Công Nghệ & Ứng Dụng

Năng lượng cho tương lai (Kỳ 1)

Wikicabinet kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Phát hiện mối liên hệ giữa các hạt siêu mịn với bệnh ung thư não

Kỳ này Wikicabinet xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Năng lượng cho tương lai (Kỳ 1)Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng Wikicabinet nhé.

Thỏa thuận khí hậu Paris năm 2015 về biến đối khí hậu được ký kết bởi 192 quốc gia đưa ra các biện pháp giữ nhiệt độ trái đất từ nay đến năm 2100 chỉ tăng tối đa 2 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Nhưng làm thế nào để làm điều đó? Ngay trong năm 2017, Hoa Kỳ đã rút khỏi thỏa thuận này với lí do thỏa thuận này. Nền văn minh nhân lọai ngày càng cần nhiều nguồn năng lượng giá rẻ, nhưng làm thế nào để có được nó, nếu không phải từ than, dầu và khí đốt?

Một xu hướng chính khác là sự phát triển của các hệ thống lưu trữ năng lượng. Đầu tháng 10, Giải thưởng năng lượng toàn cầu, được trao cho các nhà khoa học trên thế giới vì sự phát triển của họ trong lĩnh vực năng lượng. Giáo sư Đan Mạch Frede Blobjerg đã được trao giải thưởng vì sự đóng góp của ông cho việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh cho năng lượng tái tạo, và giáo sư người Mỹ Halil Amin đã phát triển các loại pin và ắc quy khác nhau có khả năng lưu trữ năng lượng lớn.

Hiện nay, vấn đề tích lũy năng lượng gây tranh cãi hay gắt trong phân khúc năng lượng tái tạo. Sẽ tạo ra nhiều lợi ích hơn khi xây dựng các trạm năng lượng mặt trời và gió mới hơn là vận hành các nhà máy nhiệt điện cũ. Theo một báo cáo từ ngân hàng đầu tư Lazard, năng lượng điện rẻ nhất hiện nay được tạo ra bởi năng lượng gió, tiếp theo là năng lượng từ các tấm pin mặt trời và sau đó là một biên độ lớn – tạo ra chu trình kết hợp.

Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi các khoản đầu tư vào năng lượng xanh luôn đạt mức kỷ lục. Và không chỉ ở phương Tây – trong 5 quốc gia hàng đầu về đầu tư năng lượng xanh hiện nay bao gồm Trung Quốc (70 tỷ euro mỗi năm), Hoa Kỳ, Nhật Bản, Ấn Độ và Đức. Những quỹ năng lượng xanh này được hướng đến các nguồn năng lượng nào

Dầu

Dự báo

Nguồn năng lượng chính cho nền văn minh hiện đại là dầu mỏ. Theo IAEA, năm 2018, hydrocarbon lỏng chiếm 40% mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng trên toàn cầu (điện – chỉ chiếm 19%).

Dầu chủ yếu được sử dụng dưới dạng nhiên liệu. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để sản xuất năng lượng, chủ yếu là nguyên liệu thô cho dầu động cơ, vật liệu xây dựng và hóa chất gia dụng, nhựa tổng hợp có mặt khắp nơi. Nhưng đối với các nhu cầu phi năng lượng, chỉ có 1/5 số  lượng vàng đen được tiêu thụ.

Ở phương Tây thời hậu công nghiệp, nhu cầu về hydrocarbon lỏng đã giảm và trong tương lai se giảm nhiều hơn. Nhưng nhu cầu dầu toàn cầu sẽ không giảm trong hai mươi năm tới, ngay cả khi toàn bộ nhân loại sẽ chuyển từ xe chạy bằng xăng sang xe điện, các tác giả của báo cáo Năng lượng Toàn cầu (GEO) cho biết . Thật vậy, nhu cầu chắc chắn sẽ tăng trưởng ở Đông và Châu Phi khu vực tập trung đông dân hơn, cùng với nhu cầu ngày càng tăng của các nền kinh tế đang phát triển.

Dầu là một nguồn tài nguyên không tái tạo, có nghĩa là một ngày nào đó sản lượng toàn cầu của nó sẽ đạt đến đỉnh điểm. Các nhà nghiên cứu khác nhau đã “chỉ định” một đỉnh cao trong sản xuất, đầu tiên là vào những năm 1970, sau đó là vào những năm 2000 và 2025. Cho đến khi đạt được tối đa.

