NewYork Paris Hà Nội Khách thứ :

NIỀM TIN TƯƠNG LAI

     

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 (TWh)Thế giới Khả dụng (TWh)Thế giới Cơ bản (TWh)Việt Nam Khả dụng (TWh)Việt 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, v.v. 686 88 0 0
Chất đốt rắn tái tạo và rác 13338 11852 279 270
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

Năng lượng Dầu thô (Mt) Khí tự nhiên (Gm3) Than đá (Mt) Uranium (Kt)
Trữ lượng 159644 176462 847488 3297(*)
Khai thác 3898 2834 5901 42
Số năm khai thác còn lại 41 62 144 79

Việt Nam

Trữ lượng 413 365 150 5(*)
Khai thác 19 4 35 ?
Số năm khai thác còn lại 22 91 4 ?

(*) 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)

Vùng và lãnh thổ Dầu thô Tỷ thùng Dầu thô Tỷ thùng * Khí tự nhiên Nghìn tỷ feet khối *
* A B Sai biệt (%) A B Sai biệt (%)
Bắc Mỹ 213,43 46,14 153 276,95 278,04 0
Trung và Nam Mỹ 103,36 76,5 30 250,84 246,87 2
Châu Âu 16,38 15,98 2 200,75 182,76 9
Châu Âu Á (Eurasia) 77,83 123,22 46 1952,6 2040,74 4
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 Dương 35,94 36,38 1 391,65 455,7 15
Tổng cộng thế giới 1292,94 1119,62 14 6124,02 6226,56 2
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)

* Thế giới Việt Nam
Tiềm năng (TWh/năm) * *
Lý thuyết >41202 300
Khả thi kỹ thuật >16494 123
Khả thi kinh tế ? 78
Sản lượng (2005) 2837 18
Công suất (GW) * *
Hiện có 778,0 4,2
Đang lắp đặt thêm 124,0 7,8
Dự trù lắp đặt thêm ? 4,6

Thủy điện vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Theo những số liệu trên bảng, nhân loại mới chỉ khai triển được một phần tư tiềm năng kinh tế và một phần sáu tiềm năng kỹ thuật của thủy năng. Tuy nhiên các nước có kinh tế phát triển đã huy động tất cả tiềm năng kinh tế thủy điện của họ rồi và đang khai triển những địa điểm có thể dùng để xây những công trình tích năng.

Một công trình thủy lợi điều tiết lưu lượng nước ở hạ nguồn để có thể cung ứng nước đúng mức đúng lúc cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao thông vận tải và sản xuất điện. Mỗi chức năng có một giá trị kinh tế. Vì thế mà tiềm năng kinh tế sản xuất thủy điện chỉ có thể tính một cách cá biệt cho mỗi công trình chứ không thể ước tính chung cho một nước hay cho toàn thế giới.

Bây giờ một công trình thủy lợi cũng có thể được dùng làm hồ tích năng : trong những giờ rỗi công suất có thừa của những nhà máy nhiệt điện dùng để bơm nước từ hạ nguồn lên thượng nguồn làm gia tăng lượng nước tích trữ ở thượng nguồn. Như thế, điện của những giờ cao điểm, có giá trị kinh tế cao, sẽ được sản xuất bởi điện có giá trị kinh tế thấp hơn, đã được "lưu kho" trong những giờ rỗi. Gia tăng lượng nước tích trữ ở thượng nguồn sẽ gia tăng khả năng điều tiết lưu lượng nước về hạ nguồn và gia tăng tỷ số lợi nhuận của công trình thủy lợi.

Ô nhiễm

Thủy điện cần đến nhiều nước chảy từ một điểm rất cao. Tỷ dụ, 3,6 tấn nước chảy từ 100 mét chỉ sinh ra được có một kilô watt giờ thủy điện. Trong điều kiện đó, một tủ lạnh cỡ dùng cho một gia đình tiêu thụ 380 kWh mỗi năm sẽ cần đến 1.400 tấn nước. Vì ràng buộc vật lý đó mà những hồ chứa nước của các công trình thủy điện chiếm những diện tích lớn vi phạm môi trường tự nhiên.

Những người sinh sống ở địa điểm hồ chứa tương lai phải bỏ nhà cửa, mồ mả tổ tiên và đồng ruộng di cư đi nơi khác. Vì đập có thể bị vỡ, những người sinh sống ở một số nơi hạ nguồn đập cũng phải dọn đến những nơi an toàn hơn. Nếu một dòng sông được chỉnh trang thành thang thủy lợi thì vỡ đập có thể gây ra một phản ứng dây chuyền : đập thứ nhất ở thượng nguồn bị vỡ, vật liệu cộng với nước chứa trong hồ của đập đó chảy vào hồ chứa thứ hai ở hạ nguồn làm vỡ đập của hồ thứ hai này. Sau đó lần lượt từ đập này đến đập khác bị phá vỡ như thế cho tới khi tất cả thang thủy lợi bị phá.

Đập thủy lợi ngăn một dòng sông và cản không cho cá tự do lội xuôi dọc dòng sông. Để giải quyết vấn đề này, người ta xây một kênh nhỏ nối liền hai mặt của đập gọi là thang cá. Hồ nhân tạo ở thượng nguồn có thể là một sinh thái mới với những sinh vật khác sống trong đó. Những sinh vật mới này có thể không thân thiện lắm với sinh vật và thảo vật có mặt ở nơi đó trước khi hồ đầy nước. Đặc biệt, một hồ nước ở vùng nhiệt đới sẽ có bèo Nhật Bản (Eichhornia crassipes) mọc. Với khả năng sinh trưởng rất mau, bèo Nhật Bản có thể bao phủ tất cả diện tích hồ, giảm hàm lượng dưỡng khí hòa tan trong nước và ngăn cản ánh sáng mặt trời chiếu vào nước. Hậu quả là không còn sinh vật nào có thể sống trong hồ nữa. Bèo xen vào trục tuabin và cửa van của đập làm cho những thiết bị đó bị kẹt. Bèo cũng xen vào trục chân vịt và bánh lái các thuyền đi lại trên mặt hồ làm cho thuyền bè phải thường xuyên ngưng hoạt động để sửa chữa.

Gần đây, sau khi nghiên cứu đập Petit Saut ở Guyana thuộc Pháp, người ta nhận thấy, ở những xứ nhiệt đới, những cây cỏ hãy còn chìm tại chỗ khi nước tràn vào hồ hấp thụ một phần dưỡng khí hòa tan trong nước, úng mục và sinh ra khí sulfur hydrô, CO2 và methan, cả ba khí này đều là những khí có hiệu ứng nhà kính. Cá trong hồ thiếu dưỡng khí, ngạt thở và chết. Hiện tượng này chỉ bắt đầu giảm sau một vài năm khi những thảo vật úng mục đã tan hết.

Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị

Một công trình thủy lợi nhỏ (tiểu thủy điện, công suất dưới 10.000 kW) hay cực nhỏ (vi thủy điện, công suất dưới 1.000 kW) chủ yếu đáp ứng một nhu cầu địa phương và không đặt ra khó khăn gì cả. Nhà đầu tư xây đập với những vật liệu có sẵn tại chỗ và lắp những thiết bị điện cơ có tầm vóc nhỏ nên không đặt nhiều vấn đề kinh tế kỹ thuật.

Những công trình thủy lợi cũng có thể là những công trình lớn : khối lượng vật liệu xây dựng đập quan trọng, khối lượng và trọng tải thiết bị điện cơ lớn,… Những địa điểm thuận lợi để xây công trình nhiều khi là những nơi hoang vu đường sá khó khăn. Nhà máy thủy điện phải được liên kết với mạng phân phối điện quốc gia bằng những đường dây tải điện cao thế.

Để chở vật liệu xây dựng và thiết bị cho đập và nhà máy thì phải xây trước những hạ tầng giao thông dẫn tới công trường. Công trình phải mấy năm mới xây xong (có khi tới hơn mười năm) và cần đến cả nghìn nhân công và kỹ sư. Để cho những người đó và gia đình họ sinh sống bình thường thì phải lập cả một đô thị với tiện nghi nhà ở, siêu thị, trường học, nhà thương, khu giải trí và có khi cả những nơi hành đạo. Một khi xây xong những cơ sở hạ tầng đó sẽ được dỡ đi hay có thể để lại để làm khởi đầu cho một nền kinh tế địa phương mới.

So với một nhà máy nhiệt điện chạy bằng năng lượng hóa thạch cùng công suất, một công trình thủy điện cần đến nhiều vốn hơn, phải xây trong một thời gian lâu hơn và có đời sống kỹ thuật lâu hơn nhiều (nhiều đập có thể dùng được tới cả thế kỷ). Vốn bị giam cầm lâu là vốn không có thể dùng được cho những dự án phát triển khác. Vì thiếu tài chính ngắn hạn có nước đã phải hoãn lại nhiều dự án thủy lợi, mặc dù có tỷ số lợi nhuận cao, để thực hiện những dự án nhiệt điện có khả năng sinh lợi mau hơn.

Như viết ở trên, một công trình thủy lợi có thể cung ứng nước cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao thông vận tải và sản xuất điện. Công trình đã được tối ưu hóa để thỏa mãn toàn bộ những nhu cầu đó dựa trên những dự báo dài hạn tới mấy chục năm của mỗi đối tác tham gia dự án. Một khi công trình đã được hoàn thiện, người điều hành công trình phải điều chỉnh lưu lượng nước để thỏa mãn nhu cầu trước mắt và trong tương lai ngắn hạn và trung hạn của tất cả những đối tác cần dùng nước của công trình. Những quyết định đó dựa trên những mô hình toán học rất phức tạp.

Nhiều khi một dòng sông chảy qua lãnh thổ của nhiều nước. Điều này đặt ra vấn đề sử dụng nước của dòng sông để không quốc gia nào ven sông bị thiệt. Những thương lượng đa phương sẽ dẫn tới một hiệp định quản lý nước của dòng sông và sự thành lập một ủy ban đa phương kiểm tra thi hành hiệp định đó. Có khi các nước ven sông không đạt được thỏa thuận và tranh chấp có thể dẫn tới chiến tranh.

Những nguồn năng lượng tái tạo khác

Năng lượng mặt trời ( quang năng )

Năng lượng mặt trời có thể được khai thác dưới dạng nhiệt và dưới dạng điện. Vì chỉ có những áp dụng nhỏ hay cực nhỏ, năng lượng mặt trời không đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật hay kinh tế.

Lưu lượng quang năng từ mặt trời xuống mặt đất là 1.366 W mỗi mét vuông. Nhưng vì mặt trời chỉ chiếu sáng có ban ngày và một phần ánh sáng mặt trời bị mây che, trung bình mỗi mét vuông chỉ nhận được có 150/200 W. Theo kết quả khảo sát những dàn quang điện đang vận hành, công suất của điện mặt trời là 165 đến 500 kWh/m²/năm tùy nơi.

Khai thác quang năng dưới dạng nhiệt thì có tỷ số lợi nhuận cao mà lại không cần đến công nghệ cao. Ở những xứ lạnh, nhiệt năng dùng để sưởi nhà. Ở những xứ nóng, nhiệt năng dùng để giảm nhiệt độ không khí trong nhà bằng bơm nhiệt theo quy trình hấp thụ. Ở xứ lạnh hay xứ nóng thì quang năng đều có thể dùng để đun nước gia dụng. Trung bình một mét vuông bảng mặt trời đủ để cung ứng suốt năm nước nóng gia dụng cho một người. Về mặt kỹ thuật một người có thể tự chế tạo được một hệ thống quang năng mà không cần phải có kỹ năng gì cả.

Ngoài một số dàn quang điện dùng để nghiên cứu và chứng minh tính khả thi kỹ thuật, quang năng dưới dạng điện chỉ dùng cho những thiết bị cần đến rất ít điện. Những áp dụng này tiết kiệm những pin cho đồng hồ, máy tính xách tay, máy radio, máy truyền hình nhỏ, đèn điện chiếu sáng vườn cảnh, hay tiết kiệm chi phí kéo đường dây cung ứng điện cho những trạm tín hiệu, cọc tiêu, rờle viễn thông, máy tính tiền đỗ xe, máy phát tiền,… Lắp ráp những tế bào quang điện để sản xuất những sản phẩm trên chỉ là một công nghệ lắp ráp đơn giản. Lắp ráp chúng thành giàn cũng không khó khăn gì hơn. Ngược lại công nghệ sản xuất những tế bào quang điện cần đến những cơ sở sản xuất tương tự như những cơ sở sản xuất vi mạch.

Dưới dạng nhiệt, quang năng không ô nhiễm môi trường mấy. Dưới dạng điện, quang năng đặt vấn đề ô nhiễm khi sản xuất những tế bào quang điện. Nhưng nguồn ô nhiễm này tập trung ở nơi sản xuất nên có thể kiềm chế được. Ngoài ra cũng có vấn đề ô nhiễm nhỏ qua những bình ắcquy bằng chì hay bằng lithium. Ở các nước Tây Âu có quy định những cửa hàng bán ắcquy phải nhận tất cả những bình ắcquy cũ mà bất cứ ai mang đến. Những linh kiện này được gửi đi xử lý hay tuần hoàn chúng ở những cơ sở dưới sự kiểm tra của thanh tra môi trường Nhà Nước.

Năng lượng gió ( phong năng )

Phong năng có thể dùng hữu hiệu nhất để bơm nước : bơm nước uống gia dụng hay cho gia súc, tưới cây và đồng ruộng hay để tích năng trong một hồ thủy điện. Nhưng xu hướng hiện nay là dùng những quạt gió khổng lồ để sản xuất điện. Một quạt gió sản xuất điện lớn nhất có công suất tới 3 MW và phải dành một khoảng trống 2.000/3.000 mét vuông để có thể chạy một cách tối ưu. Ở những địa điểm thuận lợi nhất, một kilô mét vuông với những quạt gió xếp đặt một cách tối ưu thì có thể thu được 20 MWh mỗi năm, nghĩa là 55 kWh/m²/năm.

Nhiều người than phiền những quạt gió thiếu thẩm mỹ, gây tiếng ồn và cản trở chim bay. Thẩm mỹ là một vấn đề đánh giá chủ quan. Thực ra người ta không phân biệt được tiếng ồn của quạt gió với tiếng ồn tự nhiên của gió nếu cách quạt gió hơn 300 mét. Còn ảnh hưởng đến đời sống của chim thì những nghiên cứu đang tiến hành chưa đưa đến một kết luận tích cực hay tiêu cực nào.

Gần đây các nước phát triển xây dựng những trang trại quạt gió, nghĩa là một diện tích rộng với nhiều quạt gió sản xuất điện liên kết với nhau. Đất giữa những cột quạt gió vẫn có thể được dùng cho canh nông hay mọi công dụng khác. Có ý kiến dùng những cột tải điện cao thế làm cột cho quạt phong điện. Xu hướng đương thời là xây những quạt gió đó ở ngoài khơi rồi câu điện vào đất liền để :

• Không chiếm diện tích lục địa,

• Giảm ô nhiễm thẩm mỹ và âm thanh.

• Và lợi dụng gió có nhiều và thổi đều đặn hơn ở đất liền.

Với những quạt gió ngoài khơi, vật liệu xây dựng và thiết bị của quạt gió phải có thể chịu đựng được sự hoen rỉ vì nước biển và những công tác bảo quản sẽ tốn kém hơn.

Những quạt gió phải có thể chịu đựng những cơn bão với gió trên 200 km/h nên kết cấu phải kiên cố làm cho giá một đơn vị công suất lắp đặt tương đương với một nhà máy điện hạt nhân. Vì gió không điều hòa, quạt gió chỉ dùng được trung bình 15 đến 20 phần trăm công suất lắp đặt và quạt gió chỉ chạy tối đa trong hai nghìn giờ trong năm. Để có thể cung ứng điện một cách liên tục, người ta phải bố trí một công suất lắp đặt tương đương chạy bằng một nguồn năng lượng khác đáng tin cậy hơn để hỗ trợ. Nói tóm lại, một công suất phong năng chỉ tham gia vào tiết kiệm năng lượng cơ bản chứ không thay thế được một công suất phương tiện sản xuất điện từ một nguồn năng lượng khả tín hơn.

Khi nhiều quạt gió được liên kết với mạng phân phối thì phong điện là một nguồn ô nhiễm cho mạng phân phối điện quốc gia : bất chợt nhiều quạt gió ngưng hoạt động vì có gió giật thì mạng phân phối điện bị mất cân bằng và hệ thống tải điện có thể sụp đổ vì các nhà máy điện khác không phản ứng kịp.

Phong năng thích ứng cho những áp dụng cá nhân hay những cộng đồng nhỏ sống ở những nơi hẻo lánh. Với công nghệ hiện nay, vì cần nhiều diện tích đất hay mặt biển để vận hành, những vật liệu và thiết bị chịu đựng những xâm phạm của khí quyển, kết cấu có thể chịu được những gió mạnh và những thiết bị sản xuất điện hỗ trợ, phong điện ở quy mô lớn chưa chứng minh được tính khả thi kinh tế.

