Khủng hoảng năng lượng: Bài toán vẫn chờ lời giải

• Truyền tải điện không dây dẫn: Giải pháp cho khủng hoảng năng lượng
• Nguy cơ tái diễn cuộc khủng hoảng năng lượng tại EU
• Khủng hoảng năng lượng giữa Nga và châu Âu

Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng không hợp lý các nguồn năng lượng thiên nhiên đã gây hậu quả nghiêm trọng và đặt thế giới trước bài toán đi tìm các nguồn năng lượng thay thế trong tương lai.

Mới đây tỷ phú Elon Muks, người sáng lập đồng thời là CEO của Tesla đã giới thiệu những tấm ngói - pin mặt trời do công ty này sản xuất với công năng là tạo ra nguồn điện từ mặt trời, đáp ứng được yêu cầu mỹ thuật so với ngói thông thường. 

Theo thông tin do Tesla cung cấp thì những viên ngói - pin mặt trời này có hiệu suất thấp hơn 2% so với pin mặt trời thông thường. 

Trong thời gian tiếp theo, công ty này sẽ cải thiện lớp phủ bề mặt để tăng hiệu suất làm việc, năng lượng mất đi sẽ giảm đáng kể trước khi nó bị phản xạ ra ngoài. Elon Muks hy vọng trong tương lai, sẽ có tới 1/3 lượng điện được sản xuất tại chỗ để giúp giảm tải cho điện lưới.

Các nhà nghiên cứu đã xác định được một bộ ba của enzym vi khuẩn có thể giúp chuyển đổi đường thực vật thành các hợp chất hydrocarbon để sản xuất nhiên liệu xanh.

Theo một báo cáo của Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) về tình hình phát triển của năng lượng tái tạo thì cứ mỗi giờ có 500 ngàn tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt trên toàn thế giới. IEA cũng dự báo có tới 28% lượng điện năng của thế giới sẽ là sử dụng năng lượng tái tạo trước năm 2021. Theo Climate Central, 288 tỷ USD là số tiền đầu tư cho sản xuất điện từ năng lượng tái tạo.

Những tiến bộ trong kỹ thuật sử dụng năng lượng tái tạo như Elon Muks vừa trình bày cùng với tín hiệu lạc quan từ bản báo cáo của IEA đã giúp cho thế giới thấy rõ hơn tầm quan trọng của năng lượng tái tạo. Trong tương lai rất có thể con người sẽ thoát khỏi sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng truyền thống, sử dụng các loại năng lượng sạch hơn, thân thiện hơn với môi trường.

Năng lượng tái tạo cho tương lai

Năng lượng được chia thành 2 loại chính: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo. Năng lượng tái tạo được xem là nguồn năng lượng vô tận như năng lượng mặt trời, năng lượng thủy điện, năng lượng sức gió, năng lượng địa nhiệt... đây là nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường. 

Năng lượng không tái tạo là các dạng nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu khí,... các loại nhiên liệu dạng này đang cạn kiệt dần. Đối với con người thì mặt trời là một nguồn cung cấp năng lượng liên tục gần như là vô tận, nó cũng cung cấp năng lượng cho nhiều quy trình diễn tiến trong sinh quyển trái đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và mang lại những nguyên liệu tái tăng trưởng.

Nhiều nghiên cứu cho rằng việc sử dụng năng lượng ở dạng sinh khối truyền thống đã có từ 790.000 năm trước. Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, đa số là các cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. 

Năng lượng sinh khối có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học. Con người đã khai thác các sản phẩm có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối khi họ bắt đầu dùng củi và cỏ khô để nhóm lửa. 

Cách đây 7.000 năm, các con tàu chạy trên sông Nile đã biết sử dụng gió để chạy các tàu buồm. Mãi đến tận năm 1873, khi sự cạn kiệt nguồn than đã khiến cho những nhà nghiên cứu hướng sự quan tâm của họ vào những thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời. Các động cơ năng lượng mặt trời vẫn được tiếp tục nghiên cứu phát triển cho tới khi nổ ra Thế chiến thứ nhất.

Ngày nay có tới 16% lượng điện tiêu thụ trên toàn cầu được sử dụng từ các nguồn năng lượng tái tạo. Có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng tái tạo và chiếm hơn 20% nhu cầu năng lượng của họ. Việc sử dụng năng lượng tái tạo có hiệu quả đã mang lại ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu và đem lại lợi ích về kinh tế.

