Năng lượng và Cách mạng Công nghiệp 4.0

Việt Nam cần bổ sung vào Tổng sơ đồ điện nhiều hơn nữa các nhà máy nhiệt điện chạy khí hóa lỏng. Trong ảnh: Kho chứa khí hóa lỏng lạnh Thị Vải của PetroVietnam.

Năng lượng: “tái tạo” và “hóa thạch”

Triết gia Aristotle là người đầu tiên đưa ra khái niệm “năng lượng” để diễn tả những hoạt động biến đổi thế giới một cách tích cực của con người. Trong thời đại ngày nay, mức độ phát triển của mọi nền văn minh (mức độ phát triển của các tiến bộ kỹ thuật) đều được đo bằng khối lượng năng lượng mà con người tiêu dùng và khối lượng thông tin mà con người có được.

Cả hai thước đo của sự phát triển nêu trên (năng lượng và thông tin) có thuộc tính rất đa dạng. Ngay trước khi có cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất (CMCN 1.0), nguồn năng lượng đầu tiên loài người biết sử dụng là nguồn năng lượng tái tạo, gồm: năng lượng của nước (thủy điện, cối xay nước), năng lượng sinh khối (gỗ, củi), năng lượng gió (cối xay gió, thuyền buồm), năng lượng mặt trời (phơi khô các sản vật).

Cuộc CMCN 1.0 bắt đầu từ khi xuất hiện động cơ hơi nước. Từ đó, loài người cũng bắt đầu sử dụng cả nguồn năng lượng hóa thạch là than đá. Trong suốt thời kỳ phát triển từ CMCN 1.0 đến CMCN 3.0, xét về mặt “công nghiệp”, nguồn năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, uranium) luôn chiếm tỷ trọng áp đảo (65-70%), còn các nguồn năng lượng tái tạo chiếm tỷ trọng nhỏ hơn (30-35%). Lý do chủ yếu là các nguồn năng lượng hóa thạch vừa rẻ, vừa có qui mô lớn và có khả năng phát triển tập trung (thành các trung tâm năng lượng gắn với các trung tâm công nghiệp và các hộ tiêu dùng, đô thị lớn), đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội. Bên cạnh đó, các nguồn thủy điện (tái tạo) tuy cũng có thể phát triển với quy mô lớn, giá rẻ nhưng phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, không gắn được với các trung tâm công nghiệp và đô thị lớn.

Khi bước vào cuộc CMCN 4.0, nhiều chuyên gia cho rằng loài người sẽ chuyển từ nguồn năng lượng hóa thạch sang nguồn năng lượng “tái tạo mới” (ở mức độ cao hơn, nhưng vẫn chủ yếu là mặt trời và gió). Tuy nhiên, việc chuyển từ “hóa thạch” sang “tái tạo mới” lần này không hề đơn giản bởi ba lý do: “tái tạo mới” không thể có quy mô lớn, không rẻ, và cũng không hẳn là sạch.

Năng lượng tăng nhanh hơn dân số

Thực tế từ CMCN 1.0 đến CMCN 4.0, nhu cầu về năng lượng luôn tăng nhanh hơn mức tăng trưởng của dân số và, kể từ đầu thế kỷ 19, khi động cơ hơi nước xuất hiện, nhu cầu về năng lượng đã tỷ lệ với dân số theo hàm bậc hai. Chỉ riêng trong thế kỷ 20, loài người đã sử dụng một khối lượng năng lượng lớn hơn tổng khối lượng đã sử dụng trong tất cả các thời kỳ (19 thế kỷ) trước đó.

Kể từ khi xuất hiện con người đầu tiên (homo sapiens) đến nay, đã có khoảng 105-110 tỷ người được sinh ra trên hành tinh chúng ta. Đến nay, nhu cầu năng lượng chỉ có tăng, kể cả trong thời đại tin học. Theo số liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2015, loài người đã sử dụng 20,76 nghìn tỷ kWh điện (khoảng 3.000 kWh/người/năm), đến năm 2030 dự báo sẽ sử dụng 33,4 nghìn tỷ kWh (tăng 60%), đến năm 2050 – 41,3 nghìn tỷ kWh (gấp hai lần hiện nay). Mức tiêu dùng dầu mỏ của thế giới năm 2015 đạt khoảng 4,8 tỷ tấn và đến năm 2030 sẽ tăng lên 6,2 tỷ tấn, chủ yếu được dùng trong lĩnh vực giao thông vận tải. Trong thời gian 15-20 năm tới, trên thế giới, tỷ trọng năng lượng được sản xuất từ dầu mỏ sẽ chiếm tới 30%, từ khí – 26%.

