Đáp ứng đủ nhu cầu sưởi ấm
Các nhà khoa học ước tính nhiệt độ ở lõi Trái đất lên tới khoảng 6.000oC, nóng ngang mặt trời. Còn ở độ sâu từ 2.000 đến 5.000m bên dưới bề mặt Trái đất, nhiệt độ có thể đạt từ 60oC đến 200oC và các vùng núi lửa lên tới 400oC. Các vùng địa chất phù hợp có thể tạo ra năng lượng địa nhiệt đầy tiềm năng. Trên thế giới, năng lượng địa nhiệt chủ yếu được sử dụng để sưởi ấm bể bơi, tòa nhà, nhà kính hoặc hệ thống sưởi ấm đô thị.
Theo Reuters, vào thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, những người La Mã sống ở các thành phố phía tây nước Đức ngày nay là Aachen và Wiesbaden đã sưởi ấm nhà cửa và phòng tắm bằng nước suối nóng thiên nhiên. Ở New Zealand, người Maori nấu thức ăn bằng cách đặt chảo trên các miệng hố tỏa nhiệt từ lòng đất. Đầu thế kỷ 20, lần đầu người ta đã sử dụng năng lượng địa nhiệt để tạo ra điện ở Larderello, miền trung Italy vào năm 1904.
Năng lượng địa nhiệt lần đầu được sử dụng để sản xuất điện ở Mỹ là vào năm 1960 nhờ vào khai thác mạch nước phun ở một số khu vực thuộc bang California. Hầu hết nhà máy điện địa nhiệt ở Mỹ đều ở các bang phía tây và Hawaii, nơi các nguồn năng lượng địa nhiệt ở gần bề mặt Trái đất. Ngày nay, ước tính có khoảng 400 nhà máy ở 30 quốc gia sản xuất điện bằng cách sử dụng hơi nước sinh ra từ nhiệt năng dưới bề mặt Trái đất. Phương pháp tạo ra điện này đặc biệt phù hợp ở các vùng núi lửa dọc theo vành đai lửa Thái Bình Dương, bao gồm một phần nước Mỹ, Mexico, El Salvador, Iceland, Thổ Nhĩ Kỳ, Kenya, Indonesia, Philippines và New Zealand. Nhưng trên toàn cầu, năng lượng địa nhiệt mới chỉ chiếm 0,5% sản lượng điện.
Tại các nhà máy khai thác địa nhiệt sâu, người ta hút nước có nhiệt độ từ 100 đến 200oC từ lỗ khoan sâu tới 5.000m, sau đó hệ thống ống dẫn giúp chiết xuất nhiệt và nước đã làm mát được bơm trở lại qua lỗ khoan thứ hai. Tuy nhiên, năng lượng địa nhiệt ngày càng được khai thác từ các nguồn gần bề mặt Trái đất (từ 50 đến 400m) bằng cách sử dụng máy bơm nhiệt hoặc hơi nước từ hồ chứa nước nóng để sản xuất điện. Đó là các nhà máy điện địa nhiệt nông. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng năng lượng địa nhiệt nông mang lại tiềm năng sưởi ấm tương tự năng lượng địa nhiệt sâu. Các nghiên cứu chỉ ra hai công nghệ này có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu sưởi ấm trong tương lai cho các tòa nhà ở Đức.
Vào năm 2016, Đức đã đầu tư xây dựng nhà máy địa nhiệt lớn nhất châu Âu ở vùng Bavaria, từ trước cả khi cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra. Tại đây, đơn vị thi công đã lắp đặt một đường ống dài 3km dưới lòng đất cùng hệ thống máy bơm, nhằm khai thác nguồn nước nóng có nhiệt độ trên 110oC. Sau đó, nguồn nước được đưa vào mạng lưới hệ thống sưởi ấm rồi đưa trở lại vào lòng đất. Hệ thống được tự động hóa hoàn toàn, giám sát và quản lý từ xa thông qua phòng điều khiển của nhà máy điện. Tuy nhiên, cũng phải đến đầu năm 2022, giới chức nước này mới đưa nhà máy vào vận hành trong bối cảnh Berlin đang phải tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế khí đốt của Nga.
