Đi tìm nguồn năng lượng cho tương lai

 Nguồn năng lượng sử dụng trong chúng ta hàng ngày phần lớn xuất phát từ các nhiên liệu như dầu, hóa thạch khác. Tuy nhiên, nhằm cải thiện được môi trường, con người bắt buộc phải tìm đến các nguồn năng lượng xanh.

Con người cần phải thay thế dần những nguồn nhiên liệu như dầu, hóa thạch khi chúng đang dần cạn kiệt và không có lợi cho môi trường sống. Bởi vậy, nguồn năng lượng xanh đang là xu hướng thiết thực và gần như vô tận đang được xem là giải pháp tốt nhất ở thời điểm này. Dưới đây là những nguồn năng lượng đang và sẽ được sử dụng trong tương lai.

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời trở thành một giải pháp thiết thực nhất trong việc xanh hóa nguồn năng lượng hiện nay. Có rất nhiều cơ quan, trung tâm đầu não, trung tâm dữ liệu, hệ thống may chủ đã chuyển sang sử dụng nguồn nhiên liệu này nhằm tiết kiệm chi phí, giảm lượng điện tiêu thụ toàn cầu và đem lại môi trường hoạt động trong lành hơn.

Theo báo cáo dự đoán của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency), đến năm 2050 mặt trời có thể sẽ trở thành nguồn điện năng lớn nhất, xếp trên cả nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió, thủy năng và năng lượng hạt nhân. Hiện tại chúng ta có thể tìm thấy những hệ thống năng lượng mặt trời khổng lồ với công xuất lên tới hàng trăm MW. Đơn cử như tháp năng lượng mặt trời cao 1km ở Úc, nhà máy điện Topaz với công suất 55 MW nhờ 9 triệu tấm pin quang điện trên diện tích 24 ha taị Mỹ.

Ưu điểm của hệ thống năng lượng mặt trời đó là không đòi hỏi thêm nhiên liệu nào khác để hoạt động, từ đó tác động vào môi trường ở mức tối thiểu. Thế nhưng nhược điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là sự ổn định của ánh sáng, không gian lắp đặt, sử dụng tương đối lớn.

Gió

Năng lượng gió hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu một cách chính xác, chi tiết và chỉ chiếm 0,1% nhu cầu điện trên toàn thế giới.

Đã từ khá lâu, con người đã biết sử dụng các cối xay gió để thu thập những nguồn năng lượng nhằm phục vụ một cuộc sống tiện nghi hơn. Tại Hà Lan, các cối xay gió cung cấp nguồn điện cho hàng trăm ngàn hộ dân và ngày nay, công nghệ cối xay gió đã có những bước tiến xa hơn khi các nhà khoa học đang muốn tạo ra nhà máy điện thả nổi cối xay gió ở độ cao 4,5km trong bầu khí quyển.

Dẫu vậy, khác với năng lượng mặt trời, việc tìm nguồn gió cung cấp gặp nhiều khó khăn bởi hệ thống này phụ thuộc vào vị trí địa lý, nơi có gió mạnh. Bên cạnh đó, các trang trại gió (giống như Hà Lan) có thể ảnh hưởng đến thời tiết tại địa phương.

Biomass

Biomass hay còn gọi là năng lượng sinh khối hay nhiên liệu sinh học bao gồm các vật chất chưa năng lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ. Chúng ta có thể hiểu đó là các phế phẩm từ nông nghiệp như rơm rạ, bã mía, lõi ngô…, phế phẩm lâm nghiệp nhưu vụn gỗ, lá khô…. Nhiên liệu sinh khôi rất đa dạng và có thể ở dạng rắn, lỏng, khí… được đốt để giải phóng năng lượng như ethanol hay thành dạng khí sinh học (biosgas).

Tuy nhiên, con người cần phải hạn chế sử dụng nguồn năng lượng này bởi chất đốt hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn CO2, ảnh hưởng đến môi trường. Các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu để hạn chế tác hại từ nhiên liệu sinh khối. Trng đó bao gồm việc sử dụng vi khuẩn để tác động vào sinh khối, sản xuất hydro để nhiên liệu

Thủy điện

Trong tương lai, thủy điện vẫn sẽ được áp dụng và khó có thể thay thế khi nó chiếm tới 20% nguồn điện năng trên toàn cầu. Thủy điện được cho rằng năng lượng nước là một nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú mà không đòi hỏi thêm nhiên liệu và không gây ô nhiễm. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu mới đây chỉ ra một số thách thức của các đập thủy điện có thể có thể tạo lượng đáng kể của carbon dioxide và methane qua sự phân rã của các nguyên liệu thực vật ngập nước.

Việc xây dựng đập nước thủy điện ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân cũng như thay đổi hệ sinh thái địa phương. Không chỉ tại Việt Nam mà nhiều quốc gia trên thế giới gặp phải tình trạng ngập lụt, hạn hán do đập thủy điện “vô tình” gây ra.

Năng lượng đại dương

Nguồn năng lượng vô tận từ đại dương đang được nghiêm túc nghiên cứu. Đại dương bao phủ 70% diện tích bề mặt Trái đát và nước cũng là một bộ thu năng lượng mặt trời tự nhiên hiệu quả. Việc chuyển đổi năng lượng nhiệt của đại dương (OTEC) nhằm khai thác bộ thu năng lượng này và sử dụng sự khác biệt nhiệt độ giữa bề mặt nước được làm nóng bởi ánh nắng mặt trời và nguồn năng lượng nước ở dưới độ sâu của đại dương để tạo ra điện. Nhà máy OTEC thường phân ra thành 3 loại:

Chu kỳ khép kín: Một chất lỏng có điểm sôi thấp như amoniac được làm nóng bằng nước biển ấm. Hơi nước tạo ra được sử dụng để vận hành tua-bin phát điện rồi sau đó được làm lạnh bằng nước biển lạnh. Nhưng thiết bị bay hơi và ngưng tụ của hệ thống này phải sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt, cồng kềnh, tiêu thụ một lượng lớn kim loại, và khó khăn để duy trì.

Chu kỳ mở: Tương tự như chu kỳ OTEC khép kín, ngoại trừ không có chất lỏng trung gian thấp (như khí propan, isobutan, freon, amoniac…). Hệ thống làm nước sôi trong thiết bị bay hơi và biến thành hơi. Hơi nước chạy từ vòi phun tua-bin làm phát điện. Xả hơi từ tua-bin vào bình ngưng được làm mát bằng nước biển vùng lạnh.

Chu kỳ lai: Chu kỳ OTEC đóng được sử dụng để tạo ra điện, sau đó được tạo ra môi trường áp suất thấp cần thiết cho chu kỳ mở cửa.

Nhà máy OTEC có thể tăng thêm nguồn nước ngọt, và hơn nữa nước biển giàu chất dinh dưỡng lấy từ đáy đại dương có thể được dùng để nuôi cấy vi sinh vật và thực vật biển. Hạn chế chủ yếu của OTEC chính là hiệu suất chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng quá thấp khi hệ thống này chỉ hoạt động dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ, thường khoảng 20oC. Rõ ràng, đâ là một dự án đầy tiềm năng trong tương lai.

Pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu hydro được coi là sự thay thế hoàn hảo cho nhiên liệu hóa thạch. Các nhà khoa học có thể tạo ra điện bằng cách sử dụng hydro và oxy mà không gây ảnh hưởng đến môi trường. Xe hơi chạy bằng pin nhiên liệu hydro không chỉ mang đến hiệu suất tốt hơn động cơ đốt trong mà khí thải duy nhất của nó là nước.

Tuy nhiên, việc tìm kiếm nguồn hydro gặp nhiều khó khăn khi nó tồn tại dưới dạng nước và để sản xuất, cần phải có một nguồn năng lượng khác (nhiều khi phải phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch). Một vấn đề khác với hydro là nó không thể nén một cách dễ dàng hoặc an toàn, và đòi hỏi bể lớn để lưu trữ. Ngoài ra các nguyên tử hydro có xu hướng thất thoát thông qua vật liệu làm bình chứa.

Năng lượng hạt nhân

Năng lượng có thể được tạo ra bởi các nguyên tử - quá trình chia tách hoặc kết hợp được gọi là sự phân hạch và nhiệt hạch tương ứng. Phân hạch hạt nhân phóng xạ có hại và tạo ra lượng lớn chất phóng xạ, có tác động hàng ngàn năm và có thể phá hủy toàn bộ hệ sinh thái nếu bị rò rỉ. Bên cạnh đó, năng lượng hạt nhân được làm nguyên liệu để chế tạo các loại vũ khí có sức hủy diệt khủng khiếp.

Hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để sản xuất và duy trì ở nhiệt độ cao cần thiết. Ý tưởng tổng hợp nhiệt hạch âm thanh - về mặt kỹ thuật được hiểu là tổng hợp nhiệt hạch bằng quán tính âm thanh - xuất xứ từ một hiện tượng tự nhiên phát quang do âm thanh (sonolumi-nescence).

Nguyên lý hoạt động là sử dụng các loa phóng thanh gắn vào bình chứa đầy chất lỏng rồi truyền sóng áp suất, kích thích sự chuyển động các bọt sóng âm. Các bọt này lớn lên và tan vỡ tuần hoàn, tạo nên các chớp loé sáng thấy được, kéo dài không quá 50 picô giây. Bọt tạo ra nhiệt độ và áp suất có thể đạt đến mức khởi động được phản ứng tổng hợp nhiệt hạch.

Phản vật chất

Có lẽ lý thú nhất là các phản vật chất. Trong vật lý, các phản vật chất được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản hạt electron, phản hạt notron… Trên lý thuets, nếu phản vật chất gạp vật chất sẽ gây ra phản ứng nổ và giải phóng năng lượng khổng lồ, được tính bởi phương trình E = mc^2 của Einstein.

Phản vật chất đã được sử dụng trong kỹ thuật hình ảnh y tế được gọi là chụp cắt lớp phát xạ positron (PET), nhưng việc sử dụng nó như một nguồn nhiên liệu tiềm năng vẫn còn thuộc về lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Phản vật chất có thể được sản xuất trong phòng thí nghiệm, nhưng hiện tại chỉ chiếm một lượng rất nhỏ và với chi phí quá cao. Thậm chí nếu vấn đề của sản xuất có thể được giải quyết thì vẫn còn là câu hỏi khó cần giải đáp là làm thế nào để lưu trữ cái gì đó mà có khuynh hướng tự hủy khi tiếp xúc với vật chất thông thường và làm thế nào để khai thác năng lượng tạo ra.

Theo: Công nghệ