Tất nhiên, theo logic của học thuyết Mác-Lê nin, chúng ta có quyền hy vọng vào qui luật biến “lượng” thành “chất”. Nhưng các chuyên gia giỏi trong lĩnh vực năng lượng trên thế giới cũng không dự đoán được “lượng” sẽ biến thành “chất” theo xu hướng nào? Thực tế, trong 150 năm qua, ngành năng lượng của thế giới đã tăng trưởng về “lượng” tới hơn 35 lần. Tuy vậy, cơ cấu (“chất”) của ngành năng lượng vẫn chưa có gì thay đổi. Đó là 65-70% năng lượng phải dựa trên các nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí, uranium). Trong đó, tỷ trọng của nguồn nhiệt điện than vẫn chiếm trên 40% (ở Việt Nam là trên 50%), còn các nguồn năng lượng tái tạo chỉ chiếm tỷ trọng khiêm tốn khoảng 5%. Riêng nguồn điện hạt nhân đang giảm hai lần trong 25 năm qua, hiện tỷ trọng của điện hạt nhân chỉ chiếm khoảng 10%.

Hiện nay chỉ có các “nhà môi trường” là to mồm về nguy cơ ảnh hưởng đến môi trường của sự bùng nổ về tiêu dùng năng lượng. Họ không hiểu rằng, nếu không có bùng nổ về tiêu dùng năng lượng thì ngay cả cơ hội để đi dự các hội nghị quốc tế về biến đổi khí hậu của họ cũng không có, chứ chưa nói đến việc tuyên bố một cách không có cơ sở là Việt Nam sẽ cắt giảm 20% lượng phát thải vào năm 2030.

Càng kém phát triển càng cần năng lượng giá rẻ

Trong thời gian tới, mức độ tăng trưởng về tiêu dùng năng lượng chủ yếu phụ thuộc vào các nước đang phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ. Các nước kinh tế kém phát triển đang bị rơi vào vòng luẩn quẩn “cái khó bó cái khôn”. Cũng như ở Việt Nam, ở các nước có nền kinh tế kém phát triển, hiệu quả sử dụng năng lượng còn thấp, mức độ nghèo đói gia tăng đang kìm hãm sự phát triển của các nguồn năng lượng “sạch”. Ngay cả khi loài người đã qua thập niên đầu tiên của thế kỷ 21, vào năm 2015, theo thống kê của Liên Hiệp Quốc, gần 1,5 tỷ người trên trái đất vẫn không hề biết điện là gì, và khoảng 3 tỷ người vẫn phải nấu ăn và sưởi ấm bằng gỗ, củi.

Nếu tính trên đầu người, hiện nay các nước phát triển đang sử dụng năng lượng lớn hơn bảy lần so với các nước đang phát triển (con số này cách đây 50 năm là 20 lần). Chính sự chênh lệch về tiêu dùng năng lượng này đã dẫn đến sự chênh lệch về giàu/nghèo. Rất tiếc, loài người không bao giờ xóa bỏ được sự chênh lệch này. Thực tế cho thấy, so với nguồn năng lượng hóa thạch (được coi là “bẩn”), thì các nguồn năng lượng tái tạo (được coi là “sạch”) có suất đầu tư và giá thành rất cao. Trong công cuộc săn tìm lợi nhuận, không ai (kể cả nhà nước hay tư nhân) muốn đánh đổi tiền thật để lấy một thứ vô hình.

Liên quan đến vấn đề này, chính Tổng thống Mỹ Donald Trump đã nhận ra cách giải quyết sự chênh lệch giàu-nghèo ở Mỹ trước hết là bằng cách đáp ứng công ăn việc làm và cung cấp nguồn năng lượng giá rẻ cho người nghèo. Theo đó, việc phát triển nguồn năng lượng từ than sẽ được khôi phục ở Mỹ.

Việt Nam đang nghèo và sẽ còn nghèo. Chúng ta đã “lùi tiến độ” điện hạt nhân, thì chỉ còn cách đẩy nhanh tiến độ các dự án khác để bù vào. Nếu lấy chi phí biên dài hạn làm chuẩn, thứ tự ưu tiên các nguồn điện ở Việt Nam hiện nay sẽ là: thủy điện (lớn, vừa, nhỏ); nhiệt điện than (lớn, vừa); nhiệt điện khí (hóa lỏng), nhiệt điện dầu.