Năng lượng biển ( hải năng )

Áp dụng đầu tiên của hải năng là khai thác sai biệt nhiệt độ nước ở trên mặt biển và nhiệt độ thấp hơn ở sâu dưới đáy biển. Sai biệt này có thể lên tới hơn 50 C ở những vùng nhiệt đới. Gần đây không thấy ai nói đến nữa.

Bây giờ người ta tìm cách khai thác năng lượng của thủy triều, sóng biển và luồng nước đại dương.

Khi thủy triều lên, nước đổ vào vịnh và khi thủy triều xuống thì nước trong vịnh chảy ra ngoài khơi. Trên nguyên tắc, hai lần mỗi ngày, ở cửa vịnh sẽ có một luồng nước chảy vào vịnh rồi chảy ngược ra khơi. Nếu xây một đập ở cửa vịnh và lắp đặt một bộ tuabin chạy hai chiều thì có thể sản xuất điện. Vịnh dùng làm hồ tích năng.

Gió làm cho mức nước lên xuống với một tần số và biên độ tùy ở địa điểm. Biến đổi mức nước đó đã được dùng để sản xuất điện cho những cọc tiêu phát tín hiệu đặt ở ngoài khơi. Có nơi đã thử sản xuất điện để tải về dùng ở đất liền.

Nước đại dương di chuyển từ nơi này nơi nọ. Những luồng nước lớn đó có thể được thu dẫn để chạy một chân vịt tương tự như một quạt gió và sản xuất điện.

Năng lượng từ lòng đất ( địa năng )

Địa năng khai thác nhiệt độ cao ở dưới lòng đất.

Nhiệt độ đất tăng 1C mỗi lần xuống sâu dưới mặt đất 20 đến 30 m. Nguồn gốc của gia tăng nhiệt độ này là do những hạt nhân uranium, thorium và potassium tự phân hạch và do những tấm địa chất đụng đậy và ma sát với nhau. Uranium, thorium và potassium có nhiều trên địa cầu và những nguyên tử đó có những hạt nhân đồng vị chưa ổn định nên vẫn tiếp tục tự phân hạch. Ma sát giữa những tấm địa chất do ảnh hưởng của mặt trăng sinh ra thủy triều. Ma sát đó làm tăng nhiệt độ của những tấm địa chất. Những vùng plasma của trung tâm địa cầu lên tới gần mặt đất hay phun ra khỏi lòng đất thành núi lửa cũng làm tăng nhiệt độ ở những nơi khác. Người ta có thể nhồi nước vào lòng đất để trích ra nước nóng dùng làm năng lượng.

Những áp dụng của địa năng tùy ở nhiệt độ của nước nóng trích ra :

• Dưới 100 C thì dùng để cung ứng nước nóng cho tiện nghi nhà ở, trung tâm thương mại và dịch vu công cộng,

• Trên 100 C và dưới 200 C thì dùng cho rất nhiều ngành công nghiệp,

• Còn trên 200 C thì có thể dùng để sản xuất điện.

Hiện nay trên thế giới có vài sáng kiến nhằm khai thác những nguồn năng lượng này. Một số nhỏ đã được đưa vào thử nghiệm. Vì địa thế và hoàn cảnh rất thuận lợi địa năng thỏa mãn tất cả nhu cầu năng lượng sưởi, nước nóng và điện của Iceland. Vì những thử nghiệm đó rất đơn lẻ, người ta chưa có thể kết luận rõ rệt về tiềm năng, ô nhiễm và những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị của những dạng năng lượng này.

PHẦN 3 TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG

Nếu tiếp tục khai thác và tiêu thụ những năng lượng hóa thạch như hiện nay thì một ngày nào đó những nguồn năng lượng đó sẽ cạn và, trong khi chờ đợi, sẽ gia tăng lượng khí có hiệu ứng nhà kính làm cho khí hậu biến đổi. Chiến lược để đối phó với tình trạng này có thể là :

1. Gia tăng hiệu suất năng lượng để giảm nhu cầu về năng lượng và giảm lượng khí có hiệu ứng nhà kính thải ra khí quản,

2. Chuyển sang một nguồn năng lượng khác hãy còn dồi dào, tái tạo, rẻ hay/và ô nhiễm ít hơn để dành nguồn năng lượng đang dùng cho những công nghệ bắt buộc phải dùng đến năng lượng đó,

3. Chuyển sang những công nghệ khác đạt một hay cả hai hiệu quả trên.

Theo phân bố tiêu thụ năng lượng khả dụng của mỗi ngành kinh tế thì ba ngành giao thông vận tải, công nghiệp, và tiện nghi nhà ở, chia nhau gần đồng đều ba phần tư tổng lượng năng lượng khả dụng và những ngành khác chia nhau phần tư còn lại (hình 1). Vậy, chiến lược năng lượng trình bày ở trên phải được áp dụng cho cả ba ngành này.

Hình 1 Tiêu thụ năng lượng khả dụng chia theo ngành kinh tế (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

Trong phần này chúng tôi xin trình bày chiến lược năng lượng ba ngành trên.

Giao thông vận tải

Với xu hướng toàn cầu hóa, ngành giao thông vận tải tăng trưởng mạnh hơn là tăng trưởng của kinh tế thế giới.

Một phương tiện chuyển chở cần đến một dạng năng lượng có tỷ trọng năng lượng riêng cao để dành ưu tiên cho khối hàng phải chở. Những sản phẩm dầu là dạng năng lượng có tỷ trọng năng lượng cao nhất (bảng 5).

Bảng 5 Tỷ trọng năng lượng riêng trong nhiên liệu (ADEME)

Loại năng lượng Tỷ trọng Tỷ trọng
* (MJ/kg) (MJ/l)
Than 29,3 – 33,5 39,9 – 74,4
Dầu thô 41,9 28,0 – 31,4
Dầu xăng 45,0 – 48,3 32,0 – 34,8
Dầu diezen 48,1 40,3
Khí tự nhiên (đã được hóa lỏng) 38,0 25,5 – 28,7

Vì lý do đó mà :

• Đại đa số những phương tiện chuyên chở dùng những sản phẩm dầu làm nhiên liệu,

• Ngành giao thông vận tải tiêu thụ 60 phần trăm sản lượng dầu đã được thanh lọc,

• Sản phẩm dầu chiếm 95 phần trăm thị phần năng lượng của ngành giao thông vận tải.

Vấn đề cấp bách được đặt ra cho một chiến lược phát triển bền vững của ngành giao thông vận tải là giảm nhu cầu sản phẩm dầu của ngành này.

Gia tăng hiệu suất năng lượng

Có ba phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng :

• Giảm trọng lượng của phương tiện chuyên chở,

• Vận hành động cơ một cách tối ưu,

• Giảm ma sát giữa phương tiện chuyên chở và môi trường di chuyển.

Giảm trọng lượng của phương tiện chuyên chở

Khi giảm trọng lượng cuả phương tiện chuyên chở thì sẽ cần ít năng lượng hơn vì trọng lượng tiết kiệm được sẽ dùng để chở thêm hành khách và hàng hóa hay chở thêm nhiên liệu để đi xa hơn. Những động cơ bằng hợp kim nhôm, rầm dọc tàu bay bằng sợi cacbon, vỏ tàu thủy bằng hỗn hợp nhựa,… là những tiến bộ mới nhất từ ba chục năm nay.

Vận hành động cơ một cách tối ưu

Những máy nổ đã được sáng chế và cải tiến từ hơn một thế kỷ rưỡi nay nên hiệu suất của chúng đã gần đạt tối ưu mà vật lý học cho phép. Những máy nổ là những động cơ có tỷ trọng công suất riêng thấp nhất trong số những động cơ đã được sáng chế. Vì những lý do đó mà hiện nay chúng trang bị đa số những phương tiện chuyên chở và hầu hết những xe ôtô.

Cho tới nay xe ôtô tư nhân chạy bằng động cơ diezen là thiểu số. Gần đây những máy diezen trở nên nhẹ hơn, có hiệu suất cao hơn và thải ra ít bụi hơn những máy nổ chạy bằng dầu xăng. Nhờ tiến bộ đó, nhiều xe ôtô cá nhân cũng đang lần lượt chuyển sang động cơ diezen.

Ở đô thị, xe ôtô thường phải ngừng ở ngã đường có đèn đỏ hay vì giao thông bị tắc nghẽn. Nhưng động cơ vẫn còn chạy và tiếp tục tiêu thụ nhiên liệu. Bây giờ có những xe ôtô với một bộ phận tự động tắt máy khi xe ôtô ngừng sau một thời gian ngắn cố định và tự động khởi động máy khi người lái xe ấn vào bàn đạp tăng tốc. Những thử nghiệm đầu tiên cho thấy có tiết kiệm năng lượng được một chút trong điều kiện giao thông đô thị.