Mặt trời, sức gió, cho đến vi khuẩn

Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời là sự chuyển hóa ánh sáng thành điện năng, hoặc trực tiếp sử dụng pin quang điện, hoặc gián tiếp sử dụng năng lượng mặt trời tập trung. Pin quang điện chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện. 

Những “cánh đồng gió” tập trung nhiều tua-bin có thể cung cấp điện năng cho một khu vực dân cư.

Công nghệ năng lượng mặt trời được gọi là thụ động hay chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối ánh sáng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm các hệ thống quang điện, tập trung năng lượng và sưởi năng lượng mặt trời để khai thác. Công nghệ năng lượng mặt trời thụ động bao gồm việc định hướng một tòa nhà mặt trời, lựa chọn vật liệu hấp thụ nhiệt và thiết kế các không gian tự nhiên lưu thông không khí. 

Trái đất nhận được 174 terawatt bức xạ mặt trời đến ở phía trên bầu khí quyển. Khoảng 30% được phản xạ lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và các vùng lãnh thổ.

Năng lượng mặt trời ban đầu chỉ được sử dụng như một nguồn điện cung cấp cho các ứng dụng vừa và nhỏ, từ các máy tính chạy bằng pin mặt trời cho đến những căn nhà nhỏ với hệ thống pin quang điện được lắp đặt trên tầng thượng. 

Khi giá thành điện năng lượng mặt trời đã giảm, đã có hàng triệu tấm pin năng lượng được kết nối và quy mô các trạm điện năng lượng mặt trời với công suất hàng trăm megawatt đã được xây dựng. Pin năng lượng mặt trời đã nhanh chóng trở thành công nghệ giá rẻ để khai thác năng lượng tái tạo từ mặt trời. Năng lượng mặt trời được dự đoán sẽ trở thành nguồn cung lớn nhất thế giới vào năm 2050, sẽ góp từ 11~16% mức tiêu thụ điện toàn cầu.

Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào và không sản sinh ra khí CO2. Ảnh: Lắp đặt các tấm pin quang điện.

Năng lượng gió: Gió là sự chuyển động của không khí từ một vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp, gió tồn tại bởi mặt trời làm nóng không đều bề mặt của trái đất. 

Từ thời cổ đại con người đã biết sử dụng những cánh buồm để dùng sức gió đưa tàu thuyền đi nhanh hơn. Những người nông dân sử dụng cối xay gió để xay ngũ cốc và bơm nước trong sinh hoạt. Ngày nay những tua-bin được dùng để nhờ sức gió tạo thành điện năng. Các tua-bin gió lớn có thể tạo ra đủ điện năng cung cấp cho khoảng 600 hộ gia đình. Để đối phó với vấn đề nóng lên của toàn cầu thì năng lượng gió được coi là sự thay thế tuyệt vời đối với nhu cầu năng lượng, bởi nó thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm như các nhiên liệu hóa thạch. 

Khác với việc phải khai thác cả một vùng rộng lớn để xây dựng nhà máy điện thông thường, nhà máy điện dùng sức gió có diện tích nhỏ hơn và vẫn có thể canh tác hoặc các hoạt động nông nghiệp khác. Chi phí cho năng lượng gió ngày một rẻ hơn do những tiến bộ trong công nghệ, dẫn đến việc hiệu quả về mặt kinh tế.

Biến đổi gen vi khuẩn E.Coli: Vi khuẩn E.Coli thường được biết đến như tác nhân gây bệnh tiêu chảy, ngộ độc thực phẩm. Nhưng một nhóm các nhà khoa học Anh đã công bố một nghiên cứu về biến đổi gen di truyền vi khuẩn E.Coli để tạo ra phân tử hydrocarbon tương tự như dầu khí. Những nghiên cứu mới hướng vào cơ chế vận chuyển của các tế bào để tạo ra các phân tử nhiên liệu sinh học mà không cần phải phá hủy chúng.

Nghiên cứu về biến đổi gen vi khuẩn còn thu được những kết quả khả quan về việc sản xuất các loại khí được dùng làm nhiên liệu. 

Patrik Jones, Cao đẳng Imperial, Vương quốc Anh, cho rằng: "Chúng ta có thể tạo ra ảnh hưởng lên quá trình trao đổi chất trong tế bào, từ đó sản xuất ra khí propal, có thể thay thế nhiên liệu khí truyền thống". Những nghiên cứu này được hy vọng sẽ mở đường cho việc sản xuất thương mại một loại nhiên liệu tái tạo mới, thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn kiệt.