Các vấn đề

Ngành công nghiệp dầu mỏ bị ràng buộc bởi Thỏa thuận Paris, bắt buộc phải giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO2) để không làm trầm trọng thêm cuộc khủng hoảng khí hậu. Để làm được điều này, tốt hơn là làm sạch khí thải, hoặc đốt ít nhiên liệu hóa thạch.

Dự trữ dầu chắc chắn sẽ cạn kiệt. Kể từ năm 1984, sản lượng dầu hàng năm trên thế giới đã vượt qua khối lượng thăm dò. Các mỏ dầu nổi tiếng sẽ cạn kiệt trong 40 – 60 năm tới, và ở Nga – trong 20 năm nữa, Viện sĩ Sergei Alekseenko nói.

Giải pháp

Một giải pháp tạm thời là sản xuất dầu đá phiến, có trữ lượng rất lớn: 2,8 – 3,3 nghìn tỷ thùng dầu đá phiến có thể phục hồi so với 1,7 nghìn tỷ thùng dầu truyền thống. Theo ông Serge Alekseenko, đến năm 2040, dự kiến dầu đá phiến chiếm​​10 – 13% trong tổng sản lượng dầu. Tuy nhiên, các loại khí và dầu này rất khó để phục hồi – với các vấn đề môi trường liên quan. Cần khoan nhiều giếng dầu hơn do giếng dầu đang cạn nhanh hơn, hóa chất trong dung dịch khoan gây ô nhiễm các mạch nước ngầm. Các nguồn hydrocacbon từ đá phiến tập trung trong các hốc nhỏ trong một khối đá không thấm dày đặc, do đó, phương pháp bẻ gãy thủy lực và khoan ngang được sử dụng để kết nối các hốc và thu thập hóa thạch từ các không gian lớn.

Ưu điểm của dầu là tạo ra năng lượng cao (lượng năng lượng trên một đơn vị thể tích) và dễ vận chuyển so với than và khí đốt. Do đó, ngành công nghiệp này đang cố gắng tìm một giải pháp thay thế hữu ích. Ví dụ, có một ý tưởng để tạo ra nhiên liệu sinh học lỏng từ vi tảo hoặc từ dầu thực vật thải. Với nhiên liệu như vậy, Finnair đã thực hiện hai chuyến bay chở khách vào mùa hè này từ San Francisco đến Helsinki.

Gas

Dự báo

Khí gas cung cấp năng lượng bằng cách đốt cháy cho nấu ăn và sưởi ấm, cho sự chuyển động của các phương tiện, cho việc phát điện. Khi bị đốt cháy, nó thải ra ít carbon dioxide hơn than hoặc dầu, vì vậy trong những thập kỷ tới, năng lượng sẽ có nhu cầu ngay cả với những hạn chế về môi trường.

Tiêu thụ khí đốt sẽ tăng ở các quốc gia đang phát triển – Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ, Ấn Độ. Đến năm 2040, khí đốt tự nhiên sẽ trở thành nguồn năng lượng lớn thứ hai sau dầu mỏ (nay là thứ hai là than đá) với tỷ lệ 27%.

Tuy nhiên, các mỏ khí đốt được khai thác sẽ chỉ tồn tại 40-60 năm đối với thế giới và 80 năm đối với Nga, theo ông Mitchseseenko. Nga đang dẫn đầu thế giới về trữ lượng khí đôt khoảng 18%.

Các vấn đề

Năng lượng khí đốt có ba vấn đề chính. Thứ nhất, các nguồn tài nguyên này vẫn cạn kiệt, ngay cả khi công nghệ sản xuất khí đá phiến lan rộng. Thứ hai, khí đốt tự nhiên không an toàn vì nguy cơ cháy nổ cao – cả cho công nhân trong quá trình sản xuất và cho người tiêu dùng trong quá trình sử dụng. Thứ ba, carbon dioxide (CO2) được giải phóng trong quá trình đốt cháy của nó, ngay cả khi lượng sử dụng không quá nhiều.

Giải pháp

Giải pháp đầu tiên là sử dụng khí bị mất trong sản xuất dầu. Gần đây, các loại khí dầu mỏ liên quan (APGs) này chỉ đơn giản được đốt vì lý do an toàn, chúng thường gây ra các vụ cháy đặc trưng tại các giàn khoan dầu và nhà máy hóa chất. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2017, khoảng 140 tỷ mét khối APG đã bị đốt cháy trên thế giới, tương đương với mức tiêu thụ khí đốt hàng năm của toàn châu Phi. Ngoài ra, khoảng 270 triệu tấn CO2 đã được thải ra do điều này . Do đó, ngày càng có nhiều quốc gia sẽ loại bỏ hoạt động này vào năm 2030. Năm ngoái, Ngân hàng Thế giới tuyên bố rằng Nga đã trở thành nhà lãnh đạo thế giới trong việc giảm khí đốt liên quan.

