10 nguồn năng lượng thay thế quan trọng nhất của con người

Ở một thế giới mà sự bất ổn của cả xã hội và thiên nhiên càng ngày càng gia tăng như hiện nay thì vấn đề năng lượng là một vấn đề nóng hổi rất được quan tâm. Nguồn năng lượng hóa thạch xưa nay vẫn đc coi là chủ chốt đang dần tở nên khan hiếm và cũng là nguyên nhân gây ra nhiều bất động, tranh chấp giữa các quốc gia trên thế giới.

Trong khi đó theo như giới khoa học dự đoán, với tốc độ khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên hóa thạch như hiện nay thì trong vòng vài thế kỉ nữa con cháu chúng ta sẽ phải gánh chịu những hậu quả nghiêm trọng. Từ đó, nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế càng trở nên cấp thiết hơn, càng ngày càng có nhiều dự án nghiên cứu năng lượng thay thế được khởi động và phát triển. Tuy nhiên không phải 100% chúng đều thích hợp để phát triển trong tương lai. Trong bài viết này, xin đề cập tới một số nguồn năng lượng thay thế được cho là khả thi nhất trong thời điểm này.

>> Nhiên liệu hóa thạch và sự tác động của nó đến môi trường
.

1. Năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ. Trong năm 2007, có tới 14% sản lượng điện trên thế giới đến từ năng lượng hạt nhân, trong số đó đối với Hoa Kì, Pháp và Nhật Bản là 56,5% sản lượng điện. Trên thế giới hiện nay có khoảng gần 450 lò phản ứng điện hạt nhân hoạt động rải rác trên 31 quốc gia. Trong toàn Liên minh châu Âu, năng lượng hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện. Chính sách năng lượng hạt nhân có sự khác biệt giữa các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu, và một vài quốc gia khác như Úc, Estonia, và Ireland, không có các trạm năng lượng hạt nhân hoạt động. Khi so sánh với các quốc gia khác thì Pháp có nhiều nhà máy điện hạt nhân, tổng cộng là 16 tổ hợp đang sử dụng.

Những người ủng hộ năng lượng hạt nhân cho rằng điện hạt nhân là một nguồn năng lượng bền vững , làm giảm lượng khí thải carbon và tăng cường an ninh năng lượng bằng cách giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ. Họ cũng nhấn mạnh rằng rủi ro có tể giảm hơn nữa nếu sử dụng các công nghệ mới nhất. Tuy nhiên một số nhà phê bình cho rằng điện hạt nhân là nguồn năng lượng nguy hiểm. Tuy nhiên đối với các nước Phương Tây thì nó được nhìn nhận như là một cách khả thi để đạt được sự độc lập năng lượng.

2. Khí nén tự nhiên

Khí đốt nén tự nhiên (CNG) là hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn là các hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon và hyđrô). Cùng với than đá, dầu mỏ và các khí khác, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch. Khí thiên nhiên có thể chứa đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác. Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất, bao gồm điôxít cacbon (CO2), hyđrô sulfit (H2S), và nitơ (N2). Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ.

Đây được cho là một giải pháp thay thế phần nào nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu diesel. Một lợi ích rất lớn nữa là quá trình đốt cháy khí nén sẽ không thải ra hiệu ứng nhà kính, đó là một lợi thế dành cho môi trường. Loại khí này cũng an toàn hơn rất nhiều các loại nhiên liệu khác trong trường hợp tràn. Ngày nay khí tự niên tường được sử dụng cả cho ô tô động cơ đốt truyền thống đã được chuyển đổi thành xe hai nhiên liệu (xăng và khí nén tự nhiên). Do giá xăng dầu ngày càng tăng nên loại xe này cũng ngày càng được ưa chuộng. Ý là nước có số lượng xe sử dụng khí nén thiên nhiên nhiều nhất trên thế giới, đứng nhì là Canada. Ngoài ra New Zealand cũng là vùng đất của CNG sau những cuộc khủng hoảng giá dầu mỏ.

