GS. Thái Công Tụng. Năng lượng xanh

.

1. Từ bio đến green

Thế kỷ 21 có nhiều đổi thay so với thế kỷ 20. Thực vậy, trước đây hóa học đã đem lại cho loài người nhiều tiện nghi như bột giặt, bột rửa chén, chùi nhà, bao plastic v.v... nhưng ngày nay các sản phẩm hóa học gây ô nhiễm môi trường trong nước cũng như không khí.

Riêng xe cộ xử dụng xăng, dầu hỏa và các nhà máy chạy bằng than đá... đã làm tăng phát thải khí nhà kinh.

Đó là lý do người ta càng ngày càng nghiêng về BIO, tức sinh học như biotech, biopharm, bioremediation... còn năng lượng thì nghiêng về GREEN, gọi chung là năng lượng xanh, có sẵn trong thiên nhiên, vô tận không hết, rẻ tiền, không ô nhiễm đến môi trường. Ví dụ: năng lượng từ mặt trời, gió (phong điện), nước (thủy điện), đất (địa nhiệt), từ rác thải, bùn cống v.v... Những loại năng lượng này sẽ giúp giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính theo Nghị định thư Kyoto.  

2. Các nguồn năng lượng xanh

2.1. Mặt trời

Tại Quebec, một xứ mà đúng như bài hát ‘Mon pays, c’est l’hiver’ với mùa đông băng giá kéo dài rất lâu nên có nhiều nhà có Solarium chính là để tận dụng mặt trời chiếu nóng để có thể nuôi hoa, cây cảnh...

Mặt trời là năng lượng vô tận. Trên trái đất này, năng lượng mặt trời là nguồn gốc của chu kỳ nước (bốc hơi, thoát hơi...), của gió (cao áp, hạ áp), của quang hợp trong giới thực vật và nhờ đó giúp  động vật sinh tồn. Do đó năng lượng mặt trời là mẹ của mọi năng lượng khác, chỉ trừ năng lượng hạt nhân, địa nhiệt và năng lượng thuỷ triều. Loài người xử dụng năng lượng mặt trời để biến đổi ra các loại hình năng lượng khác như động năng, nhiệt năng, điện năng.

Ở Việt Nam hiện nay, năng lượng mặt trời chỉ dùng để... phơi khô áo quần, trong khi đó nhiều quốc gia khác đã đưa điện mặt trời hỗ trợ điện lưới.

Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh và chiếm một tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu phân bổ điện năng.

 Sau đây là vài kỹ thuật dùng để khai thác năng lượng mặt trời: 

●       Tấm năng lượng mặt trời nhiệt (thermic solar panel). Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời  để nung nóng nước lạnh, dùng để tắm hoặc đơn giản hơn được ứng dụng trong các đèn trang trí nhà, ban công, hàng rào, sân vườn khách sạn,... Các tấm năng lượng mặt trời đều có gắn các ống luân chuyển chất lỏng truyền nhiệt tới nơi cần dùng hay dự trữ... 

●       Tấm quang điện mặt trời (photovoltaic panel) chứa nhiều dãy pin năng lượng mặt trời (pin quang điện) có khả năng hấp thụ năng lượng của mặt trời và tạo ra điện năng. Nhiều vùng hẻo lánh xa mạng lưới điện thường dùng tấm quang điện mặt trời để xử dụng trong đài truyền tin, đài khí tượng ở các địa phương nhỏ (tác giả thấy ở Nepal, vùng núi non) hoặc dùng năng lượng điện để bơm nước giếng sâu cho các thôn làng (tác giả gặp bên Mali). 

Hiện nay, ngay cả xứ Abu Dhabi có nhiều dầu hỏa thế mà họ cũng có nhà máy sản xuất điện với năng lượng mặt trời. Và Saudi Arabia cũng có dự án như vậy, mục đích để dành dầu hỏa xuất cảng.

 Còn Âu Châu có dự án là dùng năng lượng mặt trời vùng sa mạc Sahara để biến đổi thành điện năng cho châu Âu qua các đường tải điện ngầm dưới biển. Điện sản xuất ra cũng dùng để chế biến nước biển thành nước ngọt cho các xứ quanh Điạ Trung Hải.

2.2. Gió

Gió là nguồn năng lượng con người xử dụng từ hàng trăm năm nay với thuyền buồm. Nhờ gió mà Kha Luân Bố khám phá ra Mỹ Châu! Nhờ gió mà người Irlande tới Bắc Mỹ ở Boston đầu tiên, với chiếc thuyền buồm Mayflower!

Người du khách nếu đi từ Los Angeles/quận Cam ở Cali đến Las Vegas sẽ thấy dọc đường trong sa mạc nhiều cột cao với hàng ngàn quạt gió quay mịt mù. Đó là năng lượng gió để sản xuất điện.

Ở Âu Châu, ngày nay, năng lượng gió cũng được ứng dụng rất nhiều từ Đức tới Bỉ với nhiều tuốc bin gió xây dọc theo bờ biển và truyền tải điện để đưa điện vào đất liền. Chi phí sản xuất điện gió ngoài khơi như vậy khá tốn kém nhưng vẫn cạnh tranh được khi giá dầu mỏ tăng cao, do đó việc phát triển điện gió trên biển được coi là giải pháp tối ưu vừa phát huy được thế mạnh tự nhiên vừa bảo vệ môi trường.

Tại Quebec cũng có nhiều chỗ có xây cột gió miền Đông Bắc Quebec (Matane, Gaspésie) vì chỗ đó gió nhiều và liên tục, xa chỗ làng mạc. Điện sản xuất ra được nối mạng vào hệ thống điện Hydro Quebec nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần.

Mặt khác vì có ánh sáng mặt trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban ngày.

2.3. Nước

Nước cũng là một nguồn năng lượng xanh vô tận vì ‘nước trôi ra biển lại mưa về nguồn’.

Nước trên sông suối được trữ lại nhờ đập nước và đổ xuống dưới thấp, tạo ra năng lực để làm quay các turbine chạy các máy phát điện. Riêng Quebec thì phần lớn điện dùng trong nhà, trong kỹ nghệ... đều là từ thủy điện vì Quebec có nguồn nước rất lớn với hồ, sông la liệt trên miền Bắc. Với hàng trăm công trình thủy điện lớn nhỏ, Hydro Quebec sản xuất trên 35 000 Megawatt, không những đủ tiêu dùng cho dân Quebec (chừng 7 triệu người) mà dư thừa còn xuất cảng qua Mỹ.

Nước là năng lượng xanh, tái tạo và không gây ô nhiễm như các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than hay dầu hỏa thường phát thải khí nhà kính ô nhiễm bầu trời.

2.4 Khí sinh học (biogas).

Khí sinh học thường là methane, một loại khí do sự phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (không có oxy).

Tại thành phố St Hyacinthe gần Montreal, họ xử dụng các bùn từ ống cống thành phố để biến chế thành khí sinh học. Nước cống chứa bùn, cho vào bể phân giải (digester) khép kín (không có oxy) chỉ cần 25 ngày thì bùn cống bị các vi khuẩn hủy hoại tạo ra khí methan. Bùn còn sót lại dùng làm phân bón. Như vậy bùn cống khỏi cần xe chở đi đổ xa xôi mà có thể chế biến tại chỗ tạo ra khí methane dùng chạy xe, đốt lò v.v...

Rác thành phố cũng có thể xử dụng sản xuất khí sinh học. Rác thải thường là thức ăn, dư thừa nhà bếp (vỏ trái cây, phế thải). Ngoài ra có chất thải plastic bao gồm các loại túi xốp, bao bì, khay đựng thực phẩm dùng một lần, có tuổi thọ rất lâu và rất khó tự phân hủy. Thông thường thành phố phải chôn lấp tại các bãi rác do đó phải mất nhiều đất để chôn lấp hoặc xử lý bằng biện pháp đốt ở nhiệt độ cao, gây ô nhiễm môi trường. Càng ngày càng có nhiều nước xử dụng  khí sinh học.

Phân bò, phân heo cũng có thể xử dụng tạo ra khí sinh học để nấu ăn, như vậy giúp giảm sức ép lên các khu rừng đốn củi.

2.5. Ethanol sinh học (bioethanol)

Ethanol sinh học dùng để pha chế thêm vào xăng. Ethanol sinh học được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu như bắp, mía, củ cải đường. Tinh bột (trong khoai mì,...), đường (trong mía, củ cải đường...) cho lên men sau đó chưng cất (distillation). Tuy nhiên, việc sản xuất ethanol sinh học từ cây lương thực như ngũ cốc (nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên) đã tạo ra một cuộc cạnh tranh trực tiếp với nguồn cung cấp thực phẩm.

Một hướng chuyển sang một nguyên liệu thực vật không ăn được là rơm rạ nên giúp giảm áp lực lên các cây lương thực. Trong rơm rạ có cellulose và hemicellulose có chứa pentose nên thủy phân được dễ dàng để lên men đường chuyển đổi thành ethanol. Trên nhiều xe bus của thành phố Montreal, thỉnh thoảng ta bắt gặp giòng chữ: Ce bus roule au biodiesel, chính là bioethanol đó!