Những xe ôtô lai tạp động cơ máy nổ và động cơ điện đã được khai triển và đang được đưa vào sử dụng đại trà. Loại xe ôtô này gồm hai động cơ : một động cơ máy nổ sản xuất điện nạp vào một bình ắcquy điện và một động cơ điện dùng điện của bình ắcquy để di chuyển xe. Loại xe này sẽ dùng nhiên liệu hữu hiệu hơn vì hai lý do :

• Máy nổ chỉ dùng để nạp điện vào một bình ắcquy đệm không liên kết với vận tốc của xe nên chạy điều hòa. Nhờ thế, nhịp quay của động cơ có thể được điều chỉnh để cho hiệu suất năng lượng đạt tối ưu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

• Trong số những động cơ hiện đại thì động cơ điện thuộc loại có hiệu suất năng lượng cao nhất. Động cơ này tiêu thụ điện khi xe chạy. Nhưng khi xe giảm tốc thì động cơ trở thành một ổ phát điện nạp điện vào bình ắcquy.

Hiện nay đã có nhiều kiểu xe ôtô lai tạp trong đó có loại xe ôtô dùng máy nổ khi xe cần phải chạy mau trên xa lộ và dùng động cơ điện khi chạy chậm trong đô thị. Hầu hết những đầu tàu xe lửa chạy bằng diezen đã là những tàu lai tạp diezen điện từ lâu rồi. Chỉ khác với những xe ôtô lai tạp là bình ắcquy rất nhỏ so với công suất của hai động cơ vì mục đích chính là để tránh không phải dùng một ổ số vừa nặng vừa có hiệu suất kém ở phạm vi công suất lớn như công suất một đầu tàu hỏa.

Những phi cơ dùng tuabin phản lực có ống pha loãng khí hay những cánh quạt kiểu mới để gia tăng hiệu suất của động cơ.

Vận tốc những phương tiện chuyên chở nặng như là xe ôtô vận tải, tàu hỏa, tàu bay liên lục địa và tàu biển được điều chỉnh bằng máy tính điện tử để giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu.

Giảm ma sát giữa phương tiện chuyên chở và môi trường di chuyển

Khi chuyển động, mọi phương tiện chuyên chở đều chịu ma sát của không khí. Trên đường hàng không chỉ có ma sát với không khí. Nhưng trên đường bộ thì có thêm ma sát giữa bánh xe và đường và trên đường thủy có thêm ma sát giữa vỏ tàu và nước.

Với những khả năng thiết kế bằng máy tính điện tử (computer assisted design), hình dáng tất cả những loại phương tiện chuyên chở, trên không, trên bộ cũng như trên mặt nước, đều được tối ưu hóa. Những vỏ bánh xe và nhựa tráng đường đã được cải tiến để giảm ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Bánh xe tàu hỏa có một lớp thép rắn cũng để giảm ma sát giữa bánh xe và đường rầy. Tàu thủy có thêm cánh ngầm để, khi di chuyển mau, cánh ngầm nhấc vỏ tàu lên làm giảm sức cản của nước.

Chuyển sang những năng lượng khác

Người ta có thể đổi sang năng lượng khác bằng cách tiếp tục dùng động cơ máy nổ hay dùng một loại động cơ khác.

Tiếp tục dùng máy nổ

Vì máy nổ là một động cơ gần như hoàn hảo, người ta cố gắng dùng những loại động cơ đó với những nhiên liệu khác : khí đốt, nhiên liệu tổng hợp và nhiên liệu sinh học.

Khí nén hay khí hoá lỏng được chứa trong một cái bình khá nặng có thành dày để chịu đựng áp suất cao. Thêm vào đó, tỷ trọng năng lượng riêng của khí đốt nén hay hoá lỏng kém xa những sản phầm dầu. Vì hai lý do đó, những phương tiện chuyên chở chạy bằng khí đốt chưa được phổ biến mấy. Nhưng, như viết ở một phần trên, khí đốt ô nhiễm môi trường ít hơn là những năng lượng hóa thạch khác nên có nhiều xe ôtô cá nhân và xe buýt đô thị chạy bằng khí đốt.

Người ta dùng những nhiên liệu tổng hợp và nhiên liệu sinh học (bio fuel) trong những máy nổ để thay thế sản phẩm dầu hay trộn với sản phẩm dầu để giảm nhu cầu về sản phẩm dầu và giảm ô nhiễm. Đức, hồi Đệ nhị Thế chiến, và Nam Phi, khi nước này bị cấm vận, đã dùng than để biến chế thành nhiên liệu tổng hợp thay thế những sản phẩm dầu. Ở Brazil, đa số những xe tư nhân dùng nhiên liệu sinh học. Ở Đức, người ta có kế hoạch khai triển việc trộn nhiên liệu sinh học vào nhiên liệu dầu để chạy xe ôtô. Nhưng họ vừa mới bỏ dự định này sau khi nhận thấy những động cơ xe hiện có không thể dùng được một hỗn hợp sản phẩm dầu chứa nhiều nhiên liệu sinh học.

Chuyển sang những loại động cơ khác

Những thuyền buồm vẫn còn được dùng ở nhiều nước. Với những phương tiện tính toán hiện đại, người ta đang nghĩ tới những tàu buồm lớn dùng để chở du khách hay những sản phẩm rời có ít tỷ trọng giá trị riêng.

Để thay thế sản phẩm dầu, có vài tàu biển chạy bằng năng lượng hạt nhân. Nhưng những tàu loại này chưa được phổ biến mấy vì một lò phản ứng hạt nhân nhỏ cũng có công suất quá lớn đối với những tàu thông thường và vì nhiều xã hội hãy còn lo sợ việc năng lượng hạt nhân có thể lưu chuyển như thế từ nước này sang nước khác.

Những tàu thủy chở khí đốt dùng khí bốc hơi trong bồn khí hoá lỏng làm nhiên liệu cho lò hơi chạy tàu.

Những động cơ điện không ô nhiễm môi trường tự nhiên và không ồn ào. Với công nghệ hiện nay, chỉ có tàu điện và xe buýt cần vẹt chạy bằng điện là không cần phải chở thêm nhiên liệu để chạy. Những phương tiện giao thông này có hiệu suất năng lượng cao vì chạy bằng động cơ điện, một động cơ có hiệu suất cao và có thể hoàn lại điện khi tàu giảm vận tốc và động cơ chuyển sang dạng phát điện. Nhờ không phải chở nhiên liệu, những tàu điện có thể đạt những vận tốc thương mại hơn 300 km/giờ.

Ngoài những tàu điện và những xe buýt cần vẹt có vài xe ôtô cá nhân chạy bằng điện. Ở Á Châu, người ta bắt đầu dùng nhiều xe đạp hỗ trợ bằng động cơ điện. Những phương tiện này dùng bình ắcquy nặng và cồng kềnh để nạp điện trước.

Người ta cũng nghĩ tới những pin nhiên liệu (fuel cell) chạy bằng khí methan hay khí hydrô để làm nguồn điện. Bình chứa những khí này cũng nặng và cồng kênh như những bình ắcquy. Ngoài ra, những phân tử khí methan hay khí hydrô có thể thấm vào thành của bình chứa khí làm cho bình dễ gẫy với nguy cơ gây nổ.

Đổi phương tiện chuyên chở

Hình 2 và 3 cho thấy nhu cầu năng lượng để chở người và hàng hóa do ADEME tính. Những hình đó cho thấy nhu cầu về năng lượng biến động rất nhiều tùy ở phương tiện chuyển chở.

Hình 2 – Tiêu thụ năng lượng để chở khách (ADEME)

Hình 3 – Tiêu thụ năng lượng để chở hàng (ADEME)

Đi xe đạp hay dùng những phương tiện giao thông công cộng thì đỡ tốn năng lượng hơn là đi một mình bằng xe ôtô. Chở hàng bằng xe vận tải tốn bảy tám lần năng lượng so với chở bằng tàu hỏa hay tàu thủy, đặc biệt tàu biển. Vậy, hay nhất là chở hàng bằng đường sắt hay đường thủy khi nào có thể chở bằng những phương tiện này. Đường sắt có lợi nhất vì có vận tốc cao hơn là đường thủy.

Đổi phương tiện chuyển chở cần phải thay đổi những cơ sở hạ tầng giao thông vận tải sẵn có. Nhiều quốc gia đã công nghiệp hóa từ lâu có nhiều hạ tầng không còn thích ứng nữa và không thể mau chóng chuyển đổi hệ thống và tập quán giao thông vận tải của họ. Đây là một việc rất khó vì cần phải đổi văn hóa và hạ tầng cơ sở của cả một quốc gia. Những quốc gia đang nổi lên (emergent countries) có ít vấn đề thay đổi khó khăn đó. Những quốc gia đó có thể đặt ưu tiên vào một hệ thống đường sắt và, nếu có bờ biển và dòng sông thuận lợi, vào một hệ thống giao thông vận tải dựa trên đường thủy.

Công nghiệp

Khi nghiên cứu nhu cầu năng lượng trong các ngành công nghiệp thì người ta phân biệt :

• những ngành công nghiệp không sản xuất sản phẩm dầu hay điện,

• ngành lọc dầu,

• và ngành sản xuất điện.

Điện và than chia nhau gần đồng đều tổng cộng một nửa thị phần năng lượng khả dụng của các ngành công nghiệp không sản xuất sản phẩm dầu hay điện và những năng lượng khác chia nhau thị phần còn lại (hình 4).

Hình 4 Tiêu thụ năng lượng khả dụng của các ngành công nghiệp không sản xuất điện hay sản phẩm dầu (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

Gia tăng hiệu suất năng lượng

Vì công nghệ có nhu cầu năng lượng đa dạng, những phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng của các ngành công nghiệp rất là đa dạng. Ngoài những cố gắng cách nhiệt những thiết bị nóng hay lạnh hơn môi trường bao quanh thì có ba phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng :

• sản xuất đúng mức đúng lúc (lean and just in time manufacturing),

• đồng phát sinh (co-generation) và chu trình kết hợp (combined cycle),

• hỗ tương (mutualisation) năng lượng.

Sản xuất đúng mức đúng lúc

Sản xuất đúng mức đúng lúc là tập hợp tất cả những phương pháp quản lý sản xuất nhằm tiết kiệm những nhân tố sản xuất. Để tiết kiệm năng lượng, người ta tìm cách sản xuất một sản phẩm một cách liên tục và ở cùng một địa điểm từ những nguyên liệu ở xa nhất thượng nguồn chuỗi sản xuất cho đến thương phẩm.

1. Khi vận chuyển một sản phẩm trung gian từ nơi này đến nơi khác thì phải chờ sản phẩm đó nguội đi để có thể nâng bốc hay, trong khi nâng bốc và vận chuyển, sản phẩm đó sẽ nguội dần đi. Khi đến công trạm sau có khi phải hâm lại. Nếu không phải vận chuyển hay có thể giảm thiểu vận chuyển thì có thể tiết kiệm năng lượng dùng để hâm lại sản phẩm trung gian và tiết kiệm năng lượng dùng để nâng bốc và vận chuyển.

2. Trung bình, một phần mười sản lượng điện bị tiêu hao khi tải từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ. Nếu điện sản xuất ở ngay cơ sở có nhu cầu điện thì tiết kiệm được năng lượng thất thoát đó. Tất cả mọi công nghiệp đều dùng điện. Như thấy ở hình 4, điện là nguồn năng lượng quan trọng nhất của các ngành công nghiệp. Để giảm thất thoát điện vì câu điện từ xa những khu công nghiệp xếp đặt hợp lý đều có một nhà máy điện hay một ổ phát điện riêng. Việc này không miễn khu công nghiệp phải được nối liền với mạng phân phối điện quốc gia trong khuôn khổ hỗ tương điện.

3. Sản xuất đúng lúc là một bó buộc cuả ngành điện vì điện là một sản phẩm không thể tích trữ được. Những bình ắcquy chỉ chứa được một phần không đáng kể và cho những áp dụng rất đặc biệt. Với điều kiện địa dư thuận lợi, người ta xây những hồ tích năng. Ở những giờ nhàn rỗi, công suất có thừa của những nhà máy nhiệt điện được dùng để bơm nước từ hồ dưới lên hồ trên gia tăng lượng nước. Vào những giờ cao điểm lượng nước tích trữ ấy có thể được quay ráo để sản xuất điện. Tích năng không phải là một phương pháp tiết kiệm điện vì một phần năng lượng sẽ bị tiêu hao trong chu trình bơm lên rồi quay ráo. Nhưng giá trị của điện ở giờ rỗi rẻ hơn là giá trị điện ở giờ cao điểm. Tích năng như vậy thì có lợi trên phương diện kinh tế.

4. Phương pháp sản xuất đúng mức đòi hỏi những công cụ sản xuất phải được bảo trì nghiêm chỉnh. Ngoài việc giữ năng suất ở mức tối đa, một thiết bị sản xuất được bảo trì kỹ lưỡng sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn là một cỗ máy ít được bảo trì.

Đồng phát sinh và chu trình kết hợp

1. Đồng phát sinh là phương pháp sản xuất vừa điện năng vừa nhiệt năng trong cùng một tổ máy nhiệt điện.

Ở một nhà máy thủy điện, gần như hầu hết tất cả động năng của nước được biến thành điện. Nhưng, vì định luật Carnot, tất cả các phương pháp phát điện khác chỉ có thể biến được tối đa một phần năng lượng gốc thành ra điện. Phần còn lại ở dưới dạng nhiệt năng bị bỏ phí nếu không kiếm được những áp dụng có nhu cầu nhiệt năng : cung ứng nước nóng hay hơi nước nén cho đô thị và những nhà máy lân cận.

Cho tới nay, người ta chỉ dùng có một phần nhỏ nhiệt năng thừa đó để sưởi nhà và đun nước nóng sinh hoạt. Có một số nhà máy, tỷ dụ những nhà máy đường, có nhu cầu cả điện lẫn nhiệt năng dưới dạng hơi nước. Những nhà máy đó có thể được trang bị bởi một bộ phát điện đồng sinh. Bộ phát điện này có thể được nối liền với mạng phân phối điện quốc gia để trao đổi điện tùy thừa hay thiếu.

1. Sản xuất điện theo chu trình kết hợp là sản xuất điện theo hai hay ba chu kỳ nhiệt động liên tiếp. Thường thì người ta kết hợp chu kỳ Brayton của một tuabin khí với chu kỳ Rankine của một lò hơi với một tuabin hơi. Khí thổi ra từ một tuabin khí hãy còn nóng tới 500 C. Thay vì thải ngay ra khí quyển và lãng phí năng lượng, người ta dùng khí đó để biến nước thành hơi. Hơi nước đó sẽ làm chạy một tuabin hơi để sản xuất thêm điện. Có khi người ta đốt thêm sản phẩm dầu hay khí đốt trong lò hơi để nâng cao entalpi của hơi nước trước khi thổi vào tuabin hơi. Với một chu trình kết hợp như thế, hiệu suất có thể lên tới 60 phần trăm thay vì dưới 40 phần trăm với đơn thuần chu kỳ Brayton của một tuabin khí.

Hỗ tương năng lượng.

Một nhà máy điện có thể phân phối năng lượng bằng hai cách : phát điện hay hơi nước tới hai nơi có nhu cầu không cùng một thời điểm hay phát điện cho một nơi và phát nước cho một nơi khác.

1. Một nhà máy nhiệt điện tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn thường lệ khi bắt đầu vận hành và khi sửa soạn ngưng vận hành. Nếu nhà máy đó có thể cung ứng điện cho hai nơi có nhu cầu điện ở những thời điểm khác nhau thì nhà máy sẽ chạy đều đặn và tiết kiệm năng lượng. Phương pháp hỗ tương điện được áp dụng đại trà trên quy mô những mạng tải điện quốc gia hay siêu quốc gia. Vì ở múi giờ khác nhau, nhu cầu điện của hai nước láng giềng có thể không trùng hợp với nhau. Ở một thời điểm, một nước cần đến nhiều điện khi nước láng giềng cần đến ít thì nước thứ nhất có thể vay điện của nước thứ hai và trả lại khi tình thế của hai nước đổi ngược.

2. Nếu trong cùng một khu công nghiệp có một nhà máy tiêu thụ điện, tỷ dụ một nhà máy cơ khí, và một nhà máy có thể tiêu thụ nhiệt năng dưới dạng hơi nước hay nước nóng, tỷ dụ một nhà máy chế biến thực phẩm, thì cả hai có thể dùng chung một nhà máy nhiệt điện chu trình đồng sinh để bên cần điện có điện và bên cần nhiệt năng hơi nước. Nếu kết hợp như vậy mà vẫn còn thừa hơi nước hay nước nóng thì có thể bán năng lượng còn thừa cho những đô thị xung quanh khu công nghiệp. Như sẽ trình bày ở một phần sau, một đô thị tiêu thụ nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt năng dưới 100 C cho tiện nghi nhà ở, thương mại và dịch vụ công cộng.

Chuyển sang những năng lượng khác

Việc dùng năng lượng này hay năng lượng khác tùy ở tính thích nghi với quy trình sản xuất. Muốn chuyển sang một năng lượng khác thường phải đổi quy trình sản xuất.

Năm 2005, tổng sản lượng than đá tiêu thụ trên thế giới là 4,13 tỷ tấn (33 600 TWh). Trong số đó một phần lớn đã được đốt tại các nhà máy điện, 19 600 TWh (58 %), và các cơ sở công nghiệp các ngành khác, 9 000 TWh (27 %). Phần còn lại, 4 900 TWh (15 %), đã được tiêu thụ bởi những sinh hoạt không liên hệ gì với công nghiệp (hình 5).

Hình 5 Tiêu thụ than theo nơi tiêu thụ (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

Than là một năng lượng rẻ tiền nên được các cơ sở công nghiệp trọng dụng. Than cũng là một năng lượng khi đốt làm ô nhiễm môi trường nhất và chỉ có những cơ sở công nghiệp lớn mới có thể đầu tư vào những thiết bị thanh lọc thích ứng.

1. Những ngành biến chế khoáng sản thành sản phẩm trung gian, như là luyện kim và xi măng, dùng than. Những thử nghiệm cho thấy việc chuyển sang những loại năng lượng khác như là sản phẩm dầu hay khí đốt không làm giảm nhu cầu năng lượng mấy nhưng giảm ô nhiễm một cách đáng kể. Hiện có ý kiến dùng plasma, một dạng năng lượng sinh ra từ điện. Nếu những thử nghiệm cho thấy phương pháp này khả thi thì nhu cầu than có thể chuyển sang điện năng, và điện năng tương lai sẽ là điện hạt nhân.

2. Những ngành công nghiệp khác chủ yếu dùng những năng lượng khác : khí đốt, điện, sản phẩm dầu và những năng lượng tái tạo. Khi cần đến nhiệt độ cao thì dùng khí đốt hay sản phẩm dầu với những mỏ đốt. Khi cần đến nhiệt độ thấp thì nhiều xí nghiệp dùng hơi nước với bộ chuyển nhiệt. Nhu cầu nhiệt năng ở những nhiệt độ dưới 200°C rất lớn. Nhưng, vì những xí nghiệp không phối hợp với nhau, hơi nước phụ phẩm của những nhà máy nhiệt điện chưa được dùng mấy trong những quy trình sản xuất.

3. Tất cả các nguồn năng lượng cơ bản và năng lượng trung gian đều có thể được dùng để sản xuất điện. Vì đốt than gây ra ô nhiễm và sinh ra khí có hiệu ứng nhà kính, người ta tìm cách chuyển sang khí đốt và những năng lượng tái tạo như là thủy năng, quang năng và phong năng. Về năng lượng sinh học thì điện được sản xuất từ phế liệu của nông nghiệp, lâm nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm. Uranium chiếm 17 phần trăm thị phần năng lượng của ngành sản xuất điện nhưng chỉ cung ứng khoảng 6 % lượng điện, tương đương với thủy năng (hình 6 và 7). Điều này dễ hiểu vì điện từ uranium là điện của một nhà máy nhiệt điện nên hiệu suất chỉ bằng một phần ba năng lượng chứa trong uramium có khả năng phân hạch. Ngược lại thủy năng biến thành điện gần trọn vẹn.

Hình 6 Tiêu thụ năng lượng cơ bản của ngành sản xuất điện (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

Hình 7 – Sản lượng điện chia theo nguồn năng lượng cơ bản (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

1. Cho tới nay chỉ có ngành sản xuất điện là dùng đến nguồn năng lượng hạt nhân. Nhưng, trên nguyên tắc, những ngành công nghiệp cần đến nhiệt năng đều có thể dùng hơi nước của những lò phản ứng hạt nhân. Tỷ dụ, ngành lọc dầu tiêu thụ non 10 phần trăm dầu thô và dầu đã được thanh lọc để sản xuất những sản phẩm dầu (dầu lửa, dầu diezen, dầu kerozen, dầu xăng). Dầu đốt trong những chòi cất thường có nhiều cặn bẩn và có hàm lượng những chất bần như là lưu huỳnh. Nhà máy dùng những dầu này vì có thể được trang bị những bộ phận lọc hữu hiệu những cặn bẩn và chất bần và vì không thể bán ra ngoài được. Tuy nhiên cũng có ý kiến cung ứng nhiệt năng để lọc dầu đó bằng hơi nước nén sản xuất từ một lò hạt nhân để thay thế dầu thô và sản phẩm dầu.

Đổi quy trình sản xuất

Nhu cầu năng lượng quy ra giá trị gia tăng của sản phẩm khác nhau rất nhiều tùy ngành công nghiệp. Hàm lượng năng lượng của một sản phẩm tích lũy từ nguyên liệu cơ bản (nghĩa là từ khoáng sản hãy còn nằm trong lòng đất) quy ra giá thành của sản phẩm cuối cùng cũng khác nhau rất nhiều.

1. Trong ngành lọc dầu, dầu thô phải được đun lên đến 400/500°C. Ngành này tiến hành liên tục những công trình nghiên cứu tìm những chất xúc tác và những quy trình sản xuất giảm nhiệt độ đó và luôn thể giảm nhu cầu năng lượng dùng để cất dầu thô thành những sản phẩm dầu khác nhau.

2. Cho tới nay, 90% lò phản ứng hạt nhân dùng để sản xuất điện là những lò hơi PWR. Để tận dụng những hạt nhân uranium và thorium như trình bày ở một phần trên, nhóm quốc tế Generation IV, gồm mười ba quốc gia, đang nghiên cứu thiết kế sáu kiểu lò phản ứng hạt nhân và chu trình xử lý nhiên liệu hạt nhân tương ứng mới. Những kiểu lò đó gọi là lò phản ứng thế hệ bốn.

3. Những xí nghiệp các nước hậu công nghiệp phải đối phó với ba vấn đề :

• Những nhóm chính trị chống ô nhiễm, thường gọi là Đảng Xanh, gây áp lực để giảm những vi phạm môi trường tự nhiên,

• Hiệp ước Kyoto bắt họ phải mua quyền thải khí di oxyd cacbon.

• Lương nhân công cao.

Trước tình trạng đó, những xí nghiệp đó có hai lối thoát :

• Chuyển sang ngành kinh tế khác ít ô nhiễm hơn ; tỷ dụ những xí nghiệp luyện kim Đức đổi sang ngành tin học, ngành dịch vụ du lịch,... có ít nhu cầu năng lượng hơn.

• Chuyển những cơ sở sản xuất gây ô nhiễm nhất ở nước họ sang những nước có kinh tế đang nổi lên.

Những nước đang nổi lên có những dễ dãi về tôn trọng môi trường và về bảo hộ người lao động. Không những nước chủ nhà nhập vốn đầu tư từ những nước hậu công nghiệp mà còn nhập thêm ô nhiễm và chính sách khai thác người lao động từ những nước đó. Khi công nghiệp của họ tăng trưởng thì nhu cầu về năng lượng tăng và môi trường tự nhiên cũng bị ô nhiễm thêm. Đây là giá phải trả để trở thành "công xưởng của thế giới".

Tiện nghi nhà ở

Năng lượng dùng cho tiện nghi nhà ở có ba mục đích :

• Nấu thức ăn,

• Đun nước nóng sinh hoạt và điều hoà không khí,

• Chạy những thiết bị cơ điện nội thất.

Thống kê về tiêu thụ năng lượng cho tiện nghi nhà ở của những nước công nghiệp cũng như của những nước khác đều không chính xác. Tuy nhiên, các chuyên gia nhất trí rằng năng lượng tái tạo chiếm ít nhiều một nửa thị phần năng lượng dùng cho tiện nghi nhà ở, sau đó là khí đốt và điện (hình 8).

Hình 8 Tiêu thụ năng lượng khả dụng cho tiện nghi nhà ở (Tính từ số liệu của IEA, 2005)

Gia tăng hiệu suất năng lượng

Nấu thức ăn

Hơn một nửa nhân loại nấu ăn nhờ những nhiên liệu nhặt mót ở ngoài thiên nhiên : củi gỗ, rơm, cỏ, phân súc vật,... Những lò bếp họ dùng không có hiệu suất năng lượng cao. Có nhiều nơi dân địa phương, thường là phụ nữ và trẻ em, mỗi ngày phải đi bộ cả mấy cây số để kiếm được vài cành củi mang về nhà nấu ăn. Có nhiều nơi khác, rừng bị đốn để lấy củi. Trước tình trạng đó, nhiều tổ chức phi chính phủ có nghiên cứu thiết kế nhiều mẫu lò bếp nâng cao hiệu suất năng lượng và biếu quyền sở hữu sáng chế cho những nước nghèo.

Ở những nước giầu, người ta nấu ăn bằng than củi, than đá, khí đốt hay điện. Nhiệt độ đạt được và hiệu suất năng lượng cao hơn. Những bếp điện được liên tục cải tiến để tiết kiệm năng lượng. Hiện nay những bếp điện tiết kiệm nhiều năng lượng nhất là bếp từ trường và lò vi ba. Những thiết bị này chuyển gần hết năng lượng của điện tiêu thụ sang thực phẩm.

Đun nước nóng sinh hoạt và điều hòa không khí

Nhiều dân tộc đã khai triển những điều kiện cư trú rất thích ứng với khí hậu địa phương. Những kiến trúc hữu hiệu nhất về năng lượng là những kiến trúc khí hậu sinh học (bio climatic architecture). Kiến trúc đó dựa trên bốn nguyên tắc :

• Vôlăng nhiệt tích trữ năng lượng mặt trời ban ngày để dùng ban đêm và, tốt hơn nữa, tích trữ vào mùa nóng để dùng vào mùa lạnh,

• Môi trường thiên nhiên và hình dáng kiến trúc ngăn cản ánh sáng mặt trời vào nhà khi trời nóng và hướng ánh sáng mặt trời vào nhà khi trời lạnh,

• Lớp cách nhiệt để giảm khả năng cân bằng nhiệt độ trong nhà và nhiệt độ ở ngoài,

• Hiệu ứng ống khói dùng sai biệt nhiệt độ giữa tầng dưới và tầng trên để không khí tự động bay từ dưới lên trên rồi thổi khí nhiễm bẩn ra ngoài.

Ở những vùng ôn đới, những căn nhà xây theo những nguyên tắc của kiến trúc khí hậu sinh học không cần tiêu thụ năng lượng để duy trì tiện nghi.

Ở những vùng rất lạnh thì cần thêm năng lượng để sưởi. Khi ở không liên tục thì xây nhà có quán tính nhiệt thấp, ngược lại, khi ở liên tục thì xây nhà có quán tính nhiệt cao. Một lò sưởi hoàn lại tối đa năng lượng chứa trong năng lượng khả dụng dùng để sưởi. Một máy bơm nhiệt sẽ hoàn lại hai hay ba lần điện năng để chạy máy bơm. Ở những nơi thuận tiện, có thể dùng củi để sưởi thay vì điện năng hay năng lượng không tái tạo.

Ở những vùng rất nóng thì cũng cần thêm năng lượng để giảm nhiệt độ nơi có người ở. Đa số máy bơm nhiệt chạy bằng điện vì là những máy chu kỳ nén. Nhưng rất có thể dùng máy bơm nhiệt chu kỳ hấp thụ với mạng hơi nước nén của đô thị làm nguồn nóng. Chỉ cần một vài độ Celsius dưới nhiệt độ bên ngoài là đủ có cảm giác mát rồi. Sai biệt nhiều nhiệt độ hơn sẽ dẫn tới lãng phí năng lượng mà không mang lại thêm tiện nghi.

Một thiết bị lớn có hiệu suất năng lượng cao hơn là một thiết bị nhỏ. Nếu sưởi bằng lò sưởi nước nóng thì dùng một lò đun nước chung cho sưởi và nước nóng sinh hoạt. Nếu sống ở một chung cư hay một cụm nhà ở thì dùng một lò hơi tập thể để có chung nước nóng sinh hoạt và điều hòa không khí.

Chạy những thiết bị cơ điện nội thất.

Bây giờ có những bóng đèn tiêu thụ điện ít hơn và dùng được lâu hơn là những bóng đèn nóng sáng. Nhờ tiến bộ kỹ thuật, hiệu suất điện của những thiết bị cơ điện nội thất khác, đặc biệt của những thiết bị điện tử, càng ngày càng tăng.

Chuyển sang những năng lượng khác

Năng lượng dùng cho tiện nghi nhà ở tùy ở khả năng địa phương.

Nấu thức ăn

Ở những nước nghèo chỉ có củi và than củi để nấu thức ăn. Gần những khu mỏ than, người bần cố có thể mót than đá rơi từ những phương tiện vận tải chở than. Vài tổ chức phi chính phủ thiết kế để biếu hay bán rẻ những kiểu mẫu bếp chạy bằng ánh sáng mặt trời.

Người nước giầu có điều kiện chọn dùng tất cả các loại năng lượng khả dụng tùy ở những áp dụng. Tiêu chuẩn là dùng năng lượng đó có tiện hay không. Tỷ dụ, để nấu thức ăn, người ta dùng củi và than củi nếu ở gần nơi có rừng cây, địa năng ở những nơi gần núi lửa, khí đốt vì ngọn lửa có thể điều chỉnh được một cách chính xác, điện vì an toàn và sạch, bếp chạy bằng ánh sáng mặt trời để cho vui với bạn bè. Bây giờ người ta không dùng than đá nữa vì nhiều bụi và khói.

Đun nước nóng sinh hoạt và điều hòa không khí

Với giá dầu đốt tăng cao và để giảm lượng khí có hiệu ứng nhà kính, người ta bắt đầu chuyển từ dầu đốt sang khí đốt để đun nước nóng sinh hoạt và điều hòa không khí. Ở những nơi có nguồn điện dồi dào và rẻ, người ta cũng chuyển sang điện.

Với những tiến bộ của công nghệ năng lượng mặt trời, dù ở gần hay ở xa xích đạo, đun nước sinh hoạt bằng ánh sáng mặt trời cũng đều có lợi trên phương diện kinh tế. Xây nhà theo kiến trúc khí hậu sinh học ám chỉ năng lượng để điều hòa không khí chủ yếu là năng lượng mặt trời.

Nước nóng hay hơi nước có thừa của một nhà máy gần nhà hay nước nóng bơm từ lòng đất có thể là nguồn năng lượng dùng để đun nước nóng sinh hoạt và để điều hòa không khí. Ở những xứ lạnh, người ta dùng để sưởi nhà. Ở những xứ nóng, thay vì dùng máy bơm nhiệt chu trình nén thì người ta dùng máy bơm nhiệt chu trình hấp thụ với nước nóng của nhà máy làm nguồn nóng.

Chạy những thiết bị cơ điện nội thất

Điện có thể được cung ứng từ một quạt gió cá nhân và những bản quang điện. Những nguồn điện đó liên kết với mạng phân phối điện quốc gia để có thể trao đổi điện : khi có thừa thì bán điện cho mạng khi thiếu thì mua. Nếu tổng cộng bán nhiều hơn là mua thì người ta gọi nhà đó là một nhà có tổng kết năng lượng dương.

Đổi tập quán sinh sống

Ở những nước giầu những tập quán sinh sống gây ra nhiều lãng phí năng lượng. Những thói quen sau đây sẽ giảm nhu cầu năng lượng :

• cách ly nhiệt nhà ở hay, tốt hơn, ở nhà đã được thiết kế theo nguyên tắc của kiến trúc khí hậu sinh học,

• sống ở đô thị và ở nhà gần nơi làm việc để ít phải di chuyển,

• ở xứ lạnh, mặc thêm quần áo ấm để giảm nhu cầu sưởi,

• ở xứ nóng, mặc áo nhẹ và không đeo cravat để có thể chịu nóng,

• mua thực phẩm và nấu thức ăn đủ cho mỗi bữa hay mỗi ngày để ít phải đông lạnh rồi làm tan giá và hâm lại lương thực,

• tắt đèn và tắt những thiết bị điều hòa không khí khi không còn có người ở trong một căn phòng,

Những lời khuyên này có vẻ nhỏ nhen. Nhưng nếu mỗi cá nhân thi hành liên tục thì cuối năm sẽ nhận thấy đã tiết kiệm được nhiều năng lượng.

PHẦN 4 PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Năng lượng là một nhân tố của chất lượng đời sống con người. Nhưng tiêu thụ năng lượng gây ô nhiễm môi trường tự nhiên và nếu tiếp tục khai thác những nguồn năng lượng không tái tạo như hiện nay thì những nguồn đó sẽ cạn trong vài thập niên tới. Trước tình hình đó, cung ứng và tiêu thụ năng lượng một cách bền vững trở nên một vấn đề chính trị trong đó trội lên nhiều luận chứng phi lý dựa trên những số liệu và thông tin không chính xác.

Những vấn đề công nghệ

Trước tiên, thời điểm một nguồn năng lượng không tái tạo sẽ cạn chỉ cho biết thời gian còn lại để tìm những giải pháp thay thế hay miễn phải dùng đến năng lượng đó. Tìm ra những giải pháp đó mới là quan trọng vì những nguồn năng lượng không tái tạo sớm hay muộn thì cũng sẽ cạn.

Tạo hóa cần đến vài trăm triệu năm để sinh ra những năng lượng hóa thạch từ những vật liệu hữu cơ. Thời gian này quá dài nên các chuyên gia năng lượng coi chúng là không hoàn nguyên. Theo EIA thì những năng lượng hóa thạch cung ứng khoảng 80 phần trăm nhu cầu năng lượng cơ bản của năm 2005. Trong đó dầu thô là nguồn năng lượng quan trọng nhất. Như thấy ở phần I, dầu thô cũng là nguồn năng lượng cơ bản trong tương lai sẽ cạn trước nhất.

Uranium đã có sẵn khi quả đất sinh ra và tự nhiên phân hạch. Năng lượng này mới thực sự là một năng lượng không tái tạo vì, một khi một hạt nhân đã bị phân hạch thì không thể tạo lại được hạt nhân đó nữa. Nhưng những công trình nghiên cứu khai triển đang được tiến hành sẽ dẫn tới việc tận dụng tất cả những hạt nhân uranium và thorium tự nhiên. Chỉ riêng có khai thác triệt để năng lượng của uranium thôi thì thời điểm nguồn uranium sẽ cạn sẽ được lùi đến ít nhất một nghìn năm nữa.

Để tổng kết :

• Thời điểm những nguồn năng lượng hóa thạch sẽ cạn có thể tính bằng thập niên chứ không lâu hơn,

• Thời điểm những nguồn năng lượng hạt nhân sẽ cạn là hơn một nghìn năm, một thời gian có thể coi là rất lâu,

• Và những nguồn năng lượng tái tạo sẽ không bao giờ cạn.

Vậy tương lai năng lượng của nhân loại là những năng lượng hạt nhân và tái tạo.

Cho tới nay, năng lượng hạt nhân chỉ được sản xuất từ hạt nhân uranium U-235, chỉ được biến đổi thành điện và hơi nước nén và chỉ đóng góp có 2 phần trăm nhu cầu năng lượng của nhân loại. Trong số những năng lượng tái tạo thì những chất đốt rắn tái tạo và rác cung ứng 13 phần trăm nhu cầu, chủ yếu cho những người nghèo, thủy năng chỉ cung ứng có 3 phần trăm nhu cầu và ở dạng điện, nếu khai thác triệt để tiềm năng của thủy năng thì cũng chỉ cung ứng được tối đa 18 phần trăm nhu cầu, và đóng góp của những năng lượng tái tạo khác không đáng kể vì hãy còn ở giai đoạn khai triển.

Với công nghệ hiện nay, năng lượng hạt nhân chỉ được biến thành điện và hơi nước nén. Điện và hơi nước nén chỉ có thể dùng cho những thiết bị cố định. Cho tới nay, chỉ có tầu điện, xe bu‎ýt điện và vài phương tiện nhỏ khác có thể chạy bằng điện. Những phương tiện giao thông khác chưa thể dùng được năng lượng do một nhà máy hạt nhân sản xuất. Vậy muốn dùng năng lượng này để thay thế những năng lượng hóa thạch thì phải chuyển đổi rất nhiều công nghệ hiện nay chưa chạy bằng điện và hơi nước.

Đặc tính của những nguồn năng lượng sinh học là cần đến nhiều diện tích đất để sản xuất. Vì sự phân tán này mà việc tập trung năng lượng để có một lượng đáng kể ở những nơi có nhu cầu có thể hạn chế tính khả thi kinh tế kỹ thuật của những năng lượng này. Ngoài ra việc chọn lựa những loại năng lượng sẽ được khai triển, hậu cần sản xuất phân bố và sử dụng cũng như cường độ sử dụng những năng lượng đã được chọn chưa được ổn định.

Sản xuất và tiêu thụ những năng lượng hạt nhân và tái tạo vẫn còn ở giai đoạn khởi đầu và cần nhiều công trình nghiên cứu khai triển nữa thì chúng mới có thể thay thế được những năng lượng hóa thạch.

Chiến lược phát triển bền vững

Nguyên tắc cơ bản của một chiến lược phát triển bền vững có thể là :

1. Giảm nhu cầu năng lượng hoàn nguyên và ưu tiên giảm nhu cầu dầu thô và sản phẩm dầu vì :

• dầu thô đã được thanh lọc thành sản phẩm dầu thỏa mãn gần một nửa nhu cầu năng lượng khả dụng,

• có nhiều áp dụng công nghiệp bắt buộc phải tiêu thụ dầu thô hay sản phẩm dầu làm nguyên liệu,

• dầu thô là nguồn năng lượng cơ bản trong tương lai sẽ cạn trước nhất.

2. Phải chú trọng đồng đều đến phát triển bền vững của ba ngành giao thông vận tải, công nghiệp và tiện nghi nhà ở vì mỗi ngành đó chia nhau gần đồng đều ba phần tư tổng lượng năng lượng khả dụng và những ngành khác chia nhau phần tư còn lại.

Những tác động áp dụng chiến lược đó có thể là :

1. Gia tăng hiệu suất năng lượng để giảm nhu cầu về năng lượng và giảm lượng khí có hiệu ứng nhà kính thải ra khí quản.

2. Chuyển sang một nguồn năng lượng khác hãy còn dồi dào, tái tạo, rẻ hay/và ô nhiễm ít hơn để dành nguồn năng lượng đang dùng cho những công nghệ bắt buộc phải dùng đến năng lượng đó.

3. Chuyển sang những công nghệ khác đạt một hay cả hai hiệu quả trên.

Theo kết cấu tiêu thụ năng lượng trình bày ở trên, một chiến lược phát triển bền vững có hai ưu tiên :

1. Giảm nhu cầu sản phẩm dầu trong ngành giao thông vận tải,.

2. Giảm nhu cầu than trong những ngành công nghiệp, đặc biệt trong ngành sản xuất điện.

Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị

Giá thành là nhân tố cạnh tranh của mọi xí nghiệp và chi phí về năng lượng là một phần quan trọng của giá thành. Ít nhất từ cách mạng công nghiệp thứ nhất, những xí nghiệp quan tâm đến giảm tiêu thụ năng lượng trong sản xuất. Giảm tiêu thụ năng lượng thì giảm vi phạm đến môi trường tự nhiên. Hơn nữa, để theo thị hiếu của thị trường, những xí nghiệp thiết kế những sản phẩm càng ngày càng ít tiêu thụ năng lượng và ít ô nhiễm môi trường. Vậy, nói rằng các xí nghiệp công nghiệp phung phí tài nguyên năng lượng và cố ý hay vô tình ô nhiễm môi trường là một cáo buộc không có căn cứ.

Tiết kiệm năng lượng là một vấn đề tài chính và ý thức công dân của mỗi cá nhân. Nhưng cũng phải có một chính sách tập thể quy mô một quốc gia và quy mô quốc tế.

Giảm những nhu cầu sản phẩm dầu và than có nghĩa là đổi quy trình sản xuất để chuyển sang những công nghệ tiêu thụ điện và hơi nước nén sinh ra từ những năng lượng hạt nhân và tái tạo. Hiện nay, điện mới chiếm có 24 phần trăm thị phần năng lượng khả dụng và đóng góp của những năng lượng hạt nhân và tái tạo hãy còn khiêm tốn (uranium đóng góp 2 phần trăm của nhu cầu, thủy năng 3 phần trăm và những năng lượng sinh học 13 phần trăm).

Vậy, dù tiết kiệm năng lượng hay chuyển sang những năng lượng hạt nhân và tái tạo đều cần đến nhiều tiền của và công lao nghiên cứu khai triển về sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Những công trình này tốn kém và chỉ có hợp tác quốc tế mới có thể tiến hành và dẫn tới những kết quả hữu dụng.

Ngoài những vấn đề kỹ thuật kinh tế đó, còn có vấn đề chính trị toàn cầu : những nước nghèo chỉ có vấn đề cung ứng năng lượng chứ không có vấn đề tiết kiệm năng lượng hay chuyển đổi năng lượng, còn dân các nước giầu thì phung phí năng lượng với những tập quán sinh sống với nhu cầu năng lượng mỗi ngày mỗi cao.

Chúng tôi mơ ước những chương trình hợp tác quốc tế nghiên cứu khai triển về năng lượng sẽ dẫn tới công bằng hơn giữa các dân tộc và hòa bình thế giới. Đó cũng là mục đích của phát triển bền vững.