Một giải pháp khác là sử dụng ống xả. Công nghệ thu hồi và thu giữ carbon là một trong số 100 đột phá sáng tạo trong tương lai, theo báo cáo năm 2019 của EU. Ý tưởng là thu thập các khí có chứa carbon từ các ống khói.

Ngoài ra, việc chuyển từ hóa thạch sang khí tổng hợp được sản xuất với sự trợ giúp của điện xanh hoặc khí sinh học, ví dụ từ trấu – đây là cách làng Tamakuay Raj của Ấn Độ cung cấp điện.

Than

Dự báo

Than được sử dụng làm nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện và cung cấp nhiệt. Trong một phần tư thế kỷ, nhu cầu toàn cầu về nó đã tăng lên, nhưng không đồng đều: nó tăng gấp ba lần ở phương Đông và giảm một phần ba ở phương Tây.

Tuy nhiên, ngay cả ở các nước phát triển, than vẫn đóng một vai trò nổi bật. Chúng sản xuất ra 35% điện của Đức. Và cho đến nay, hãng vận tải năng lượng này chiếm ưu thế trong sản xuất điện toàn cầu: năm 2015, TPP đốt than chiếm 39% điện năng.

Nhưng trong những thập kỷ tới, than sẽ mất thị phần. Mặc dù nguồn dự trữ than dự kiến ​​của World World sẽ tồn tại trong 150-200 năm, nhưng theo ông Sergeseseenko, Nga sẽ cạn kiệt 18% tổng trữ lượng (vị trí thứ hai trên thế giới) chỉ sau 400 năm.

Các vấn đề

Thời điểm tồi tệ đang chờ đợi ngành công nghiệp than do khủng hoảng khí hậu và Thỏa thuận Paris, bởi vì than là nguyên nhân chủ yếu về môi trường từ các năng lượng hydrocarbon hóa thạch. Ngoài ra, việc khai thác của nó được tự động hóa thấp và đòi hỏi con người trực tiếp khai thác dưới lòng đất, điều này dẫn đến vấn đề sức khỏe khi hút phải bụi than và có nguy cơ bị tổn thương bởi một vụ nổ khí metan.

Do đó, các nước phát triển đang dần sử dụng ít than hơn và ủng hộ năng lượng tái tạo. Đức cũng sẽ chấm dứt việc sản xuất điện từ than vào năm 2038 và mỏ than cuối cùng đã đóng cửa vào tháng 12 năm 2018.

Nguồn năng lượng sản xuất từ than bắt đầu yếu thế hơn năng lượng xanh về giá cả ở châu Âu. Trong một nghiên cứu ở Indonesia, Việt Nam và Philippines cho thấy việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện than mới trị giá 120 tỷ USD và gặp rủi ro cao hơn việc xây dựng một trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió mới trong mười năm.

Giải pháp

Theo Đại diện đặc biệt của Tổng thống Nga về các vấn đề khí hậu, Alexander Bedritsky, than vẫn sẽ có nhu cầu trong công nghiệp – rất khó để thay thế nó trong công nghiệp năng như gang, thép và sản xuất vật liệu xây dựng. Do đó, nhiệm vụ của các công nghệ mới là tối đa hóa hiệu quả sử dụng than. Các phương pháp như khí hóa than (đốt cháy không hoàn toàn để tạo ra khí cháy, cũng được sử dụng sau này), có thể tăng hiệu suất từ ​​36%lên 50% và thậm chí cao hơn.

Một chiến lược khác là chuyển các nhà máy nhiệt điện than thành nhiên liệu thay thế, như chất thải gỗ – dăm gỗ và cành cây. Trên đó các nhà máy đốt than lớn nhất ở Đan Mạch chuyển sang cuối năm 2019 – Power Station asnaes công suất 782 MW, trong đó sẽ giảm lượng khí thải CO2 800 nghìn tấn mỗi năm. Trong các nhà máy nhiệt điện than, than sinh học thu được từ chất thải hữu cơ cũng có thể được đốt cháy.

Theo dự báo của IEA vào năm 2035, tiềm năng năng lượng của rác sẽ nhiều hơn 20% so với tiềm năng than.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Năng lượng cho tương lai (Kỳ 2).

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply