Năng lượng sạch không hẳn đã sạch

Những chong chóng điện gió hay những tấm thu năng lượng mặt trời không thải ra khí CO₂ khi biến nắng, gió thành điện. Nhưng việc sản xuất các thiết bị này lại ngốn nhiều nguyên vật liệu và thải ra nhiều CO₂. Việc khai thác năng lượng từ nắng và gió có vẻ sạch cuối cùng lại không sạch là vì thế. 

Sau những chong chóng điện gió là những nhà máy xi măng, nhà máy luyện cán thép. Và sau những tấm quang điện là những nhà máy sản xuất silicon. Những cụm sản xuất này xả ra CO₂ và các chất thải rắn ảnh hưởng đến hệ hô hấp của dân cư, làm đảo lộn môi trường sinh thái của sông hồ, và gây ra những tác động tiêu cực khác đối với con người.

1GW điện gió tốn 125 tấn sắt thép

Việc xây dựng những cơ sở vật chất để lắp đặt các thiết bị khai thác năng lượng sạch cũng thường phức tạp về thiết kế, to lớn về kích cỡ và tốn nhiều vật liệu xây dựng. Chẳng hạn như để xây đập thuỷ điện phục vụ việc sản xuất 1GW điện thì cần đến 1.240 tấn bê tông. Trong khi đó, để có được một nhà máy điện hạt nhân công suất 1GW chỉ tốn 560 tấn bê tông. Việc sản xuất sắt thép còn thải ra khí CO₂ nhiều hơn việc sản xuất bê tông. Vậy mà để có được 1GW điện cần đến 125 tấn sắt thép phục vụ cho việc sản xuất chong chóng, hay 140 tấn sắt thép để xây đập nước, trong khi để xây dựng một nhà máy điện hạt nhân 1GW chỉ cần 60 tấn sắt thép.

Việc sản xuất silicon dùng cho các tấm quang điện cũng tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình nấu chảy vật liệu ở nhiệt độ cao. Vì vậy, điện mặt trời cuối cùng bị đánh giá là nguồn năng lượng gián tiếp thải ra nhiều khí CO₂ nhất trong số các nguồn năng lượng tái sinh. Còn một nghiên cứu từng chỉ ra rằng tại các nước nhiệt đới, những đập nước có thể thải ra lượng khí mêtan tương đương với một nhà máy nhiệt điện.

Điện nào cũng thải CO₂

Mức thải CO₂ từ việc khai thác năng lượng sạch để thu 1kWh điện

Điện mặt trời: 60g
Điện gió: 9 – 25g
Thuỷ điện: 8g

Không chỉ phá vỡ cảnh quan thiên nhiên, các chong chóng điện gió tạo ra tiếng ồn khi quay, và làm chim chóc hoảng sợ. Tiếng quay vù vù là nhược điểm hầu như không thể khắc phục của các chong chóng điện gió. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, các nhà chuyên môn đề nghị đưa chong chóng điện gió ra lắp đặt trên những giàn nổi ngoài biển. Những tấm pin mặt trời không gây ra tiếng ồn như điện gió, không thải ra khí CO₂ trực tiếp, nhưng quá trình sản xuất những tấm pin này lại tạo ra nhiều loại chất thải độc hại, đặc biệt là những chất thải rắn. Với thuỷ điện, những tác động đối với môi trường còn lớn hơn. Các đập nước nhấn chìm các khu vực đa dạng về sinh học, chặn dòng chảy của phù sa gây bất lợi cho hạ lưu. Hiện tượng tăng nhiệt độ nước sẽ làm giảm hàm lượng oxy ảnh hưởng đến các loài cá và khiến nhiều loại tảo độc phát triển mạnh.

Trong khi Pháp có sản lượng điện gió đạt 400MW, điện mặt trời đạt 26MW, điện địa nhiệt là khoảng 550MW, thì Đức tự hào là đang khai thác hiệu quả năng lượng sạch với sản lượng điện gió là 16.000MW, điện mặt trời là 800MW, điện địa nhiệt là 4.300MW. Nhưng năm 2004 nước Đức vẫn thải ra đến 10,46 tấn CO₂ tính trên đầu người, trong khi con số này ở Pháp là 6,71 tấn và mức trung bình của châu Âu là 7,96 tấn. Nguyên nhân là do sản xuất điện ở Đức dựa vào than đá, trong khi Pháp dựa vào năng lượng hạt nhân và thuỷ điện. Khai thác năng lượng sạch không giúp giảm hiệu quả lượng khí thải, nên cuối cùng nước Đức mới đây đã quyết định quay sang điện hạt nhân.

Thách thức của khoa học kỹ thuật

Rõ ràng, để phát triển năng lượng sạch hiệu quả cần phải có nhiều phát minh trong việc chế tạo thiết bị chuyển hoá năng lượng. Một chong chóng đường kính 30m sản xuất khoảng 250kW điện, trong khi một chong chóng 80m sẽ cho 2.500kW. Vì vậy, chong chóng điện gió hiện đang được tập trung cải tiến để cánh quạt dài hơn. Tuy nhiên, những chong chóng công suất 5MW hiện có độ cao đến 180m yêu cầu kỹ thuật gia cố móng rất cao. Giải pháp được công ty dầu hoả Talisman Energy của Canada thử nghiệm là tạo ra phần đỡ gồm các ống thép giống như cái giá ba chân. Ông Alan Mac Askill, giám đốc đề án cho biết: “Kết cấu này cho phép chúng tôi cố định tốt một cột chong chóng 5MW ngoài khơi Scotland ở vùng nước sâu chỉ với 1.200 tấn thép, trong khi kỹ thuật cũ cần tới 1.800 tấn. Chúng tôi hy vọng có lợi được 20% chi phí”.

Với điện mặt trời, thực tế là các trạm khai thác ở châu Âu không bao giờ vượt quá 10% công suất, do đó nguồn điện này đắt hơn nhiệt điện và điện hạt nhân đến khoảng năm lần. Nhưng việc sản xuất silicon rẻ hơn đang góp phần giảm giá thành điện mặt trời. Một hướng cải tiến khác là pha trộn một chất polymer (tức một chất plastic) như PPV vào trong một dẫn chất của than. Vấn đề là tấm quang điện từ hỗn hợp này có tuổi thọ ngắn và một hiệu suất hoạt động đến nay vẫn là vấn đề đang được… bàn cãi!

Vấn đề nổi cộm của thuỷ điện là dung tích hồ chứa. Các đập nước được trang bị hệ thống điều tiết có thể đưa mực nước lên cao hơn, như dạng một trạm bơm kết hợp hai mực nước chênh lệch lại với nhau, được xem như một giải pháp hoàn hảo để nâng công suất lên đến 90%. Nhưng việc xây dựng một hệ thống bơm đẩy rất tốn kém và người ta phải chơi trò mạo hiểm với những khối nước khổng lồ: để có thể phát 10kWh phải đưa được 43 tấn nước lên cao hơn 100m!

Khai thác năng lượng sạch hiện vẫn còn là một thử thách đối với khoa học và kỹ thuật.