Nền kinh tế hóa thạch và cái giá phải trả
Chúng ta đang sống trong nền kinh tế mà nguồn năng lượng chủ yếu dựa vào tài nguyên hóa thạch : dầu mỏ, khí thiên nhiên và than đá. Nếu không có những nguồn tài nguyên hóa thạch này, chắc chắn xã hội loài người không thể phát triển và đạt những thành tựu to lớn như ngày nay. Cũng vì vậy, nền kinh tế toàn cầu của thế kỷ 20 được vận hành và chi phối bởi nền kinh tế hóa thạch .
Theo các số liệu thống kê, riêng trong năm 2005, toàn thế giới đã sản xuất và sử dụng 425 quad BTU (quadrion BTU= 1015 BTU), trong đó từ dầu mỏ chiếm 36,8%, than đá 25,2%, khí thiên nhiên 26,0%, nghĩa là gần 90% trong tổng sản lượng năng lượng.
Thế nhưng, chúng ta không thể ung dung khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này mà không nghĩ đến một ngày nào đó, khi nguồn tài nguyên hóa thạch đã được khai thác đến đỉnh điểm và cạn kiệt.
Theo các số liệu đánh giá có cơ sở khoa học tin cậy, tổng dự trữ nguồn năng lượng hóa thạch trên toàn thế giới hiện nay nếu quy đổi ra than khoảng 1.279 GTCE (GTCE - Giga Tonnes Coal Equivalent tương đương 1 tỷ tấn than), trong đó dầu mỏ 329 GTCE, khí thiên nhiên 198 GTCE, than đá 697 GTCE.
Như vậy, nếu với mức khai thác và sử dụng hàng năm như hiện nay : dầu mỏ 5,5 GTCE/năm, khí thiên nhiên 3,0 GTCE/năm, than đá 4,1 GTCE/năm thì lượng tài nguyên hóa thạch còn lại chỉ đủ dùng cho 42 năm đối với dầu mỏ, 65 năm đối với khí thiên nhiên và 170 năm đối với than đá.
Trong thực tế có thể nơi này, nơi khác phát hiện và tìm thấy thêm những mỏ dầu, mỏ khí thiên nhiên hoặc mỏ than mới, nhưng tài nguyên ấy trong lòng đất không sinh sôi thêm, mà chỉ có mất dần đi theo mức độ sử dụng của con người.
Cũng do sử dụng quá nhiều tài nguyên hóa thạch, những cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới đã từng xảy ra, ở những giai đoạn khủng hoảng năng lượng như vậy, con người đã ra công tìm kiếm những nguồn năng lượng khác để bù đắp hoặc thay thế.
Song song đó, nhiều cuộc chiến tranh nhằm tranh giành sở hữu nguồn tài nguyên dầu khí ở các khu vực giàu tài nguyên hóa thạch đã xảy ra triền miên và khốc liệt.
Mặt khác, một áp lực lớn trong việc tìm kiếm những nguồn năng lượng mới thay thế cho năng lượng hóa thạch còn do vấn đề môi trường sống và sự biến đổi khí hậu trên hành tinh ngày một xấu đi trầm trọng.
Việc sử dụng những tài nguyên hóa thạch đã để lại cho con người và hành tinh chúng ta đang sống những hậu quả vô cùng to lớn. Khí thải CO2 khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch đã gây ra hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ bầu khí quyển của trái đất bị nóng lên, khí hậu thay đổi theo chiều hướng xấu. Băng tuyết ở hai cực trái đất tan nhanh, 30 năm qua 1/3 biển băng đã bị biến mất, mực nước các đại dương dâng cao đã xâm lấn dần diện tích lục địa. Lũ lụt, hạn hán, thiên tai, làm nhiều triệu người chết, nhà cửa, công trình xây dựng bị hư hại, mùa màng thất bát. Nhiệt độ bề mặt trái đất cũng nóng dần lên, có nơi, có năm như năm nay, nhiệt độ lên đến 40-50oC được xem là nóng nhất kể từ năm 1880, làm hàng trăm người chết. Rừng núi, cây trồng trên cạn, động thực vật sống dưới nước bị chết vì mưa axít do các khí SOx, NOx, CO2 thải liên tục ra bầu khí quyển. Sông và biển bị ô nhiễm bởi các tai nạn dầu tràn, làm hư hỏng nhiều vùng biển và hủy diệt nhiều hệ động, thực vật thủy sinh.
