5 nguồn năng lượng thay thế trong tương lai giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi không sử dụng năng lượng ảnh hưởng tới môi trường.

Trang trại năng lượng mặt trời Stanton bên ngoài Orlando, Florida, sản xuất ra 6 megawatt điện, đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 1.200 ngôi nhà, theo Duke Energy.

Khi biến đổi khí hậu gây ra nhiều hiện tượng thời tiết khắc nghiệt hơn, và các thảm họa môi trường như tràn dầu, cháy rừng… đã đe dọa tới động vật hoang dã và cả sức khỏe con người. Được chú ý và quan tâm, càng có nhiều người sử dụng năng lượng sạch để góp phần không sử dụng nhiên liệu hóa thạch và mở ra một tương lai không có khí thải carbon.

Việc không bị phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch là rất quan trọng để hạn chế khủng hoảng khí hậu, nhưng theo ông Vijay Modi, Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Columbia cho biết vẫn còn những rào cản cần vượt qua trước khi có thể chuyển đổi hoàn toàn sang năng lượng tái tạo là: lưu trữ năng lượng, chấp nhận công khai việc đường dây truyền tải với sử dụng xe điện và hệ thống sưởi thay thế trong nhà.

Ông Modi chia sẻ: “Một khi dân số bắt đầu hiểu rằng có thể sống mà không cần đến nhiên liệu hóa thạch thì sẽ dễ dàng hơn, khi đó họ sẽ yêu cầu các khu vực bầu cử hoặc các cơ quan địa phương thúc đẩy việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch.” Ông cho rằng với chi phí sản xuất thấp của năng lượng mặt trời và gió, với diện tích đất rộng rãi và một số chính sách phù hợp của chính phủ, quá trình chuyển đổi này có thể diễn ra nhanh chóng.

Các chuyên gia chuyển đổi năng lượng sẽ chia sẻ dưới đây 5 nguồn năng lượng đáng tin cậy nhất tại Mỹ cũng như trên thế giới và những thách thức phải đối mặt để thay thế than, dầu và khí đốt với mục tiêu ngăn chặn khủng hoảng khí hậu.

Năng lượng mặt trời

Con người đã sử dụng năng lượng mặt trời từ khoảng thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên, khi họ sử dụng thủy tinh để tăng sự phản xạ ánh sáng nhằm tạo ra lửa. Nhưng pin mặt trời hiện đại đã không được phát minh cho tới tận giữa thế kỉ 20. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, các hệ thống năng lượng mặt trời không thải ra khí nhà kính hoặc ô nhiễm không khí, điều này làm cho điện mặt trời trở thành một trong những giải pháp tiềm năng tốt nhất cho xử lý khủng hoảng khí hậu.

Ông Modi cho biết Mỹ có thể chứng kiến sự thống trị ​​năng lượng mặt trời với lưới điện sớm nhất là vào 10 năm nữa.

Vào năm 2021, một báo cáo của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã vạch ra một lộ trình tăng năng suất khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời theo cấp số nhân, với mục tiêu năng lượng mặt trời sẽ cung cấp điện năng cho gần một nửa lượng điện (40%) của Hoa Kỳ. Để đạt được thành tựu đó vào năm 2035, Hoa Kỳ sẽ cần lắp đặt hệ thống sản xuất 30 gigawatt năng lượng mặt trời mỗi năm trong vòng 4 năm tới – để đủ cung cấp năng lượng cho khoảng 3 triệu ngôi nhà, tùy thuộc vào vị trí của từng hộ gia đình – và tăng gấp đôi công suất mỗi năm cho đến năm 2030.

Theo ông K. Max Zhang, kỹ sư và giám đốc khoa tại Trung tâm Phát triển Bền vững Atkinson thuộc Đại học Cornell, Hoa Kỳ có đủ diện tích để triển khai khai thác năng lượng mặt trời, điều này cũng sẽ tạo ra việc làm cho người dân.

"Nếu đã có đủ đất cho một trang trại năng lượng mặt trời, bước tiếp theo sẽ cần phải xây dựng các tấm pin mặt trời, để xây dựng, các tấm pin sẽ cần được sản xuất, và để lắp đặt các thiết bị trang trại, sẽ cần nguồn nhân lực lao động để lắp đặt chúng" ông Zhang nói về những lợi ích kinh tế.

Gió

Các tuabin gió tạo ra điện tại Trang trại gió San Gorgonio Pass gần Palm Springs, California.

Tương tự như năng lượng mặt trời, năng lượng gió cũng có thể phát triển mạnh mẽ ở 10 năm tới. Theo Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, công suất điện gió ở Hoa Kỳ đã tăng đáng kể trong ba thập kỷ qua, từ khoảng 6 tỷ kilowatt trên giờ vào năm 2000 đã tăng lên khoảng 338 tỷ kilowatt trên giờ vào năm 2020.

Năng lượng gió được tạo ra nhờ tuabin. Gió đẩy các cánh tuabin, được liên kết với trục truyền động làm quay máy phát điện, tạo ra điện năng.

Giống như năng lượng mặt trời, để xây dựng các trang trại điện gió cần có đủ diện tích đất nhất định. Có một khu vực rộng lớn với tiềm năng để khai thác năng lượng gió là ở ngoài khơi.

"Nếu bạn nhìn từ Maine, đến New Hampshire, Massachusetts, Connecticut, New York, New Jersey, chúng ta có một nguồn tài nguyên gió ngoài khơi thực sự tuyệt vời, đây là một nguồn tài nguyên chất lượng cao ở vùng này của đất nước", ông Modi nói.

Địa nhiệt

Một nhà máy điện địa nhiệt ở biển Salton, California.

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng cháy bỏng dưới lòng đất. Đó là một nguồn năng lượng tái tạo và tự sản xuất liên tục. Ngày nay, người ta đã sử dụng địa nhiệt để tắm nóng, sưởi ấm các tòa nhà trong mùa đông và để tạo ra điện.

Iceland là nước tiên phong trong việc sử dụng năng lượng địa nhiệt, do có nguồn nước ngầm nóng dồi dào, dễ tiếp cận và có thể chuyển hóa thành năng lượng. Ông Modi cho biết thách thức là tìm ra vị trí chính xác của những điểm nóng địa nhiệt này và khoảng cách từ dung nham hoặc vật sinh nhiệt với bề mặt khai thác.

Câu hỏi mà các chuyên gia đang cố gắng trả lời là liệu có thể sử dụng cùng loại kỹ thuật khoan mà ngành dầu khí sử dụng để có thể đào sâu hơn vào lòng đất hay không. Sau đó thì mới có thể khai thác nguồn lực từ nơi sâu hơn đó. Nếu có thể khai thác, có thể nhận được nguồn năng lượng nhiệt liên tục quanh năm sau khi đã phân phối qua các đường ống nước nóng.

Nhưng khi khai thác năng lượng địa nhiệt cũng rất rủi ro, theo nghiên cứu, việc khai thác có ảnh hưởng đến việc gây ra động đất - một lĩnh vực mà các nhà địa vật lý hiện đang tìm ra giải pháp.

Theo một báo cáo gần đây của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, khai thác địa nhiệt hiện tại có công suất so với công suất năng lượng của Hoa Kỳ là dưới 1%, nhưng tiềm năng mang lại là hơn 8% vào năm 2050.

Hạt nhân

Trạm hạt nhân Palo Verde ở Wintersburg, Arizona.

Khi dư luận đã hướng về khủng hoảng khí hậu, chắc chắn sẽ có nhiều quan điểm về việc chuyển đổi sang năng lượng sạch. Đặc biệt, việc sử dụng năng lượng hạt nhân đã gây ra tranh cãi ở Hoa Kỳ.

Nhiều đảng viên trong Đảng Cộng hòa ủng hộ năng lượng hạt nhân hơn tất cả nguồn năng lượng không carbon ở trên, trong khi một số nhà lập pháp đảng Dân chủ như Thượng nghị sĩ Bernie Sanders và Elizabeth Warren đã kêu gọi loại bỏ hạt nhân.

"Chúng tôi sẽ không xây dựng bất kỳ nhà máy điện hạt nhân nào và chúng tôi sẽ bắt đầu loại bỏ năng lượng hạt nhân và thay thế nó bằng nhiên liệu có khả năng tái tạo", Thượng nghị sĩ Elizabeth Warren nói trong hội nghị thị chính về khủng hoảng khí hậu của CNN vào năm 2019.

Theo Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng, các nhà máy điện hạt nhân đã tạo ra khoảng 20% ​​điện năng của Hoa Kỳ kể từ năm 1990. Tính đến tháng 12 năm 2020, 94 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động tại 56 nhà máy điện hạt nhân ở 28 bang, khiến Mỹ trở thành nhà sản xuất điện hạt nhân lớn nhất thế giới. .

Mặc dù có khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch, nhiều người lo lắng về các vấn đề “tai tiếng” liên quan đến sản xuất năng lượng hạt nhân như là chất thải phóng xạ, loại vật chất có hại cho môi trường và cộng đồng nếu không được xử lý đúng cách.

Vấn đề trong khai thác thủy điện

 

Đập thủy điện Robert Moses Generating Facility ở Lewiston, New York khai thác nguồn điện từ sông Niagara.

Thủy điện là một trong những nguồn năng lượng lâu đời nhất được sử dụng để phát điện. Năm 2019, theo báo cáo của Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng, thủy điện là nguồn cung cấp điện năng lớn nhất trong tổng sản lượng điện tái tạo hàng năm của Hoa Kỳ. Lý do duy nhất khiến sự phụ thuộc vào thủy điện ở Hoa Kỳ giảm theo thời gian là do lợi ích của các nguồn điện khác ngày càng tăng.

Trong khi các chuyên gia dự báo việc sử dụng thủy điện sẽ tiếp tục, ông Modi lại cho rằng sẽ không thấy được sự phát triển của thủy điện trong tương lai gần, bởi vì các chuyên gia vốn đã sử dụng hết tiềm năng cũng như xây các đập ở những vị trí thủy điện tốt nhất.

Ngoài ra, cuộc khủng hoảng khí hậu có thể gây ra hạn hán và làm cạn kiệt các hồ chứa, dẫn tới tình trạng thiếu nước để khai thác điện. Ở California, một nhà máy thủy điện lớn đã buộc phải đóng cửa vào mùa hè 2021 do mực nước thấp, lần đầu tiên kể từ khi nhà máy mở cửa vào năm 1967.

MW: dùng đẻ thể hiện công suất làm việc  cho các nhà máy thủy điện và không dùng phổ biến cho các thiết bị khác. Đơn vị MW ít gặp do vậy quy đổi sang đơn vị khác: 1 MW bằng 1000 KW. 1 Gigawat bằng 1.000.000 KW.