Kế hoạch B cho bài toán năng lượng

Tại sao phải chuyển sang kế hoạch B?Khoảng 850 nhà máy phát điện đốt than đang được Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ dự kiến xây dựng - những nước này đều không ký Nghị định thư Kyoto . Đến năm 2012, lượng khí thải từ các nhà máy này sẽ gấp năm lần chỉ tiêu cắt giảm khí thải của Nghị định thư Kyoto .. Sớm hay muộn thì thế giới cũng phải cần đến kế hoạch B. Kế hoạch này đòi hỏi việc phát triển các công nghệ mới để khai thác và cung cấp từ 10 đến 30 terawatt (TW-nghìn tỷ watt) điện mà không thải ra tấn carbon dioxide nào.

Hệ thống phát điện bằng năng lượng thủy triều do công ty Marine Current Turbines chế tạo. Nó sử dụng các rôto có đường kính lên đến 20m.

Năng lượng nhiệt hạch

Năng lượng nhiệt hạch hay ở chỗ: nhiên liệu vô cùng dồi dào, không phát thải khí nhà kính, đồng thời sự cố và các chất thải của nó được hy vọng là không quá nguy hại như các nhà máy điện năng lượng phân hạch.

Thiết bị khai thác năng lượng sóng để sản xuất điện do công ty Ocean Power Delivery chế tạo, có thể chịu đựng được cả những cơn bão mạnh.

Các nhà lãnh đạo quốc gia cũng coi tổng hợp hạt nhân là một công nghệ còn xa. Gần 20 năm sau khi được đề xuất, Lò Phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) bây giờ chỉ mới gần như được phê chuẩn. Nếu việc xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch trị giá 10 tỷ đô ở miền Nam nước Pháp được bắt đầu trong năm nay thì phải đến 2016 nó mới đi vào hoạt động. Một số chuyên gia dự đoán rằng, sau 20-30 năm thí nghiệm, ITER sẽ cần được sửa lại các thiết kế cho phù hợp với một nhà máy điện.

Tầm cao mới cho năng lượng gió.

Thang gió phát điện.

Trở về thực tại, để gió có thể đem lại hàng nghìn tỷ watt điện cho năng lượng toàn cầu, các nhà nghiên cứu nhất thiết phải phát triển những công nghệ mới nhằm chinh phục được độ cao mới. Hiện giờ thì chỉ mới có ba thiết kế đáng chú ý.         

Thiết kế thứ nhất là của công ty Magenn Power ở Ottawa( Ontario ), đang được dự định tung ra thị trường. Đó là một kiểu khí cầu heli to bằng cái xe bus, được giữ lơ lửng ở độ cao 122m so với mặt đất. Nó ứng dụng hiệu ứng Magnus để vận hành hệ thống phát điện và có thể cung cấp một công suất khoảng 4 KW. Công ty này còn có tham vọng đến năm 2010 sẽ chế tạo một chiếc khí cầu phát điện khổng lồ, to bằng cả sân vận động, có công suất 1,6 MW.

“Những cối xay gió trên không” sẽ làm đỡ tốn diện tích mặt đất hơn, nhưng những người vận hành chúng phải thuyết phục các cơ quan hàng không quốc gia hạn chế các đường bay ở vùng lân cận. Và cho đến khi những cỗ máy lơ lửng này được phổ biến, vẫn không ai có đảm bảo được liệu chúng có chịu nổi những biến động khí quyển phức tạp như gió bão và sét đánh hay không. Các chi phí để duy trì và bảo dưỡng chúng cũng có thể sẽ là một vấn đề nghiêm trọng.

Trạm điện mặt trời trong không gian

Khí cầu phát điện.

Peter Glaser đã từng đề xuất hồi năm 1968 rằng các vệ tinh có kích cỡ bằng cả thành phố có thể thu năng lượng mặt trời trong không gian và truyền nó về trái đất dưới dạng vi sóng. Khi ấy ý tưởng này đã bị coi là quá xa xôi. Tuy nhiên, sau khủng hoảng giá dầu thập kỷ 1970, các kỹ sư NASA đã xem xét ý tưởng đó kỹ hơn. Công nghệ này được coi là có vẻ ngon ăn cho đến năm 1979, khi người ta ước đoán rằng, chi phí cho một hệ thống đầu tiên như vậy là 305 tỷ đô! Hết hy vọng!

Thực ra NASA đã từng chi tiền cho một nghiên cứu nhỏ trong giai đoạn 1995 - 2003 nhằm đánh giá các thiết kế SSP. Một thiết kế SSP đã tỏ ra có hiệu quả cao khi sử dụng các pin mặt trời dạng màng mỏng, các dây dẫn bằng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao và thiết bị laser hồng ngoại (thay cho máy phát vi sóng) để truyền năng lượng về mặt đất. Điều quan trọng là thiết kế này cho phép làm giảm khối lượng của hệ thống và từ đó giảm chi phí để phóng nó lên quỹ đạo.     

Trong những thập kỷ tới, với triển vọng sáng sủa của ngành hàng không vũ trụ, các chuyên gia dự đoán rằng, chi phí để phóng mỗi kg của hệ thống SSP sẽ giảm từ hơn 10.000 đô xuống còn vài trăm đô.

Pin mặt trời công nghệ nano

Thiết kế dạng trực thăng của Sky Wind Power.