Bầu không khí bị ô nhiễm bởi bụi, khói, các khí độc hại như CO, NOx, SOx, từ khí xả động cơ của các phương tiện giao thông, vận tải cũng như từ khói thải của các nhà máy điện, lò nung của các nhà máy sản xuất công, nông nghiệp. Do trong than đá thường chứa những chất phóng xạ, chủ yếu là urani (U) và thori (Th), khi đốt than đá đã thải ra bầu khí quyển một lượng chất phóng xạ đáng kể. Chỉ tính trong năm 2000, trên toàn thế giới đã thải ra khoảng 12.000 mét khối thori và 5.000 mét khối urani. Riêng trong năm 1982, toàn nước Mỹ với việc sử dụng than đá đã thải ra một lượng chất phóng xạ thori và urani lớn gấp 155 lần chất phóng xạ tỏa ra trong khí quyển khi xảy ra tai nạn rò rỉ phóng xạ ở nhà máy điện nguyên tử The Three Mile Island (bang Pelsylvania) ngày 29-3-1979.
Bầu không khí ô nhiễm ngày càng trầm trọng, là nguyên nhân trực tiếp làm cho hàng triệu người chết hàng năm. Con người phải đối mặt với nhiều bệnh tật nguy hiểm như các bệnh đường hô hấp, dị ứng, hen suyễn, bệnh ngoài da và đặc biệt, các hiểm họa về bệnh ung thư ngày một gia tăng một cách phổ biến.
Năng lượng nguyên tử phải chăng là một lựa chọn ?
| Xe bus MERCEDES-BENZ |
Vào những năm 70 của thế kỷ trước nhiều quốc gia còn cho rằng, năng lượng hạt nhân sẽ là sự lựa chọn thay thế cho năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch, ngay như Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Thế giới (IAEA) cũng đã dự kiến các nhà máy điện nguyên tử trên toàn thế giới đến năm 2000 sẽ đạt công suất trên 4.000 gigawatts (1 gigawatt=109 watts). Bước vào những năm 80, nghĩa là chỉ khoảng hơn 10 năm sau, thế giới đã chứng kiến sự thất bại của kế hoạch này.
Từ năm 1987, nhiều quốc gia Châu Âu đã từ bỏ chương trình điện hạt nhân : Áo (1978), Thụy Điển (1980), Italy (1987). Ba Lan đã dừng xây dựng nhà máy điện hạt nhân, Bỉ, Đức, Hà Lan, Tây Ban Nha và Thụy Điển quyết định không xây thêm các nhà máy điện hạt nhân mới và quyết định từ bỏ chương trình điện hạt nhân. Đức đã quyết định sẽ đóng cửa tất cả các nhà máy điện hạt nhân vào năm 2020.
Ở Nhật Bản, năm 2003, 17 nhà máy điện hạt nhân của Công ty điện lực Tokyo phải đóng cửa vì phát hiện có sự cố không an toàn. Ở Mỹ, 25 năm qua không có nhà máy điện hạt nhân nào được xây thêm. Thực tế cho đến những năm đầu của thế kỷ 21, công suất các nhà máy điện hạt nhân cũng chỉ đạt 343 gigawatts, nghĩa là dưới 1/10 so với kế hoạch dự định trước đây.
Nguyên nhân phá sản của chương trình phát triển điện hạt nhân trước hết là vấn đề an toàn của các nhà máy điện hạt nhân bị thách thức như đã xảy ra trong nhiều năm gần đây: vụ rò rỉ phóng xạ nghiêm trọng ngày 28-3-1979 ở nhà máy The Three-Mile Island (bang Pelsylvania-Mỹ); vụ tai nạn hạt nhân tồi tệ nhất trong lịch sử nhân loại ngày 26-4-1986 ở nhà máy Chernobyl (Ucraine-Liên Xô trước đây); vụ sự cố ngày 30-9-1999 làm 119 người bị nhiễm phóng xạ tại nhà máy tái chế nhiên liệu phóng xạ Tokaimura (tỉnh Ibakari-Nhật).
