ đang xích lại cùng nhau.
Những nguồn năng lượng của tương lai
Ưu điểm của nguồn năng lượng sạch là có sẵn trong thiên nhiên, không gây ô nhiễm, không bị cạn kiệt. Được nói đến nhiều có:
– Pin nhiên liệu sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro lấy từ nhiều nguồn như khí thiên nhiên và oxy, với Nhật Bản là nước đi tiên phong, nơi pin nhiên liệu được dùng cho các phương tiện giao thông và các thiết bị dân dụng như smartphone.
– Năng lượng Mặt trời, đi tiên phong là Nhật Bản, Mỹ và một số nước Tây Âu từ năm 1950 của thế kỷ 20. Đến năm 2016, Nhật Bản đã sản xuất được hơn 10 triệu kW điện năng lượng mặt trời.
– Năng lượng đại dương rất dồi dào tại những nước có diện tích biển lớn, nơi sóng và thủy triều được dùng quay turbine phát điện và vận hành các thiết bị trên biển như hải đăng, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường.
– Năng lượng gió luôn có sẵn ở mọi nơi để quay các turbine phát điện. Công ty North Powen sản xuất thành công một turbine gió siêu nhỏ gọi là NP 103 dùng cho đèn xe đạp, quạt máy nhỏ và bóng đèn nhỏ.
– Năng lượng từ dầu thực vật phế thải. Công ty Someya Shoten Group ở Nhật đã tái chế dầu thực vật phế thải thành xà phòng, phân bón và dầu VDF (diezel thực vật). Không có các chất thải ôxít lưu huỳnh, VDF cho ra lượng khói đen chỉ bằng 1/3 các loại dầu thông thường.
– Năng lượng từ tuyết. Người Nhật đã thành công trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa những tòa nhà khi thời tiết oi bức. Tuyết chứa trong các nhà kho kéo nhiệt độ xuống từ 0oC-4oC để bảo quản nông sản, giảm giá thành sản phẩm.
– Năng lượng từ lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt sau khi phân loại, đưa vào bể chứa và lên men tạo ra khí metan chạy động cơ sinh điện.
– Năng lượng địa nhiệt nằm sâu hàng ngàn mét dưới đảo, núi lửa có thể thu được bằng cách hút nước nóng dưới lòng đất để chạy turbine điện. Nhật Bản hiện có 17 nhà máy địa nhiệt mà lớn nhất là nhà máy Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000 kW cung cấp điện cho hàng ngàn hộ gia đình.
– Khí mêtan hydrate (chất kết tinh bao gồm phân tử nước và metan, ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao) là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất, trắng như nước đá gây tắc đường ống dẫn khí mêtan hydrate được tìm thấy nhiều bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bên dưới lòng đại dương.
Theo: Giáo dục & Thời đại