Ngoài rơm rạ, còn có tảo, bèo… Bèo tấm mọc rất nhanh trên các mặt hồ, thu hoạch dề dàng hơn tảo, phát triển trên nước thải cũng có thể dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học.

2.6. Địa nhiệt

Chúng ta vẫn nghe nói đến nguồn suối nước nóng, tắm bùn v.v... Đó là địa nhiệt từ lòng đất. Với mỏ dầu hỏa càng ngày càng khô cạn nên hiện trên thế giới đã có nhiều nước quan tâm vào phát triển khai thác nguồn năng lượng này và đã có nhiều hiệu quả tốt.

Nhà máy điện địa nhiệt có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, không phụ thuộc vào yếu tố khí hậu như năng lượng mặt trời, gió hoặc sóng biển... Nguồn năng lượng địa nhiệt trong lòng đất vô cùng vô tận, bảo đảm cho nhà máy điện địa nhiệt hoạt động bền vững, lâu dài. Đồng thời, xây dựng nhà máy điện địa nhiệt cũng tốn rất ít diện tích.
Hiện nay, nhiều xứ quanh bờ Thái Binh Dương như Nhật, Philippine, Indonesia cũng như California có nhiều địa điểm thích nghi vì trùng với vành đai núi lửa có nhiều địa nhiệt dưới lòng đất nên việc khai thác địa nhiệt rất hiệu quả.

●       Mỹ đang là quốc gia đi đầu trong việc sản xuất địa nhiệt trong số các quốc gia trên thế giới có phát triển địa nhiệt. Công suất điện địa nhiệt của Mỹ hiện chiếm 32% công suất địa nhiệt của các nhà máy trên thế giới. Nhà máy địa nhiệt The Geysers ở Mỹ, phía Bắc San Francisco với công suất 2000 megawat, dùng hơi nước từ hàng trăm giếng.

●       Iceland, xứ Băng đảo nằm ngay trên rặng núi lửa giữa Đại Tây Dương cũng dùng năng lượng địa nhiệt rất nhiều vì địa chất thuận lợi. Trên hòn đảo này hiện đang hoạt động 5 nhà máy địa nhiệt điện với tổng công suất khoảng 420 MW, bằng 26,5% tổng năng lượng điện trong cả nước. Còn nguồn nhiệt dùng để để sưởi ấm và đun nóng nước bằng địa nhiệt chiếm tới 90%. Xứ này xếp vị trí 14 trên thế giới về tiềm năng địa nhiệt nhưng là nước có sản lượng điện địa nhiệt tính theo đầu người cao nhất thế giới.

●       Ở Phi châu thì hiện nay có nguồn địa nhiệt lớn lao trong dãy địa hào nổi tiếng rift vùng Kenya. Tưởng cũng cần nói thêm là địa hào là một máng sâu ăn vào lòng đất nên gần với nguồn lửa vốn có ở dưới sâu.

Cách khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt là người ta cần khoan các giếng sâu 4-5km vào lòng đất thì nhiệt độ dưới đất càng nóng, rồi phải tìm cách thu nhiệt này để làm nước sôi lên và chính hơi nước sẽ theo ống dẫn lên làm chạy máy phát điện. Nếu không dùng để sản xuất điện thì nguồn nhiệt cũng có thể được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm nhà cửa, sấy quần áo, làm tan băng trên các đường giao thông v.v...

.

Riêng tại Quebec, Trung Tâm Bệnh viện Đại học Laval ở Quebec có dự án dùng địa nhiệt với 60 giếng đào với độ sâu chừng 229 mét để thu nhận nhiệt dưới đất, giúp sưởi ấm mùa đông và làm mát các phòng bệnh viện mùa hè và như vậy giúp giảm mỗi năm 2 triệu đôla tiền điện.

3 . Kết luận

Trái đất ta ở có đủ các tài nguyên tái tạo như mặt trời nước, gió, lửa. Các tài nguyên này luân lưu, có sẵn trong thiên nhiên và nếu tận dụng khai thác thì sẽ có lợi về nhiều mặt:

●       kinh tế, vì tiết kiệm ngoại tệ nhập cảng xăng dầu để sản xuất điện.

●       môi  trường vì không phát thải khí độc lên bầu trời, giảm ô nhiễm, tăng tuổi thọ, bớt bệnh hô hấp.

Các kỹ nghệ dùng năng lượng xanh còn tạo công ăn việc làm cho nhiều người trong kỹ nghệ chế tạo, lắp ráp, bảo trì v.v...

GS Thái Công Tụng