Ngay những năm đầu của thế kỷ này, ngày 9-8-2004, một vụ vỡ đường ống nước và hơi nóng làm năm công nhân thiệt mạng tại nhà máy điện hạt nhân Mihama (tình Fukui-Nhật), cũng tại nhà máy này năm 2006 lại xảy ra một vụ cháy nữa. Mới gần đây thôi, sau trận động đất Chuetsu 6,8 độ Richter ngày 16-7-2007, một vụ rò rỉ được đánh gía là rất nghiêm trọng đã xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới Kashiwazaki-Kariwa (tỉnh Niigata-Nhật), khoảng 400 thùng chất thải hạt nhân đã bị đổ vỡ, một số lượng chất lỏng chứa phóng xạ chảy ra biển, buộc nhà máy phải đóng cửa ngưng hoạt động ít nhất 1 năm để Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA kiểm tra.
Ngoài ra, nhiều vấn đề nghiêm trọng khác về chất thải hạt nhân, vấn đề thất thoát nguyên liệu hạt nhân vào tay các phần tử khủng bố, quá trình chế biến, làm giàu là công nghệ chỉ ở trong tay một số nước và không được phổ biến vì dễ dẫn đến con đường sản xuất vũ khí hạt nhân tràn lan. Hơn nữa, quặng uranium - nguyên liệu cho ngành công nghiệp hạt nhân- là tài nguyên không tái tạo nên không phải là vô tận. Vì những lý do đó, năng lượng hạt nhân chỉ có thể là nguồn năng lượng phụ trợ, không thể là nguồn năng lượng chủ đạo để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
Hyđrô và nền kinh tế hyđrô
Sự tìm kiếm nguồn năng lượng mới để kịp thời thay thế năng lượng hóa thạch khi nguồn năng lượng này bắt đầu suy giảm và cạn kiệt đến nay đã có được lời giải: đó là năng lượng từ hyđrô và hyđrô sẽ là xương sống của nền kinh tế hyđrô bắt đầu từ nửa cuối của thế kỷ 21 trở về sau.
Hyđrô (Hydrogen, công thức hóa học H2) là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu khí trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của hyđrô là trong phân tử không chứa cacbon (C), nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), không có khí thải độc hại, không CO2 , CO, SOx, NOx, không bụi cacbon, vì vậy rất sạch, thân thiện và hòa đồng với môi trường, không làm ô nhiễm bầu không khí chúng ta đang sống, không tạo ra hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu toàn cầu.
Hyđrô là nhiên liệu trong mơ của những nhà bảo vệ môi trường hiện nay . Sử dụng nhiên liệu hyđrô sẽ không còn những hiểm họa cho loài người và hành tinh như những gì mà chúng ta phải trả giá từ nền kinh tế dựa vào nhiên liệu hóa thạch của nhiều thế kỷ qua. Hyđrô là nguồn nhiên liệu an toàn tuyệt đối cho con người, là mặt ưu thế tuyệt đối so với nguồn năng lượng hạt nhân.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất hyđrô là nước, nguồn năng lượng để sản xuất hyđrô là bức xạ của ánh nắng mặt trời. Như vậy, để sản xuất hyđrô, chỉ cần có nước và ánh nắng mặt trời .
Quá trình hóa học xảy ra thật đơn giản: một phân tử nước (H2O) có thể phân rã thành một phân tử hyđrô (H2) và 0,5 phân tử ôxy (O2) với điều kiện phải cung cấp năng lượng, đó chính là năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời. Nước có vô tận và khắp nơi trên hành tinh, ánh nắng mặt trời được thiên nhiên ban cho hào phóng và vĩnh hằng, mỗi ngày cung cấp cho trái đất một năng lượng khoảng 3x1024 J, tức khoảng 104 lần năng lượng toàn thế giới tiêu thụ hàng năm hiện nay. Vì vậy, hyđrô là nguồn nhiên liệu vô tận, sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác mà không sợ cạn kiệt, không thể có khủng hoảng năng lượng và không một quốc gia nào độc quyền sở hữu hoặc tranh giành nguồn năng lượng hyđrô như đã từng xảy ra với năng lượng hóa thạch.
Hyđrô được sử dụng như một nhiên liệu khí trong các động cơ đốt trong, tạo ra các phương tiện giao thông, vận tải “hoàn toàn không có khí xả” (Zero Emission Vehicle – ZEV). Hiện nay đã xuất hiện trong nhiều cuộc triển lãm quốc tế về xe ô tô nhiều mẫu xe ZEV chạy bằng nhiên liệu hyđrô hoặc xe ghép giữa động cơ đốt trong chạy bằng hyđrô và động cơ điện được cung cấp điện từ các pin tái nạp điện, được gọi xe ghép lai (hybrid car).
Hyđrô còn được sử dụng để sản xuất điện, thực hiện trong các pin nhiên liệu . Pin nhiên liệu hoạt động theo nguyên lý ngược với quá trình sản xuất hyđrô, nghĩa là nếu với nguyên liệu là nước, khi được cung cấp một năng lượng cần thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hyđrô và ôxy, thì ngược lại, nếu cho hyđrô và ôxy kết hợp lại trong điều kiện nhất định sẽ thu được nước và một năng lượng tương ứng, đó là điện năng. Pin nhiên liệu là một hệ mở, khi hyđrô và ôxy được cấp vào liên tục thì nước và điện sẽ sinh ra liên tục với cường độ không đổi, kéo dài bao lâu cũng được tuỳ theo sự cung cấp hyđrô và ôxy vào hệ. Điều này đã làm cho pin nhiên liệu đóng vai trò như một nhà máy sản xuất điện thực thụ với nguyên liệu đầu vào là hyđrô và ôxy không khí, chất thải ra chỉ là nước.
Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hyđrô sẽ không cần máy phát điện, không cần những tuốc bin đồ sộ, không có cả những cơ cấu chuyển động, không dầu nhớt bôi trơn, không có tiếng ồn, không khói xả . Điện từ các pin nhiên liệu hyđrô có thể sản xuất mọi nơi, mọi công suất từ vài watt cho đến hàng trăm kilowatt hoặc hàng trăm megawatt cho mọi nhu cầu. Vì vậy, rất thích hợp để xây dựng các trạm phát điện cho các vùng sâu, vùng xa, hoặc trạm điện độc lập tự cung cấp cho các thành phố, các cao ốc mà không cần đến nguồn điện lưới từ trung tâm cung cấp phân phối điện quốc gia. Người tiêu thụ cũng có thể là người tự sản xuất được điện mà không cần những nhà máy điện đồ sộ, công suất lớn như các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hyđrô đã phá thế độc quyền cũng như phá chế độ tập trung trong việc sản xuất và phân phối điện do nền kinh tế hóa thạch đã tạo ra.
Điện bằng pin nhiên liệu hyđrô được sử dụng cung cấp trực tiếp cho động cơ điện của mọi phương tiện giao thông vận tải, từ xe con, xe ca, xe bus, xe tải đến máy bay, tàu hỏa, tàu thủy, tạo ra một thế hệ phương tiện giao thông hoàn toàn không có khí xả.
Rất nhiều mẫu xe chạy bằng pin nhiên liệu hyđrô đã ra đời từ năm 1990 đến nay được trưng bày giới thiệu trong các hội chợ quốc tế và đang được hoàn thiện về tính năng và giá cả để có thể thương mại hóa ngay từ năm 2008 như công bố của các nhiều hãng như Honda, Toyota, Mercedes-Benz, Ford, General Motor, Daimler Chrysler, ...
Từ năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống cung cấp điện bằng pin nhiên liệu hyđrô cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho tàu Apollo-Soyuz, Skylab và các tàu con thoi (Space Shuttle).
Ngày nay, điện năng trong các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các pin nhiên liệu cung cấp, vì trên tàu không gian, hyđrô và ôxy được mang theo sẵn. Song điều lý thú là bản thân pin nhiên liệu không chỉ cung cấp điện mà còn cung cấp nước uống siêu sạch cho các phi hành gia , vì nước là chất thải của pin nhiên liệu hyđrô.
Nếu thế kỷ 20 là thế kỷ của nền kinh tế hóa thạch, chủ yếu dựa vào dầu-khí, thì thế kỷ 21 là thế kỷ mở đầu của thời đại kinh tế dựa vào hyđrô nhờ năng lượng mặt trời. Nền kinh tế hyđrô chắc chắn sẽ thay thế cho nền kinh tế hóa thạch ngay trong thế kỷ 21 này.
Lộ trình chuyển đổi sang nền kinh tế hyđrô được chia làm bốn pha, dự tính như sau: Pha I (từ nay đến 2015-2020 ) tiếp tục tiến hành nghiên cứu R&D để hạ giá thành hyđrô sản xuất từ năng lượng mặt trời, hạ giá thành pin nhiên liệu hyđrô so với hiện nay và nghiên cứu ứng dụng tập trung vào lĩnh vực giao thông vận tải và cung cấp điện năng, trong pha này vai trò của nhà nước có tính chất quyết định.
Ở Mỹ, năm 2003 Tổng thống G. Bush đã công bố một chương trình được gọi là “Sáng kiến nhiên liệu hyđrô” vói quyết định giành 1,2 tỷ USD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hyđrô phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế ở Mỹ.
Pha II (từ 2010 đến 2030) tiến hành thương mại hóa và từng bước xâm nhập vào thị trường xe không khí thải (ZEV) và trạm cung cấp điện bằng pin nhiên liệu, trong pha này vai trò của các ngành công nghiệp là rất quan trọng. Hãng Daimler Chrysler đã công bố chương trình chi 1,4 tỷ USD để phát triển thương mại hóa công nghệ pin nhiên liệu hyđrô cho công nghiệp ô tô.
Pha III (từ 2015 đến 2035 ) tiến hành đầu tư xây dựng hạ tầng cơ sở phục vụ cho nền kinh tế hyđrô và mở rộng thị trường hai loại hàng hóa trên.
Pha IV (từ 2035-2040 trở đi ), cơ sở hạ tầng của nền kinh tế hyđrô đã hoàn chỉnh, sẵn sàng phục vụ cho thị trường phát triển mở rộng ra mọi vùng lãnh thổ, các phương tiện giao thông vận tải bằng pin nhiên liệu hyđrô và các trạm phát điện bằng pin nhiên liệu hyđrô sẽ thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch, vào thời điểm này theo dự báo, nhiên liệu hóa thạch đã qua giai đoạn đỉnh điểm, cạn kiệt, giá xăng dầu tăng rất cao, vượt quá sức chịu đựng của nền kinh tế buộc phải chuyển hẳn sang nền kinh tế hyđrô.
Sự xuất hiện nền kinh tế hyđrô trong đời sống loài người buộc phải có sự thay đổi tận gốc những hạ tầng cơ sở của nền kinh tế hóa thạch và các hoạt động của con người. Phương thức sản xuất nguồn năng lượng mới không còn là tìm kiếm, thăm dò, khai thác như tài nguyên hóa thạch vì ở đâu có nước và ánh nắng mặt trời, ở đó đều có thể sản xuất ra hyđrô để tạo ra nguồn năng lượng cho mọi nhu cầu.
Phương thức tồn chứa, vận chuyển, cung ứng hyđrô cho các nhu cầu tiêu thụ, nghĩa là hạ tầng cơ sở đã tồn tại hàng thế kỷ của nền kinh tế hoá thạch sẽ không còn thích hợp, buộc phải cấu trúc xây dựng mới, phá bỏ hạ tầng cơ sở cũ. Các phương tiện giao thông, vận tải phải được thay thế bằng động cơ chế tạo theo nguyên lý mới phù hợp nguồn năng lượng hyđrô, tất nhiên sẽ khác hẳn các động cơ xăng, dầu. Các tiêu chuẩn kỹ thuật, các quy định an toàn, luật lệ pháp lý khi sử dụng nguồn năng lượng mới sẽ phải xây dựng lại; việc giáo dục, đào tạo, nghiên cứu khoa học phục vụ cho nền kinh tế hyđrô hoàn thiện và phát triển sẽ phải có những nội dung mới, cơ sở vật chất mới, hoàn toàn khác so với nền kinh tế hóa thạch hiện nay.
Những vấn đề về môi trường ô nhiễm do sử dụng năng lượng hyđrô gây ra sẽ không còn là đề tài nghiên cứu tiêu hao tiền của và sức lao động của các nhà khoa học, không còn là đầu đề của các hội nghị quốc tế triền miên về biến đổi khí hậu toàn cầu như khi sử dụng năng lượng hóa thạch.
Đây thực sự là một cuộc cách mạng sâu sắc trong tiến trình phát triển của xã hội loài người và được đánh giá có ý nghĩa như cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, khi phát minh ra đầu máy hơi nước với việc sử dụng nhiên liệu than đá.
