Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo có tốt hơn nhiên liệu hóa thạch "bẩn"?




Một cánh đồng các tấm pin mặt trời bên cạnh một tuabin gió vào lúc hoàng hôn.

Năng lượng tái tạo khai thác sức mạnh của gió và sức nóng của mặt trời để tạo ra điện.

(Hình ảnh: © Peter Cade / Getty Images)

Năng lượng tái tạo đến từ các nguồn được bổ sung tự nhiên, chẳng hạn như mặt trời và gió. Các nguồn năng lượng truyền thống, như than và dầu, là hữu hạn và khi bị đốt cháy, giải phóng carbon dưới dạng carbon dioxide và methane - hai loại khí nhà kính góp phần đáng kể vào việc đẩy nhanh biến đổi khí hậu toàn cầu . Mặt khác, năng lượng tái tạo hoặc không thải ra carbon hoặc là carbon trung tính, có nghĩa là nó hấp thụ càng nhiều carbon càng phát ra
Tại sao năng lượng tái tạo lại quan trọng?

Khai thác các nguồn năng lượng tái tạo là một bước phát triển tương đối mới trong lịch sử sản xuất năng lượng của con người. Tổ tiên loài người ban đầu sử dụng gỗ để tạo ra năng lượng nhiệt, sau đó chuyển sang than đá, một loại nhiên liệu có mật độ năng lượng cao hơn, được tóm tắt trong cuốn sách " Lịch sử Thế giới Cambridge " (Cambridge University Press, 2015). Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), dầu mỏ hiện cung cấp nhiên liệu cho phần lớn ngành giao thông vận tải trên thế giới, bao gồm ô tô, máy bay, tàu thuyền và tàu hỏa .




Than, dầu và khí tự nhiên được gọi là "nhiên liệu hóa thạch" vì các sản phẩm được hình thành trong quá trình hàng thiên niên kỷ khi nhiệt và áp suất biến đổi phần còn lại hóa thạch của thực vật và động vật chết mắc kẹt dưới lòng đất, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Ireland .




Đốt các nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như trong các nhà máy điện hoặc ô tô, giải phóng carbon đã bị mắc kẹt dưới lòng đất vào bầu khí quyển. Sự phụ thuộc của nhân loại vào nhiên liệu hóa thạch là nguyên nhân hàng đầu gây ra biến đổi khí hậu vì một lượng lớn carbon mà nhiên liệu hóa thạch thải vào khí quyển khi chúng đốt cháy.




Liên quan: Con người nghiện nhiên liệu hóa thạch: Lượng khí thải nhà kính tăng cao đến mức kỷ lục


Nhiên liệu hóa thạch không chỉ làm tăng tốc độ biến đổi khí hậu toàn cầu, mà nguồn cung hạn chế, vì vậy chúng không phải là nguồn năng lượng bền vững. Các ngành công nghiệp, quốc gia và cá nhân trên khắp thế giới hiện đang chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, không tạo ra carbon để tạo ra năng lượng hoặc là carbon trung tính, để giảm thiểu sự đóng góp của con người vào biến đổi khí hậu và giúp đảm bảo hành tinh của chúng ta có năng lượng cho tương lai.





Nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như than đá, cung cấp hầu hết năng lượng của thế giới nhưng nguồn cung có hạn. (Tín dụng hình ảnh: Paul Simpson / Getty)
Các loại năng lượng tái tạo

Dưới đây là một số nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất và một số lo ngại về chúng:

Hệ mặt trời


Năng lượng mặt trời liên quan đến việc chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt bị giữ lại, sau đó sử dụng nhiệt đó để tạo ra hoặc duy trì một phản ứng hóa học, hoặc tạo ra điện, theo Encyclopaedia Britannica . Điều này có thể đạt được với các tấm pin mặt trời quang điện hoặc bằng cách tập trung nhiệt điện mặt trời, cho phép lưu trữ nhiệt do mặt trời tạo ra cho đến khi cần năng lượng.

Mặc dù năng lượng mặt trời là miễn phí, nhưng nó không phải lúc nào cũng có sẵn - mặt trời không chiếu sáng vào ban đêm, điều này thường trùng với nhu cầu năng lượng cao điểm, theo Đại học Calgary . Vì lý do này, số phận của năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió phụ thuộc vào sự phát triển của bộ lưu trữ pin hiệu quả .


Liên quan: Các trạm năng lượng mặt trời trong không gian có thể là câu trả lời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta


Cũng có những lo ngại về môi trường đối với năng lượng mặt trời vì một số hóa chất được sử dụng để sản xuất tấm pin mặt trời là độc hại đối với môi trường, theo EIA . Trang web của cơ quan này tuyên bố rằng "một số hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng chất lỏng tiềm ẩn nguy hiểm để truyền nhiệt. Rò rỉ của những vật liệu này có thể gây hại cho môi trường."

Gió


Tua bin gió là những cối xay gió khổng lồ với những cánh quạt khổng lồ bị gió đẩy xung quanh. Khi các cánh quay, chúng sẽ quay một máy phát điện, tạo ra điện. Tuy nhiên, các nhóm môi trường và các nhà khoa học lo ngại về tác động của các tuabin gió đối với các quần thể chim và dơi địa phương.




Theo một đánh giá năm 2015 được công bố trên tạp chí Đánh giá Năng lượng Tái tạo và Bền vững , tuabin gió giết chết dơi và chim khi chúng bay vào những cánh quạt khổng lồ của tuabin. Một đánh giá năm 2013 được công bố trên tạp chí Năng lượng tái tạo ước tính rằng các tuabin gió đã giết chết ước tính 20.000 con gia cầm ở Hoa Kỳ vào năm 2009, trong khi các trạm năng lượng hóa thạch giết chết khoảng 14 triệu con chim trong năm đó.

Liên quan: Làm thế nào để tuabin gió giết chết chim?

Sản xuất điện từ gió cũng không đáng tin cậy 100% vì nó phụ thuộc vào gió có thổi hay không, và ngay cả ở những vùng gió mạnh nhất cũng có thể có gió lặng.


Năng lượng Hidro


Có một số cách mà nước có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng. Ví dụ, năng lượng có thể được tạo ra thông qua dòng nước chảy tự do trong sông hoặc suối, hoặc từ nước thoát ra từ một con đập có độ cao lớn hơn, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ. Khi nước chảy, nó làm quay các tuabin tạo ra điện. Tích trữ có bơm là một phương pháp thủy điện khác bao gồm việc bơm nước vào đập ở độ cao lớn hơn trong thời gian thấp điểm và sau đó xả nước để chuyển năng lượng vào lưới điện khi có nhu cầu cao.




Theo American Rivers , một tổ chức phi lợi nhuận thúc đẩy bảo tồn dòng sông , các đập và hồ chứa lớn đi kèm với những lo ngại về môi trường, vì những cơ sở hạ tầng quy mô lớn này làm thay đổi mạnh mẽ dòng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái địa phương . Ví dụ, đập Itaipu, một đập thủy điện bắc qua sông Paraná giữa Paraguay và Brazil, được xây dựng vào những năm 1970 và 1980 và đã làm mất đi 70% đa dạng sinh học trong môi trường sống xung quanh sông, giáo sư Emilio Moran của Đại học bang Michigan cho biết. Hãng thông tấn Đức Deutsche Welle vào tháng 6 năm 2020.




Nhưng còn khối nước lớn nhất trên hành tinh của chúng ta thì sao? Mặc dù đại dương chứa một lượng sóng dồi dào, nhưng việc xác định vị trí và xây dựng một nhà máy điện hiệu quả trong môi trường nước mặn không thể chấp nhận được đặt ra những thách thức lớn về tài chính và hậu cần. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu và kỹ sư đang phát triển và thử nghiệm các hệ thống thu năng lượng mới với mục tiêu tìm ra cách hiệu quả để khai thác năng lượng của sóng biển, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ .





Một đập thủy điện xả nước. (Tín dụng hình ảnh: Ascent Xmedia / Getty Images)

Địa nhiệt

Có hai phương pháp chính để khai thác năng lượng bên dưới bề mặt Trái đất.




Một phương pháp, được gọi là bơm nhiệt địa nhiệt , được sử dụng để sưởi ấm hoặc làm mát nhà và các tòa nhà khác. Theo Viện Nghiên cứu Môi trường và Năng lượng, hệ thống này hoạt động bằng cách tận dụng nhiệt độ chỉ cách vài feet dưới lòng đất ở mức tương đối ổn định từ 50 đến 60 độ F (10 đến 16 độ C) . Các đường ống chứa đầy nước được chôn dưới mặt đất từ ​​30 đến 100 feet (9 đến 30 mét) và được kết nối với một máy bơm trên bề mặt để lưu thông nước qua các đường ống. Trong điều kiện khí hậu thời tiết lạnh, khi nước được bơm qua các đường ống ấm hơn trong lòng đất đến các đường ống mát hơn trong nhà, nó sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt, tản vào trong tòa nhà, làm nó ấm lên. Chín trong số 10 ngôi nhà ở Iceland sưởi ấm ngôi nhà của họ bằng phương pháp này, theoCơ quan Năng lượng Quốc gia Iceland . Máy bơm nhiệt địa nhiệt cũng có thể được sử dụng để giúp làm mát các tòa nhà ở những vùng khí hậu ấm hơn, nơi nhiệt độ dưới mặt đất mát hơn nhiệt độ không khí.
Quảng cáo


Liên quan: Sức mạnh magma: Các nhà khoa học khoan vào núi lửa để khai thác năng lượng của nó


Xa hơn bên dưới bề mặt Trái đất là các hồ chứa nước đóng cặn dưới áp lực cực lớn từ hàng tấn đá phía trên. Một phương pháp tạo năng lượng địa nhiệt khác sử dụng các giếng sâu để tiếp cận nguồn nước này. Khi nước nóng nổi lên bề mặt (do áp suất giảm), nó sẽ chuyển thành hơi nước tạo ra đủ lực để làm quay các tuabin của một loại năng lượng cao, tương tự như cơ chế hoạt động của một loại năng lượng bằng than. Theo EIA, những lỗ thông gió địa nhiệt sâu này tạo ra ít khí độc hơn đáng kể và lượng khí thải carbon ít hơn 99% so với các nhà máy nhiệt điện than .

Nhiên liệu sinh học


Viện Nghiên cứu Môi trường và Năng lượng , một tổ chức phi lợi nhuận thúc đẩy năng lượng bền vững, định nghĩa sinh khối là "sinh vật sống hoặc gần đây đã chết và bất kỳ sản phẩm phụ nào của các sinh vật, thực vật hoặc động vật đó. Thuật ngữ này thường được hiểu là loại trừ than đá, dầu mỏ và các tàn tích hóa thạch khác của sinh vật , cũng như đất. " Các sản phẩm sinh khối này hấp thụ năng lượng và carbon trong suốt thời gian tồn tại của chúng và sau đó được đốt cháy để làm nhiên liệu, tương tự như nhiên liệu hóa thạch hoặc chuyển thành nhiên liệu lỏng.




Liên quan: Nhiên liệu sinh học có hại hơn xăng đối với khí hậu không?




