Một số nguồn năng lượng được coi là ‘sạch’, liệu có thực sự sạch và bền vững?

Xử lý chất thải tấm quang điện trên thế giới và đề xuất cho Việt Nam Đến cuối năm 2020, tổng công suất tấm PV tích lũy lắp đặt trên toàn thế giới là 760,4 GW, trong đó, Việt Nam là một trong 10 nước có công suất lắp đặt điện mặt trời nhiều nhất trong năm 2020. Dự báo đến năm 2050, sẽ có 4.500 GW điện mặt trời được lắp đặt trên toàn cầu. Như vậy, phế thải từ các tấm PV hết hạn sẽ là một vấn đề môi trường rất lớn trong những thập niên tới trên thế giới và Việt Nam cũng không ngoại lệ. Bài viết dưới đây đưa ra dự báo tốc độ phát triển tấm quang điện mặt trời, cơ chế chính sách khuyến khích, bắt buộc tái chế, xử lý tấm phế thải PV trên thế giới, qua đó đề xuất chính sách tái chế, xử lý tấm phế thải PV tại Việt Nam.

‘Hydrogen xanh’ cần có tên trong ‘chiến lược quốc gia’ của Việt Nam Quá trình chuyển đổi năng lượng không phải là điều gì đó đang chờ đợi chúng ta trong thập kỷ tới. Ngược lại, đó là một quá trình mà chúng ta đã có nhiều nghiên cứu rất sâu và nó đang diễn ra. Mục tiêu hướng tới là tạo ra một xã hội trung tính với các-bon bằng việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, do tính chất không liên tục của nguồn tái tạo, việc lưu trữ năng lượng có một vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển đổi này. Công nghệ hydrogen với nhiều tiến bộ của nó đã được công nhận là sự lựa chọn hứa hẹn nhất. Chuyên gia của Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin chia sẻ một số thông tin về vấn đề này để bạn đọc cùng tham khảo.

1. Điện mặt trời bền vững như thế nào?

Các tấm pin mặt trời đã cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng, mang lại lợi ích khử cacbon lớn trên diện rộng. Tuy nhiên, năng lượng mặt trời không chỉ đơn giản là dựng các tấm pin và chờ mặt trời chiếu sáng. Điều quan trọng là phải xem xét các tấm PV đến từ đâu và điều gì sẽ xảy ra với những tấm này khi vòng đời của chúng kết thúc.

Theo các chuyên gia năng lượng tái tạo (NLTT), để tạo ra một tấm pin mặt trời, cần phải có một số nguyên tố, chẳng hạn như Bạc, Đồng, Niken, Silic vô định hình, Cadmium (Cd)... Các khoáng chất này cần phải được chiết xuất và phân tách về mặt hóa học, các quá trình dẫn đến phát thải.

Polysilicon là một vật liệu bán dẫn được sử dụng trong sản xuất các tấm pin mặt trời. Nó được tinh chế từ thạch anh, một loại đá dày đặc được tạo ra khi đá sa thạch bị nghiền nát giữa các mảng kiến ​​tạo. Vật liệu này được nung trong lò khổng lồ và được xử lý bằng hóa chất cho đến khi nó ngưng tụ thành những thỏi polysilicon gần như tinh khiết. Những thỏi này được cắt thành các tấm mỏng bằng cưa kim cương và sau đó được cắt thành các hình vuông để tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời, biến ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Polysilicon có thể trở thành một vấn đề do nhiều quốc gia thiếu các biện pháp kiểm soát liên quan đến việc đổ chất thải silic tetraclorua, một sản phẩm phụ của quá trình chế biến polysilicon. Thông thường silicon tetrachloride thải được tái chế nhưng điều này làm tăng thêm chi phí sản xuất.

Và điều gì sẽ xảy ra khi một tấm pin mặt hết hạn sử dụng? Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế dự kiến đến năm 2050, tổng khối lượng pin mặt trời phế thải toàn cầu ​​lên đến 78 triệu tấn. Như vậy, các tấm pin sẽ hết tuổi thọ và thế giới sẽ tạo ra khoảng 6 triệu tấn chất thải từ năng lượng mặt trời mới hàng năm. Quy trình tái chế thích hợp là cần thiết để đảm bảo các nguyên tố có giá trị được chiết xuất và các nguyên tố độc hại như chì, không bị rò rỉ trong các bãi chôn lấp.

Thực tế là có rất ít quốc gia đã bắt buộc một cách hiệu quả các biện pháp tái chế này. Tại EU, Luật Rác thải từ thiết bị điện và điện tử (WEEE) quy định các biện pháp thích hợp để xử lý rác thải, tuy nhiên nhiều quốc gia giàu có đang xử lý bằng cách vận chuyển rác thải điện và điện tử của họ cho các quốc gia đang phát triển để tái sử dụng.

Và đó không chỉ là việc tái chế, giảm lượng khí thải… Về tác động đối với động vật hoang dã, số lượng chim chết ngày càng tăng có liên quan đến các trang trại năng lượng mặt trời. Các trang trại năng lượng mặt trời quy mô vừa phải trên khắp Hoa Kỳ có thể giết chết gần 140.000 con chim hàng năm, do ánh sáng chói của các tấm pin mặt trời tạo ra. Ngoài ra, cần lưu ý rằng, các dàn pin mặt trời yêu cầu một diện tích đất khá lớn để lắp đặt và việc phát điện của chúng phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết (khi có giông bão thì điện năng phát giảm hẳn và ban đêm thì không phát).

Như vậy, điện mặt trời cung cấp nguồn năng lượng sạch cho phát triển kinh tế - xã hội, tuy nhiên, rõ ràng rằng, các chính phủ và ngành công nghiệp trên toàn cầu cần hợp tác về các chiến lược bền vững xung quanh việc triển khai và ngừng hoạt động của PV.

2. Năng lượng gió bền vững như thế nào?

Phải nói rằng, lợi ích của năng lượng gió là rất đáng chú ý. Bên cạnh việc cung cấp nguồn điện đáng tin cậy, các chương trình đầu tư cộng đồng có thể mang lại lợi ích cho công chúng, các tua bin gió với công suất lớn hơn được coi là giải pháp tối đa hóa việc sử dụng đất tại các trang trại gió và cơ hội tạo ra rất nhiều việc làm trong lĩnh vực này, với 3,3 triệu việc làm dự kiến ​​trong 5 năm tới (theo Hội đồng Năng lượng Gió Toàn cầu - GWEC). Tất nhiên, một trong những đặc điểm quan trọng nhất của các trại điện gió là tạo ra năng lượng không phát thải các khí ô nhiễm.

Tuy nhiên, cũng như điện mặt trời, nguồn năng lượng tái tạo này có một số nhược điểm:

Để tối đa hóa khả năng tiếp cận gió của các tua bin, chúng cần phải đặt cao hơn các cấu trúc xung quanh gần nhất. Điều này có thể có tác động tiêu cực đến mỹ quan môi trường, làm phá vỡ cảnh quan được cộng đồng coi trọng. Tại các khu vực nông thôn yên tĩnh, những ngôi nhà nằm trong phạm vi 130 độ ở cả hai bên của phía bắc so với tua bin có thể bị ảnh hưởng bởi bóng nhấp nháy và tiếng ồn xâm nhập.

Xây dựng và lắp dựng các tua bin gió đòi hỏi hàng trăm tấn vật liệu - thép, bê tông, sợi thủy tinh, đồng, cũng như neodymium (Nd) và dysprosi (Dy) được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu, dẫn đến lượng khí thải carbon vẫn chưa được tính đầy đủ khi sản xuất các vật vật lệu này.

Tuy nhiên, một trong những mối quan tâm nổi bật xung quanh các tua bin gió là tác động đến hệ động vật địa phương. Dưới đây là 3 ví dụ về vấn đề này:

Theo một báo cáo được công bố trên Tạp chí Sinh thái và Tiến hóa (Ecology and Evolution) của một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Tự nhiên Na Uy ở Trondheim, các loài chim và dơi thực sự gặp rủi ro từ các cánh tua bin gió đang chuyển động.

Về các trang trại điện gió ngoài khơi, các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu tác động tiềm tàng đối với hệ sinh thái biển. Các nhà khoa học gợi ý rằng, một số loài cá mập và cá đuối sử dụng điện từ trường để định hướng, săn tìm thức ăn, có thể phản ứng với việc rò rỉ điện từ các tua bin gió ngoài khơi.

Các nhà sinh vật biển tin rằng, xung âm thanh lớn phát ra trong giai đoạn xây lắp các tua bin gió có thể ảnh hưởng đến một số loài vật biển trong phạm vi lên tới 12,5 dặm. Trong tối đa sáu tuần, việc xây lắp các tua bin gió ngoài khơi có thể đẩy các động vật biển có vú ra khỏi một khu vực rộng lớn trong môi trường sống của chúng, mặc dù các động vật sẽ trở lại hợp lý nhanh chóng sau khi quá trình xây dựng kết thúc. Tương tự như điện mặt trời, các dự án điện gió, đặc biệt điện gió ngoài khơi, cũng chiếm diện tích mặt đất, mặt nước khá lớn.

Rõ ràng là khi xây dựng các trang trại điện gió, dù trong hay ngoài khơi, tác động môi trường phải được tính đến và giảm thiểu từ giai đoạn lập kế hoạch càng nhiều càng tốt.

3. Năng lượng sinh khối bền vững như thế nào?

Sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo lành tính, thân thiện với môi trường và đáng tin cậy. Nó có thể giảm thiểu chất thải và khí thải một cách hiệu quả. Tuy nhiên, việc thu gom, vận chuyển, lưu trữ các chất thải có chứa trong mình lượng khí thải carbon và sinh khối để sản xuất năng lượng quy mô lớn đòi hỏi rất nhiều đất. Bên cạnh đó, các hoạt động khai thác sinh khối không bền vững do một số công ty chặt phá rừng để tạo nguồn nguyên liệu cho sản xuất điện sinh khối có thể dẫn đến mất rừng theo thời gian. Theo các chuyên gia “việc dọn sạch thực vật và chất hữu cơ khỏi mặt đất cũng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của đất vốn đòi hỏi sinh khối để làm phân bón”. Những hoạt động này lại tác động tiêu cực, hoặc làm cạn kiệt môi trường sống tự nhiên của các loài động vật.

Các công ty trồng cây với mục đích duy nhất là khai thác sinh khối cũng có thể tạo ra một tác động mạnh đến môi trường. Nước và sự tưới tiêu cần thiết có thể làm đảo lộn cân bằng nước, gây ra hạn hán ở các khu vực khác. Điều này dẫn đến cần thiết phải đạt được sự cân bằng giữa việc trồng cây để cung cấp năng lượng và cây làm lương thực. Quá trình này có thể giải phóng các chất ô nhiễm chẳng hạn như carbon dioxide, nitơ oxit và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi vào không khí. Điều này không chỉ có thể gây ra mùi không mong muốn, cùng với mùi của nguyên liệu thô (tùy thuộc vào chất thải được sử dụng) mà còn có thể dẫn đến sự hiện diện của sâu bệnh và vi khuẩn.

4. Hydrogen bền vững như thế nào?

Nhiều người đang cảm thấy mệt mỏi với từ ‘H’, tuy nhiên không thể phủ nhận rằng hydrogen xanh có tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ quá trình khử cacbon của hành tinh.

Cho tới nay, sản xuất hydrogen sạch chưa được mở rộng quy mô, mà vẫn được xác định bởi nhiên liệu được xử dụng để tạo ra nó, chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch.

Hiện nay, có ba nguồn hydrogen chính là:

Một là: Khí tự nhiên - Khi metan (CH4) trong khí thiên nhiên bị đốt nóng, các phân tử tách thành cacbon monoxit và hydrogen. Sau đó, carbon monoxide có thể được xử lý để tạo ra khí nước, từ đó hydrogen có thể được chiết xuất.

Hai là: Dầu - có thể trải qua quá trình tương tự như khí tự nhiên, hoặc nếu là dầu nhiên liệu nặng, có thể được biến thành hydrogen thông qua quá trình oxy hóa một phần. Điều này liên quan đến việc sử dụng áp suất và nhiệt độ cao để oxy hóa dầu, do đó, tạo ra khí tổng hợp một phần được tạo ra từ hydrogen.

Ba là: Than - cũng có thể được biến thành khí và trong quá trình này, các phân tử của nó bị phân hủy thành các phần hydrogen và carbon monoxide.

Nếu khí thải được sử dụng để tạo hydrogen bị giữ lại và lưu trữ dưới lòng đất (một quá trình được gọi là thu giữ và lưu trữ carbon (Carbon Capture and Storage - CCS).

Nhiên liệu được gọi là hydrogen xanh (một lựa chọn sạch hơn so với khí hóa than hoặc cải tạo metan bằng hơi nước) sẽ trở thành nhân tố chính của xã hội năng lượng sạch trong tương lai, thu được bằng cách sử dụng NLTT để điện phân nước, tách hydrogen ra khỏi nước.

Theo ông Carlo Zorzoli của Enel Green Power - một tập đoàn đa quốc gia về NLTT của Italia: Việc sản xuất hydrogen ngày nay là một “kẻ hủy diệt khí hậu”. Ông cho biết “98% hydrogen được sản xuất từ ​​quá trình tinh lọc hơi nước và khí hóa (thường gọi là Hydrogen xám), tạo ra lượng khí thải carbon hàng năm tương đương với lượng khí thải của Indonesia và Vương quốc Anh cộng lại. Chỉ 2% được tạo ra từ quá trình điện phân (Hydrogen xanh)”.

Vì vậy, hiện nay Hydrogen không phải là một giải pháp để khử cacbon mà điều đầu tiên cần làm là chuyển đổi hydrogen xám sang Hydrogen xanh.

Việc tăng cường sản xuất Hydrogen xanh để đảm bảo tác dụng khử carbon trong xã hội năng lượng sạch tương lai đang mở ra triển vọng hết sức tươi sáng.

5. Năng lượng hạt nhân bền vững như thế nào?

Bạn có thể hỏi tại sao năng lượng hạt nhân lại xuất hiện trong lĩnh vực này. Thực tế hạt nhân là một nguồn năng lượng sạch và sẽ thực sự đóng một vai trò quan trọng trong quá trình khử cacbon trong tương lai của hành tinh chúng ta.

Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng không phát thải khí nhà kính, có hệ số công suất cao (tới 90%), phát điện ổn định hơn tất cả các loại nguồn điện và chỉ cần một diện tích đất khá nhỏ (so với điện gió, mặt trời) để hoạt động. Theo đánh giá của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ: Một cơ sở hạt nhân 1.000 MW điển hình ở Hoa Kỳ cần khoảng hơn 1 dặm vuông để hoạt động và tất cả nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng thu được bởi ngành năng lượng hạt nhân Hoa Kỳ trong 60 năm qua có thể nằm gọn trên một sân bóng đá ở độ sâu dưới 10 mét.

Tuy nhiên, do bản chất cực kỳ độc hại của chất thải hạt nhân nên phải sử dụng các phương pháp xử lý thích hợp, nếu không, hậu quả có thể rất thảm khốc, mặc dù khoảng thời gian cần thiết để các chính phủ quyết định về nơi xử lý cuối cùng là khá dài (khoảng 60 - 80 năm từ khi nhà máy điện hạt nhân bắt đầu hoạt động).

Theo các chuyên gia năng lượng hạt nhân, chất thải hạt nhân cần được lưu trữ tại các kho địa chất sâu. Tuy nhiên, cho đến nay chất thải chủ yếu thu giữ tại các nhà máy điện hạt nhân và cơ sở chế biến. Một ví dụ về kho lưu trữ sâu đang hoạt động là nhà máy thí điểm cách ly chất thải hạt nhân gần Carslbad, Bang New Mexico, Hoa kỳ.

Thủy tinh hóa chất thải hạt nhân là một phương pháp xử lý nổi tiếng - với việc trộn vật liệu phế thải với tiền chất thủy tinh, đun nóng hỗn hợp đến trên 1.000°C để làm tan chảy các thành phần, đổ thủy tinh nóng chảy vào thùng chứa bằng thép rồi để nguội cho đông đặc để khóa chất độc hại lại. Các nhà khoa học về vật liệu cho biết: “Quá trình thủy tinh hóa chất thải hạt nhân dường như đã được thiết lập tốt, nhưng thực tế nó vẫn phải đối mặt với những vấn đề phức tạp. Đó là các thùng thép chứa thủy tinh có thể sẽ bắt đầu bị ăn mòn sau 1.000 năm”./.

TS. NGUYỄN MẠNH HIẾN

Tài liệu tham khảo:

- Are Renewables really sustainable?

- Ivanpah Giant solar plant incinerates birds in mid-air.

- Norwegian resheach proposes solution to avian deaths by wind turbines.