Các hạt nano cũng đem lại triển vọng giúp pin mặt trời cạnh tranh hơn về giá. Công ty Nanosolar gần San Francisco đang xây dựng một nhà máy sản xuất 200 triệu pin mỗi năm, sử dụng công nghệ phun các hạt nano đa thành phần trên màng mỏng. Họ tuyên bố là sẽ giảm được giá thành pin mặt trời xuống còn nửa đô mỗi watt.

Mạng năng lượng toàn hành tinh

Điều này làm chúng ta nhớ lại “giấc mơ điên rồ” của Nikola Tesla từ cách đây khoảng một thế kỷ [Xem Nhà phát minh của những giấc mơ - Tia Sáng số 14 ra ngày 20/7/2006]. Nhưng bây giờ, muốn thoát khỏi cơn sốt năng lượng triền miền thì chúng ta có lẽ cũng phải nghĩ đến những chuyện “điên” như Tesla.

“Một vấn đề cơ bản là những nguồn năng lượng tái sinh phải đến được với mọi người ở khắp nơi trên thế giới. Một giải pháp là sử dụng mạng lưới các dây điện siêu dẫn trải ra khắp toàn cầu. Dây siêu dẫn sẽ không gây hao phí điện năng trên đường truyền”.

Từ tháng 7/2006, nhóm BOC ở New Jersy đã thử nghiệm lắp đặt 350m dây siêu dẫn làm lạnh bằng nitơ lỏng vào mạng điện ở Albani. Đường dây này có thể mang được công suất lên tới 48 MW.
Một siêu mạng lưới cung cấp điện là khả thi, thử nghiệm của chúng tôi đã chứng minh điều đó". Ed Garcia, Phó Chủ tịch BOC nói.

Với một siêu mạng điện xuyên lục địa, các dàn pin mặt trời ở Úc và các cánh đông gió ở Siberia có thể đem đến năng lượng thắp sáng nước Mỹ và sưởi ấm cho châu Âu. Nhưng ai cũng phải thở dài khi đứng trước một thực tế là, việc xây dựng một mạng điện như thế ngốn tới hàng nghìn tỷ đô la.

Sóng biển, thuỷ triều

Qua những thập kỷ 80 và 90, loại năng lượng này chỉ mới có hai ví dụ thành công về thương mại: nhà máy điện thủy triều 240 MW ở Pháp và trạm thủy triều 20 MW ở Nova Scotia . Trung Quốc đang chuẩn bị xây một cơ sở 40 KW ở Daishan. Sáu tuabin 36 KW đang chuẩn bị quay ở khu vực Sông Đông thành phố New York .

Quy mô nhất là ở Anh, hồi tháng 7/2006, chính phủ Anh khởi động một nghiên cứu về tính khả thi của một con đập 16 km ở cửa sông Severn, nơi có thủy triều lớn hàng thứ hai trên thế giới. Công trình này sẽ tốn khoảng 25 tỷ đô và đem lại công suất 8,6 tỷ watt. Những người trong cuộc bảo rằng, nó sẽ đi vào vận hành sau một thế kỷ nữa. Các nhà phân tích cho rằng, năng lượng đại dương ở Anh có thể cung cấp 1/5 điện năng quốc gia và bù đắp được sự cắt giảm theo Nghị định thư Kyoto

Các nhà môi trường thì vẫn lo ngại rằng, con đập có thể làm hỏng hệ sinh thái cửa sông. “Hệ thống tuabin dưới biển của chúng tôi hay hơn một con đập,” Peter Fraenkel ở công ty Marine Current Turbines phát biểu. Hệ thống đó ở bờ biển Anh có thể cung cấp điện tương đương đập Severnnhưng tốn ít tiền hơn.

Năng lượng sóng thất thường hơn thủy triều nhưng lại phổ biến hơn. Gần đây, bốn công ty đã vừa hoàn tất những thiết kế thử nghiệm khai thác năng lượng sóng của họ. Một trong số đó, Ocean Power Delivery ở bờ biển Bồ Đào Nha đã chuẩn bị đem lại 2,25 MW điện.

Vi sinh vật cũng là một giải pháp

Với công nghệ gene, các vi sinh vật mới có thể được tạo ra để tổng hợp nhiên liệu. “Chúng tôi nghĩ rằng, lĩnh vực này có nhiều khả năng sẽ thay thế công nghiệp hóa dầu trong một thập kỷ mới”. Nhà sinh học nổi tiếng thế giới J. Craig Venter nói. Venter cũng hình dung rằng, những vi sinh vật mới có thể hấp thụ carbon dioxide thải ra từ ống khói của một nhà máy điện và tổng hợp thành khí tự nhiên dùng để đốt cho nồi hơi. "Đã có sẵn hàng ngàn, thậm chí hàng triệu loại cơ thể hữu cơ trên hành tinh này biết làm việc đó", Venter nói. Mặc dù không loài nào trong số đó có thể phù hợp với cuộc sống trong nhà máy điện nhưng các nhà nghiên cứu có thể mượn hệ gene của chúng cho những sáng tạo mới. "Chúng tôi đang thiết kế những hệ sinh học có khả năng sản xuất hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời, sử dụng hiện tượng quang hợp".

Công ty GreenFuel ở Cambridge đã thiết lập những cánh đồng tảo ở các nhà máy điện để chuyển 40% lượng khí thải CO2 thành dạng thô của nhiên liệu sinh học. Họ tuyên bố rằng, một cánh đồng tảo lớn gần một nhà máy điện 1 GW có thể sản xuất 50 triệu gallon cồn mỗi năm.

Nguồn: Tia sáng, số 10, 20/5/2007, tr 33