Tương lai của năng lượng hạt nhân

Đây là một công trình khảo cứu lớn đánh giá triển vọng của năng lượng hạt nhân trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của nước Mỹ và thế giới trong 50 năm tới đồng thời góp phần hạn chế lám nóng lên toàn cầu.

Với một tập thể nghiên cứu hơn mười nhà khoa học từ nhiều bộ phận khác nhau của Viện Công Nghệ Massachusetts (MIT) và một ban cố vấn hơn mười nhân vật từ nhiều tổ chức của nước Mỹ, công trình khảo cứu rất có uy tín này rõ ràng là đáng được tham khảo đối với tất cả các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý có quan tâm đến vấn đề phát triển điện nguyên tử.

Theo các tác giả của công trình, trong 50 năm tới, trừ khi có một sự thay đổi căn bản, việc sản xuất và sử dụng năng lượng sẽ góp phần vào sự nóng lên toàn cầu do các phát tán khí gây hiệu ứng nhà kính ở qui mô lớn – hàng trăm tỷ tấn cacbon dưới dạng đioxit cacbon. Năng lượng hạt nhân có thể là một sự lựa chọn để giảm bớt các phát tán đó, nhưng hiện nay nó lại đang trong tình trạng đình trệ: theo các dự báo chính thức thì từ nay cho đến năm 2020, công suất điện hạt nhân chỉ tăng 5% (con số này còn đang là một nghi vấn), trong khi sử dụng điện có thể tăng tới 75%. Các chuyên gia của MIT đã phân tích một kịch bản tăng trưởng toàn cầu theo đó công suất điện hạt nhân toàn thế giới từ nay đến năm 2050 sẽ tăng gần 3 lần, lên tới 1000 tỷ oát, và như vậy sẽ giảm được 1.8 tỷ tấn các phát tán cacbon hàng năm từ các nhà máy điện dùng than, tức là giảm khoảng 25% lượng phát tán cacbon gia tăng theo kịch bản “bình thường”. (Công trình không xét những lựa chọn khác để giảm các phát tán cacbon như sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, thu giữ các phát tán đioxit cacbon ngay tại các nhà máy điện dùng nhiên liệu hoá thạch và thường xuyên cô lập (sequester) cacbon, và tăng hiệu suất sử dụng năng lượng; việc này không có nghĩa các tác giả không coi trọng các lựa chon đó).

Việc mở rộng sử dụng năng lượng hạt nhân hiện đang bị hạn chế bởi bốn vấn đề “tới hạn” sau đây:

* Chi phí: Tổng chi phí cho toàn bộ vòng sống của năng lượng hạt nhân hiện còn cao hơn so với khí thiên nhiên dùng công nghệ tuabin chu trình tổ hợp (CCGT) và than, ít nhất là trong điều kiện chưa đặt ra thuế cacbon hay một cơ chế tương đương để giảm các phát tán cacbon.

* An toàn: Năng lượng hạt nhân đã có những hậu quả tai hại về an toàn, môi trường và sức khoẻ mà đỉnh cao là các sự cố lò phản ứng Three Mile Island năm 1979 và Chernobyl năm 1986; các tai nạn về thiết bị chu trình nhiên liệu ở Mỹ, Nga và Nhật; và ngoài ra là các vấn đề về an toàn và an ninh trong vận chuyển vật liệu hạt nhân trước nạn khủng bố.

* Phổ biến: Năng lượng hạt nhân có những nguy cơ tiềm năng về an ninh, đặc biệt là về khả năng sử dụng các phương tiện hạt nhân đã thương mại hoá vào việc chế tạo vũ khí hạt nhân.

* Chất thải: Việc sử dụng năng lượng hạt nhân còn có những vấn đề chưa được giải quyết về quản lý dài hạn các chất thải phóng xạ. Người ta chờ đợi có những tiến bộ liên tục và đáng kể trong việc giải quyết vấn đề khử bỏ chất thải. Việc vận hành thành công nơi khử bỏ được qui hoạch ở Yucca Mountain ở Mỹ chỉ làm nhẹ chứ không giải quyết được vấn đề chất thải nếu như năng lượng hạt nhân sẽ phát triển đáng kể.

Triển vọng giải quyết các vấn đề trên đây là như thế nào, nếu như năng lượng hạt nhân cho đến giữa thế kỷ này lại được tăng lên đến 3 lần, mà cụ thể theo công trình là sẽ có trên toàn thế giới từ 1000 đến 1500 lò phản ứng 1000 mêgaoat điện mỗi cái so với 366 lò đang hoạt động hiện nay?

Để trả lời câu hỏi này, trước hết cần xem xét một vấn đề bao trùm và lựa chọn chu trình nhiên liệu: dùng nhiên liệu gì, loại lò phản ứng nào sẽ “đốt” nhiên liệu đó, và phương pháp khử bỏ nhiên liệu đã tiêu thụ? Sự lựa chon này sẽ ảnh hưởng đến cả bốn vấn đề then chốt đã nói: chi phí, an toàn, phổ biến nguy cơ, khử bỏ chất thải. Sự phân tích trong công trình đã đi đến kết luận mà theo các tác giả là quan trọng nhất: chu trình nhiên liệu một lần (once- through fuel cycle) (nhiên liệu được sử dụng chỉ trong một chu trình và không có tái chế) phải được ưu tiên hơn chu trình kín đắt hơn có liên quan đến việc tái chế và lò nhiệt tiên tiến hay lò nhanh.