3. Năng lượng sinh khối

Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, hay gần đây là sinh vật sống, đa số là các cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Được xem là nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sinh khối có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa. Về mặt lịch sử, con người đã khai thác các sản phẩm có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối khi họ bắt đầu dùng củi và cỏ khô để nhóm lửa sưởi ấm. Ngày nay, thuật ngữ này có thể hiểu theo hai nghĩa. Nghĩa thứ nhất, sinh khối là vật liệu cây trồng dùng để tạo ra điện năng (dùng turbin hơi hoặc nén khí), hoặc tạo ra nhiệt (thông qua việc đốt trực tiếp). Sinh khối cũng có thể bao gồm các chất thải phân hủy sinh học có thể được đốt cháy thành nhiên liệu. Nguồn sinh khối công nghiệp được được phát triển từ nhiều loại thực vật bao gồm Miscanthus, cỏ, cây gai dầu, ngô, cây dương, cây liễu, cây lúa miến, mía và một số loài cây khác.

Sản xuất sinh khối là một ngành công nghiệp khá phát triển và đang ngày càng được quan tâm hơn. Hiện nay tại Hoa Kì, năng lượng sinh khối hàng năm sản xuất khoảng 0,5% sản lượng điện. Nhà máy điện New Hope là nhà máy điện sinh khối lớn nhất Bắc Mỹ. Việc phát triển năng lượng sinh khối sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ trong tương lai.

4. Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng của Trái đất. Nó có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tin, từ các hoạt động phân hủy phóng xạ của khoảng vật, năng lượng mặt trời được hấp thụ từ bề mặt trái đất. Để trích xuất nguồn năng lượng này là một điều không khó. Kể từ thời La Mã cổ đại, người ta đã tận dụng nó để nung đồ, tắm … Ở thời nay, nó chủ yếu để tạo ra điện. Đây được coi là nguồn năng lượng hiêu quả, đáng tin cậy và thân thiện với môi trường. Vấn đề duy nhất của nó là sự phụ thuộc vào khu vực địa lý đối với các khu vực gần ranh giới các mảng kiến tạo. Các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây đã từng bước mở rộng phạm vi và quy mô của nguồn tài nguyên tiềm năng này, đặc biệt là các ứng dụng trực tiếp như sưởi ấm nhà. Các giếng địa nhiệt có khuynh hướng giải phóng khí thải nhà kính bị giữ sâu trong lòng đất nhưng sự phát thải này thấp hơn nhiều so với việc đốt nhiên liệu hóa thạch thông thường.

Nhà máy địa nhiệt lớn nhất trên thế giới được đặt tại California, Hoa Kì. Đến năm 2004, một số quốc gia như Kenya, Philippines, Iceland và Costa Rica đã tạo ra 15% sản lượng điện từ các nguồn năng lượng địa nhiệt. Năng lượng địa nhiệt không cần nhiên liệu nên cũng không mất chi phí cho nhiên liệu, tuy nhiên đầu tư ban đầu lại khá cao. Việc thăm dò tài nguyên ban đầu cũng đem lại rủ ro về mặt tài chính tương đối cao. Tuy nhiên nếu khai thác được thì một nhà máy có thể cung cấp năng lượng cho một thành phố lớn. Hiện nay, năng lượng địa nhiệt đã được tạo ra ở 24 nước trên thế giới và một số vùng tiềm năng đang được đánh giá để phát triển.

5. Năng lượng bức xạ

Nguồn năng lượng từ bức xạ tự nhiên có thể cung cấp năng lượng tương đương điện năng với chỉ 1% chi phí bình thường. Nhà khoa học Nikola Tesla đã luôn tin tưởng rằng năng lượng tồn tại xung quanh chúng ta và có thể được khai thác. Một trong những chiếc điện thoại không dây đầu tiên dựa trên năng lượng bức xạ đã được phát minh bởi ông. Thiết bị này sử dụng các máy phát và máy thu có cộng hưởng được điều chỉnh cùng tần số cho phép giao tiếp giữa chúng. Năm 1916, Tesla đã kể lại một thí nghiệm ông thực hiện năm 1986. Ông nói rằng “Bất cứ khi nào tôi nhận được tác động của một máy phát, một trong những cách đơn giản để phát hiện ra các sóng năng lượng không dây là áp dụng một từ trường để tạo ra dòng điện trong dây dẫn. Khi làm như vậy, âm thanh đã được ghi lại ở tần số thấp. Loại năng lượng này có thể khai thác từ môi trường hoặc chiết xuất từ điện bình thường bằng phương pháp phân đoạn.