Ô tô chạy điện còn bẩn hơn chạy xăng/diesel

Các nguồn năng lượng hóa thạch đóng góp tới 75% khối lượng phát thải khí CO2. Tuy nhiên, các giải pháp giảm thiểu phát thải mà chúng ta đang hy vọng như ô tô chạy điện, năng lượng mặt trời, năng lượng gió v.v. cũng không hề “sạch”. Hãy tưởng tượng, trên thế giới nếu tất cả các ô tô đều chạy bằng điện, và các sa mạc sẽ được phủ kín bằng các tấm pin quang điện (PV) thì kịch bản khác về sinh thái của trái đất sẽ xảy ra còn nguy hiểm hơn kịch bản “hiệu ứng nhà kính” hiện nay.

Trên trái đất, hằng ngày đang có hơn 1 tỷ chiếc ô tô các loại lăn bánh. Con số này sẽ tăng lên đến 1,5 tỷ chiếc trong vòng 15 năm tới. Lượng phát thải của các phương tiện vận tải này hiện nay cao hơn 2,5 lần so với lượng phát thải của các nhà máy nhiệt điện. Còn khi các phương tiện vận tải này chuyển sang chạy điện, thì 2/3 lượng điện cần có để cung cấp cho chúng là từ các nhà máy nhiệt điện. Nếu, các ô tô chạy điện tiêu hao khoảng 350-400W/km không có khí thải, thì để cấp được 350-400W điện năng, các nhà máy nhiệt điện sẽ phải thải ra không khí 200 gram CO2 (chưa tính tổn thất điện trong quá trình truyền tải, phân phối, nạp, tích trữ điện năng v.v). Trong khi đó, một ô tô chạy xăng hiện nay đang thải ra CO2 khoảng 130 gram/km. Dự kiến đến năm 2020, mức độ phát thải khí CO2 này sẽ giảm xuống còn 95 gram/km. Như vậy, rõ ràng việc chuyển ô tô sang chạy bằng điện suy cho cùng cũng là chạy bằng than, dầu, khí nhưng lại bẩn hơn và nguy hại hơn cho sinh thái gấp hai lần.

Đó là chưa tính đến sự nguy hại của các bình ắc-quy (dùng để nạp điện từ lưới điện trước khi lắp vào ô tô hay xe máy). Khi hết thời gian sử dụng, ắc-quy sẽ là nguồn rác thải vô cùng lớn (chì, a-xít, kiềm đã qua sử dụng) mà chưa có công nghệ nào xử lý được. Nên nhớ rằng, việc sản xuất và sử dụng các bình ắc-quy từ xưa đến nay vẫn là một quy trình xâm hại đến môi trường một cách không thể đảo ngược (không thể khắc phục được). Ở Việt Nam, người dân nghèo ở huyện Văn Giang, Hưng Yên, nơi xử lý bình ắc-quy bằng thủ công, đã phải gánh hậu quả nặng nề là hàng trăm trẻ nhỏ bị phơi nhiễm/ngộ độc bụi chì.

Như vậy, nếu ta có chuyển được tất cả các phương tiện vận tải từ chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng điện thì chỉ giải quyết được vấn đề môi trường của các thành phố lớn, nhưng lại làm trầm trọng hơn vấn đề sinh thái toàn cầu.

Điện mặt trời cũng không phải là sạch

Bình quân, mỗi mét vuông diện tích trái đất đang thu nhận được từ mặt trời một nguồn năng lượng nhiệt tương đương với 0,7-1,3 kW/m2. Trên thế giới có rất nhiều sa mạc, nơi có thể lắp đặt được các tấm PV với diện tích vô cùng lớn. Về mặt lý thuyết, loài người hoàn toàn có thể giải quyết được vấn đề cung cấp điện năng bằng nguồn điện mặt trời (quang năng).

Nhưng công nghệ sản xuất điện năng từ quang năng bằng phương pháp trực tiếp (PV) hay gián tiếp (các nhà máy nhiệt điện mặt trời – CSP) đều có giá thành cao và hiệu quả thấp. Trước hết, cường độ năng lượng có thể thu được từ mặt trời rất thấp. Vì vậy, các chi phí có liên quan như: chuyển đổi (từ quang năng sang điện năng), lưu trữ, tăng hạ áp, làm mát, chuyển tải, phân phối sẽ rất lớn. Thứ hai, vấn đề liên quan đến chính mặt trời. Sự chuyển đổi của mặt trời từ ngày sang đêm và từ mùa hè sang mùa đông làm cho các nguồn điện từ mặt trời rất không ổn định. Thứ ba, hiệu suất của các tấm PV thường giảm rất nhanh ngay cả khi bị chiếu sáng mạnh. Khoảng 80% bức xạ mặt trời được tiêu hao cho khâu nung nóng các tấm PV. Khi nhiệt độ bề mặt các tấm PV tăng lên 10oC thì hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng của tấm PV giảm hai lần.

Việc vận hành nhà máy điện mặt trời (PV/CSP) không hề dễ và đắt hơn nhiều so với vận hành một nhà máy điện chạy khí hay chạy dầu cùng công suất. Để xây dựng được một nhà máy nhiệt điện mặt trời lớn đòi hỏi phải chế tạo hàng triệu mét vuông các tấm PV. Việc này sẽ kéo theo nhu cầu phải sử dụng hàng loạt các nguyên liệu và nhiên liệu khác, gồm: hàng triệu tấn khoáng sản các loại như than coke (để sản xuất ra các pin silicon từ khoáng vật silica); các khoáng vật chứa asen, chì và cadmium; nhiên liệu động cơ; thép; nhựa; nhiều triệu kWh điện năng (chủ yếu lại được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch) v.v. Tất cả các quá trình sản xuất ra các tấm PV cũng thải vào không khí một lượng khí CO2 khổng lồ và còn làm ô nhiễm môi trường đất và nước. Nếu tính toán đầy đủ, điện mặt trời cũng không sạch hơn các nhà máy nhiệt điện truyền thống (dùng than, dầu, khí).

Xét về mặt hệ thống, nguồn năng lượng tái tạo chỉ trở thành giải pháp thực tế ở những nơi không thể xây dựng được một cách có hiệu quả các nhà máy điện truyền thống có công suất lớn.

Thay cho lời kết

Nền kinh tế của thế giới (và của Việt Nam) đã được hình thành và đang phát triển theo mô hình vừa dựa trên nguồn năng lượng tái tạo (thủy điện) và vừa dựa trên nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí, uranium). Mô hình “truyền thống” này đang vận hành hàng trăm năm nay và nó có hiệu quả về kinh tế đến mức không thể có một nguồn năng lượng “không truyền thống” nào có đủ khả năng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng nhanh về năng lượng.

Trong tương lai, nếu điện hạt nhân (nguyên tử, nhiệt hạch) được phát triển ở mức độ cao (bảo đảm an toàn và xử lý chất thải phóng xạ hiệu quả) và nếu loài người sẽ chuyển hẳn sang một thế giới, mà trong đó tất cả các phương tiện giao thông vận tải chỉ chạy bằng điện (từ các bộ ắc-quy “sạch” được nạp điện từ các tấm PV cũng “sạch”) thì khi đó chúng ta mới có giải pháp đáp ứng nhu cầu năng lượng đang tăng nhanh mà không làm cho trái đất bị nóng lên, hay bị ô nhiễm. Rất tiếc, đó không phải là một tương lai gần vì để đạt được những cái “sạch” nêu trên còn cần rất nhiều thời gian và tiền.

Trong 20-30 năm tới, để giải quyết vấn đề năng lượng như một nền tảng của CMCN 4.0, thế giới vẫn phải dựa chủ yếu vào các nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí). Trong đó, để giải quyết vấn đề môi trường như hậu quả của việc phát triển năng lượng thì loài người chỉ còn cách vẫn phải dựa nhiều hơn vào khí thiên nhiên (sạch hơn than và dầu). Theo đó, ngoài việc duy trì các nhà máy nhiệt điện chạy than, Việt Nam cần bổ sung vào Tổng sơ đồ điện nhiều hơn nữa các nhà máy nhiệt điện chạy khí hóa lỏng.

Việc không đánh đổi môi trường để phát triển là đúng, nhưng chúng ta phải hiểu thực chất của vấn đề môi trường và phát triển. Hiện nay, ở Việt Nam dân còn nghèo, nền kinh tế còn kém phát triển.Vì vậy, ưu tiên hàng đầu là phát triển các nguồn năng lượng giá rẻ. Khi nền kinh tế còn đang ở 2.0, và ngành năng lượng đang ở 3.0, Việt Nam càng không nên “chạy đua” theo CMCN 4.0.
————-
*Tiến sĩ, nguyên Tổng giám đốc Nhiệt điện Cẩm Phả