Nhiên liệu sinh học, hay năng lượng được tạo ra từ việc đốt sinh khối, là một trong những lựa chọn năng lượng tái tạo gây tranh cãi nhiều hơn vì sự phụ thuộc của nó vào các trang trại, rừng và các hệ sinh thái khác làm nguồn sinh khối. Ví dụ, các ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học nông nghiệp lớn nhất biến các loại cây trồng như mía đường và đậu nành thành năng lượng thay vì bán cây trồng làm thực phẩm. Nhưng nông nghiệp là một ngành công nghiệp sử dụng nhiều carbon , có nghĩa là những nhiên liệu sinh học đó không thân thiện với môi trường. Sử dụng cây lương thực để làm nhiên liệu sinh học cũng đe dọa an ninh lương thực vì cây nhiên liệu sinh học ảnh hưởng đến giá cả và sự sẵn có của cây lương thực, theo một báo cáo năm 2010 của NATO .





Nhìn từ trên không của một trang trại khí sinh học. (Tín dụng hình ảnh: ollo / Getty Images)
Năng lượng tái tạo rẻ hơn hay đắt hơn các dạng năng lượng truyền thống?

Trong quý đầu tiên của năm 2020, năng lượng tái tạo chiếm 28% sản lượng điện toàn cầu, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế , một tổ chức liên chính phủ tự trị. Tuy nhiên, than và khí đốt vẫn là trụ cột toàn cầu, chiếm 60% nguồn cung điện toàn cầu.

Một trở ngại lớn đối với việc hấp thụ năng lượng tái tạo là giá của nó, nhưng khi những công nghệ này phát triển, chi phí của chúng đã giảm đáng kể. Từ năm 2010 đến 2019, chi phí của công nghệ bảng điều khiển năng lượng mặt trời giảm 82%, tiếp theo là tập trung năng lượng mặt trời ở mức 47%, gió trên bờ là 40% và gió ngoài khơi là 29%, theo Cơ quan Năng lượng tái tạo Quốc tế (IRENA) , một tổ chức liên chính phủ. .




Theo báo cáo năm 2019 của IRENA, hơn một nửa công suất tái tạo được bổ sung vào năm 2019 đã đạt được chi phí điện thấp hơn so với phát điện bằng than mới và các dự án năng lượng mặt trời và gió mới đang giảm giá rẻ nhất trong số các nhà máy nhiệt điện than hiện có .
Các nguồn năng lượng tái tạo có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch?
Quảng cáo


Xét đến mức độ nhân loại vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, liệu các nguồn năng lượng tái tạo có bao giờ thay thế được chúng?


Tomas Kåberger, một chuyên gia kinh tế và quản lý công nghệ, đồng thời là giáo sư trực thuộc Đại học Chalmers ở Thụy Điển cho biết: “Câu trả lời đơn giản là 'có'. Lý do chính là sự phát triển công nghệ công nghiệp đã đẩy giá năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió và năng lượng mặt trời xuống, cho phép chúng cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch, Kåberger nói. Những tiến bộ thương mại trong công nghệ pin hiệu quả, được thúc đẩy bởi điện thoại di động, máy tính xách tay và các nhà sản xuất ô tô, cũng dẫn đến việc giảm chi phí.


Liên quan: Điện thoại di động mới này sử dụng ít năng lượng như vậy nên không cần pin


Ken Gillingham, phó giáo sư kinh tế năng lượng tại Đại học Yale, cho biết chúng ta có thể sẽ thấy một sự thay đổi lớn trong vòng 10 năm tới từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo, đặc biệt là trong ngành sản xuất điện và vận tải. Nhưng để đẩy nhanh quá trình này, ông nói, thế giới cần có những can thiệp chính sách, chẳng hạn như thuế carbon hoặc chuyển trợ cấp của chính phủ theo hướng lưu trữ năng lượng hơn là phát điện.



Gillingham nói, nếu không có sự can thiệp của chính phủ, "chúng ta sẽ liên tục nhận được năng lượng tái tạo trong thập kỷ tới, nhưng nó sẽ không đưa chúng ta đến mức chúng ta cần để khử cacbon hoàn toàn."