Với sự lựa chọn chu trình nhiên liệu như vậy, các vấn đề đã nêu được kết luận trong công trình như sau:

* Kinh tế năng lượng hạt nhân:Trong những thị trường phi quy chế hoá, có thể giảm khoảng cách về chi phí giữa năng lượng hạt nhân và than, khí nhờ giảm các chi phí vốn, vận hành, quản lý và thời gian xây dựng. Nếu các phát tán cacbon bị đánh thuế (tức là tính đến các chi phí xã hội), năng lượng hạt nhân sẽ có ưu thế.

* An toàn:NHững thiêt kế lò phản ứng hiện đại có thể đạt độ rủi ro rất thấp về các tai nạn nghiêm trọng, song điều cốt yếu phải là thực hành tót nhất (best practices) trong xây dựng và vận hành. Nhưng vượt ra ngoài sự vận hành lò, thì hiểu biết của chúng ta về an toàn còn ít.

* Chất thải:Sự khử bỏ dựa trên các thành tạo địa chất xét về kỹ thuật là khả thi, song việc thực hiện còn phải được trình diễn. Cải tiến chu trình nhiên liệu hở một lần có thể đạt nhiều lợi ích về quản lý chất thải như là các chu trình nhiên liệu kín đắt tiền.

* Phổ biến:Chế độ bảo vệ an toàn quốc tế hiện nay là không thích hợp trước những thách thức về an ninh khi phát triển năng lượng hạt nhân như đã đặt ra (tăng gần 3 lần vào năm 2050). Các hệ thống tái chế hiện đang sử dụng ở châu Âu, Nhật và Nga có những rủi ro về phổ biến không được bảo đảm.

Công trình còn đề cập một số vấn đề khác (thái độ và sự hiểu biết của công chúng; chương trình phân tích, nghiên cứu, triển khai và trình diễn), song ở đây, chúng ta hãy dừng lại ở một số lời khuyên của tác giả về đào tạo và nâng cao trình độ cán bộ và nói riêng đối với các nước đang phát triển:

“Phát triển các nhà quản lý có năng lực và nhận ra những quá trình quản lý có hiệu quả là một yếu tố tới hạn [then chốt] trong việc vận hành nhà máy điện hạt nhân một cách an toàn và kinh tế. Đối với các nước phát triển hiện đang vận hành các nhà máy hạt nhân, nhiệm vụ này đòi hỏi phải chú ý đến việc trẻ hoá toàn bộ lực lượng lao động.

Tuy nhiên, đối với các nước đâng phát triển, thách thức này lớn hơn rất nhiều, vì thiếu lao động về nhiều kĩ năng cần cho việc xây dựng, vận hành và bảo dưỡng điện hạt nhân. Lực lượng lao động phải được đào tạo và phát triển từ một cơ sở nhỏ bé hay không đáng kể. Có hai mô hình chính để thực hiện sự phát triển cần thiết: thứ nhất, “tự làm lấy”, và thứ hai, theo kiểu thương mại về nhập khẩu hàng hoá và dịch vụ. Mô hình thứ nhất cần có thời gian và có thể có sai lầm trong quá trình học tập. Mô hình thứ hai thì tốn kém về lâu dài và tạo ra được kỹ năng và cung cấp việc làm trong nước. Con đường tốt nhất đối với phần lớn các nước đang phát triển có lẽ là một sợ kết hợp nào đó của hai mô hình để có được vừa là năng lực vừa là việc làm”.

Công trình cũng nói đến Việt Nam trong nhóm các nước kém phát triển (Ấn Độ, Pakixtăng, Inđônêxia, Philippin,...) có dân số dự tính 2,5 tỉ người vào năm 2050 với nhu cầu năng lượng hàng năm mỗi đầu người có thể là 2000- 3000 kWh (điện) và năng lượng hạt nhân có thể chiếm một phần trong cung cấp điện (Ấn Độ là ngoại lệ, hiện họ đã có 14 đơn vị).

Công trình khảo cứu trên đây của MIT, do uy tín của viện nghiên cứu hàng đầu thế giới này, đã được sự chú ý của cộng đồng khoa học, giới công nghiệp và các quan chức chính phủ ở Mỹ cũng như trên thế giới. Tạp chí “Science” số ra ngày 23-1-2004 đã có bài xã luận về công trình này, người được mời viết là Richard A. Meserve, Chủ tịch Viện Carnegie ở Wasington và hiện là chủ tịch Nhóm An toàn Hạt nhân Quốc tế của Cơ quan năng lượng Nguyên tử Quốc tế. Theo tác giả bài xã luận, tát cả các thách thức hiện nay đối với năng lượng hạt nhân (an toàn, khử bỏ chất thải, chống sử dụng công nghệ đã thương mại hoá để làm vũ khí) đều có thể được đáp ứng. Các nhà máy hạt nhân hiện nay thực hiện được an toàn tốt hơn bao giờ hết, các thế hệ lò phản ứng tương lai sẽ có thiết kế cải tiến cho phép tăng cường an toàn hơn nữa. Đối với những ai lo lắng về sự nóng lên toàn cầu thì năng lượng hạt nhân cần được xem là một phần của giải pháp. Ít nhất thì năng lượng hạt nhân cũng phải là công nghệ bắc cầu cho tới khi những lựa chon khác về năng lượng không có cacbon trở thành sẵn sàng hơn.

Công trình nghiên cứu của MIT có thể sẽ tác động đến những suy nghĩ hiện nay về phát triển năng lượng hạt nhân trên thế giới. Nó đáng được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và quản lý của nước ta hiện đang cân nhắc vấn đề phát triển điện nguyên tử.

Nguồn: Vật lý ngày nay, số 5 tháng 10 – 2004 trang 27