6. Thủy điện

Thủy điện là nguồn năng lượng có từ năng lượng nước. Chúng có được phần lớn nhờ thế năng của nước được tích tại các đập làm quay một số tuabin nước và máy phát điện.. Hệ thống thủy điện quy mô nhỏ có thể được đặt ở các sông nhỏ, suối và các nhà máy lớn thường ở vùng có các dòng nước lớn, sông chảy xiết. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện và một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường. Hiện nay thủy điện sản xuất ra khoảng 19% sản lượng điện trên thế giới và là một trong những nguồn nhiên liệu mang tính chủ chốt. Đa số các dự án thủy điện cung cấp điện cho mạng lưới điện công cộng nhưng cũng có một số ít được tạo ra nhằm phục vụ các doanh nghiệp công nghiệp cụ thể.

Mặt trái của thủy điện là dù không tiêu thụ nhiên liệu, không xả ra khí thải độc hại với môi trường, nhưng nó cũng tàn phá nặng nề môi trường sinh thái ở một số phương diện khác nhau.

7. Năng lượng gió

Năng lượng gió là sự chuyển hóa năng lượng gió qua các tuabin gió thành các nguồn năng lượng hữu ích cho con người. Các trang trại gió với quy mô lớn hiện nay thường được kết nối với các hệ thống truyền tải lưới điện địa phương. Ở một số khu vực bị cô lập, đây cũng là hình thức được đưa vào sử dụng để cung cấp nguồn điện năng chủ yếu, một số khu vực dân cư còn đi vào sản xuất tư nhân để phục vụ gia đình. Các trang trại gió thường được xây dựng trên một diện tích rộng lớn kết hợp nông nghiệp hoặc chăn thả gia súc. Đây được coi là nguồn năng lượng thay thế có tác động ít nhất đối với môi trường. Dù cho tới bây giờ thì gió mới sản xuất khoảng 1,5% năng lượng điện trên toàn thế giới nhưng nó vẫn đang phát triển nhanh chóng đặc biệt trong khoảng thời gian gần đây. Tại Đan Mạch, điện từ năng lượng gió chiếm tới khoảng 19% sản lượng, ở Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha là 11% và ở Đức khoảng 7%.

Về lịch sử, năng lượng gió đã từng được sử dụng trực tiếp để đẩy tàu thuyền hoặc chuyển đổi thành năng lượng cơ học giúp nghiền hạt, bơm nước … Tới hiện đại thì ứng dụng chủ yếu của nó là sản xuất điện. Tính tới năm 2008, Châu Âu đi đầu thế giới trong việc phát triển năng lượng gió ở ngoài khơi. Ngoài ra Hoa Kì và Trung Quốc cũng đang xúc tiến để phát triển mạnh mẽ nguồn năng lượng này ở các khu vực tiềm năng như Great Plains tại Mỹ và Tân Cương – Nội Mông Cổ tại Trung Quốc.

8. Năng lượng mặt trời

Đây chính là là một trong những nguồn năng lượng được biết tới, sử dụng và tuyên truyền nhiều nhất trên thế giới. Nó đã được con người khai thác từ thời cổ đại cho tới bậy giờ. Nguồn năng lượng này có thể tái tạo được và cho tới bây giờ chúng ta mới chỉ sử dụng một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn. Hiện tại công nghệ khai thác năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng. Người ta cũng có thể thu được điện từ mặt trời qua cách trực tiếp sử dụng tấm quang điện (PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập trung (CSP). Hệ thống CSP sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện.