Tăng trưởng thị trường địa nhiệt
AP dẫn đánh giá từ Báo cáo tình trạng năng lượng tái tạo toàn cầu cho hay, đến nay, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Iceland và Nhật Bản là những quốc gia đi đầu trong việc phát triển năng lượng địa nhiệt sâu, sưởi ấm ngày càng nhiều khu vực thành phố và nhà kính. Iceland là nước có tỷ lệ điện sinh ra từ năng lượng địa nhiệt cao nhất thế giới. Hầu như 100% điện tái tạo của Iceland là từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt dồi dào và địa nhiệt đáp ứng hơn 90% nhu cầu sưởi ấm ở quốc gia này. Thị trường địa nhiệt toàn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng trong giai đoạn 2021-2025. Riêng năm 2021, Mỹ cùng Indonesia, Philippines, Thổ Nhĩ Kỳ và New Zealand là năm thị trường phát điện địa nhiệt hàng đầu.
Vào cuối năm 2022, Chính phủ Đức đã công bố một lộ trình năng lượng mới với mục tiêu đến năm 2030 sản xuất năng lượng từ địa nhiệt mỗi năm cao gấp 10 lần so hiện tại. Để đạt được tầm nhìn tham vọng này, Berlin lên kế hoạch khởi động ít nhất 100 dự án địa nhiệt mới trong 5 năm tới. Vừa qua, giới chức Pháp cũng đã trình bày một kế hoạch nhằm gia tăng số lượng dự án khai thác địa nhiệt từ mạch nước ngầm lên 40% so hiện tại, kéo dài từ nay cho đến năm 2030. Tại Hungary, vào tháng 10/2022, chính phủ đã ban hành nghị định mở rộng về việc sử dụng năng lượng mới này. Ngoài ra, nhà máy điện địa nhiệt lớn nhất của Đan Mạch nằm ở thành phố Aarhus dự kiến sẽ mở cửa vào năm 2030, có nhiệm vụ đáp ứng 20% nhu cầu sưởi ấm cho địa phương này.
Hiện, hệ thống của nhà máy địa nhiệt của Đức và một số nước châu Âu vẫn chưa đi vào hoạt động hoặc hoạt động chưa đạt công suất tối đa. Song AP trích lời ông Christian Pletl của công ty năng lượng Stadtwerke Munchen (Đức) cho rằng, ngày càng nhiều nước thành viên Liên minh châu Âu (EU) quan tâm tìm kiếm năng lượng địa nhiệt từ mạch nước ngầm, đặc biệt là từ sau khi cuộc khủng hoảng nhiên liệu tiếp thêm động lực cho người dân châu Âu hướng tới các giải pháp thay thế khí đốt.
GS Rolf Bracke, Viện trưởng Viện Fraunhofer về cơ sở hạ tầng năng lượng và năng lượng địa nhiệt (IEG) của Đức cho rằng, năng lượng địa nhiệt chỉ có thể gia tăng nhanh chóng ở châu Âu một khi ngành công nghiệp dầu khí chuyển sự chú ý của họ sang lĩnh vực này. Việc sử dụng cơ sở vật chất và kỹ thuật cũng như kinh nghiệm hoạt động của các công ty vận hành giàn khoan dầu khí nhiều chục năm qua sẽ rất hữu ích khi ứng dụng vào khai thác địa nhiệt. “Nhưng rào cản là nếu những công ty đó tiếp tục tập trung vào sản xuất dầu khí vì mang lại doanh thu cao hơn, thì sẽ không có đủ nhân sự và công nghệ khoan để mở rộng nhanh chóng năng lượng địa nhiệt”, ông nói.
Theo GS Bracke, phương pháp thu nhiệt này khả thi, ít tốn kém và có thể phổ biến ở những quốc gia có hoạt động núi lửa. Tuy nhiên, ông đánh giá năng lượng địa nhiệt không thể đáp ứng hoàn toàn nhu cầu về năng lượng. Do tiềm năng của năng lượng địa nhiệt sâu và năng lượng địa nhiệt gần bề mặt (địa nhiệt nông) chỉ có thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm cho các tòa nhà. Trong khi đó, sưởi ấm bằng năng lượng tái tạo, khí sinh học, sinh khối và hydro xanh cũng là những lựa chọn thân thiện với môi trường.
Thêm vào đó, không phải vùng lãnh thổ nào cũng có mạch nước nóng ngầm phù hợp để khai thác loại năng lượng này. Năng lượng địa nhiệt cũng chỉ tiêu thụ được tại chỗ mà không thể vận chuyển đi xa vì quá trình vận chuyển rất phức tạp. Hơn nữa, khi khoan vào lòng đất có nguy cơ gây động đất nếu khoan vào tầng đá không ổn định hoặc ở những vùng có hoạt động địa chấn. Khi bơm nước vào tầng đất dưới bề mặt với áp suất quá cao có thể gây ra những trận động đất nhỏ. Trong một số trường hợp, chấn động đã dẫn đến các vết nứt trong các tòa nhà và đã có báo cáo về hiện tượng này.