Nhìn về tương lai, có thể nói nguồn năng lượng mặt trời sẽ là một trong những nguồn năng lượng chủ chốt, có tính ứng dụng và thay thế cao nhất. Hiện tại một số loại xe ô tô sử dụng năng lượng mặt trời cũng đã được phát triển và hoàn toàn có khả năng đưa vào đời sống. Ngoài ra rất nhiều nơi trên thế giới đã tận dụng nguồn nhiệt từ mặt trời để sưởi ấm, đun nước, làm mát không gian, nấu ăn…

9. Năng lượng sóng

Tuy cùng có xuất xứ từ đại dương nhưng năng lượng sóng không được khai thác ngầm dưới lòng biển như năng lượng thủy triều mà ở bề mặt biển – nơi có những ngọn sóng mạng mẽ nhất. Nguồn năng lượng này rất hữu ích, nó có thể được sử dụng để biến thành điện năng, khử muối nước, bơm nước vào các hồ chứa … Tuy nhiên vấn đề chính là ở việc khai thác nguồn năng lượng này không dễ. Chúng ta còn rất khó khăn trong việc đoán được hướng sóng và diễn biển trên mặt biển. Một trang trại năng lượng sóng đã được tạo ra và sử dụng tại Châu Âu. Nó sử dụng bộ chuyển đổi nổi Pelamis – thiết bị nổi sẽ tạo ra năng lượng thông qua chuyển động cơ học từ đỉnh và đáy những con sóng. Tuy nhiên những con sóng không có quy luật ngày đêm như thủy triều hay sự xoay vòng ổn định của các dòng hải lưu nên mặc dù người ta đã biết đến từ lâu nhưng đến giờ nó vẫn chưa được khai thác rộng rãi.

Trang trại năng lượng sóng đầu tiên trên thế giới là ở Bồ Đào Nha, ở đó bao gồm có 3 thiết bị Pelamis 750 kilowat. Tại Hoa Kì cũng đang có một dự án xây dựng một trại năng lượng sóng tai Reedsport thuộc tiểu bang Oregon. Dự án mới mẻ này sẽ sử dụng công nghệ PowerBuoy gồm các bộ phao chuyển đổi năng lượng, Sự lên xuống của sóng sẽ tạo ra năng lượng cơ học, được chuyển đổi điện năng qua thiết bị đặc biệt và truyền tới bờ.

10. Năng lượng thủy triều

Nguồn năng lượng thủy triều chủ yếu được chuyển hóa thành nguồn điện năng. Sức mạnh được tạo ra bởi các máy phát điện thủy triều rất thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng tới hệ sinh thái môi trường. Chúng hoạt động tương tự như những tuabin gió, nhiều các tuabin được xây dưới nước và sức mạnh của dòng nước sẽ giúp chúng tạo ra năng lượng. Mặc dù hiện tại chưa được biết tới rộng rãi nhưng đây là một nguồn năng lượng có tiềm năng để tạo ra điện năng trong tương lai. Và so với năng lượng gió hay mặt trời thì nguồn năng lượng này dễ dự đoán hơn.

Trong lịch sử, một số các nhà máy năng lượng thủy triều đã được đưa vào hoạt động trên vùng bở biển Đại Tây Dương của Hoa Kỳ và Châu Âu. Năng lượng thủy triều đã được tận dụng xa xưa nhất từ thời Trung Cổ hoặc La Mã. Các lực thủy triều được tạo ra bởi mặt trăng và mặt trời kết hợp cùng chế độ vòng quay của trái đất. Hiện nay, một công ty năng lượng của Anh đã xây dựng một trại năng lượng thủy triều đầu tiên trên thế giới tại ngoài khơi Pembrokshire – Xứ Wales. Theo như tính toán, bước đầu trại năng lượng này có 8 tuabin nước, mỗi cái cao tới 25m rộng 15m và cung cấp được điện năng sử dụng cho 5000 hộ gia đình. Trại năng lượng này đã được khởi công từ mùa hè năm 2008 và bắt đầu đi vào hoạt động từn ăm 2010. Trong tương lai, cũng có rất nhiều các kế hoạch phát triển nguồn năng lượng mới mẻ này sắp thực thi, đặc biệt ở các nước phát triển có nguồn đầu tư lớn.

Theo TRÍ THỨC TRẺ

Tags: