Năng lượng là gì?

Năng lượng được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động. Có nhiều dạng năng lượng như: động năng làm dịch chuyển vật thể, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của vật thể, v.v..

Trong thời kỳ sơ khai của loài người, nhiệt sinh ra do đốt than hoặc khí chỉ được sử dụng trực tiếp vào việc sưởi ấm và nấu nướng. Sau đó, nhiệt được dùng để chạy máy móc và xe cộ. Ngoài ra, nhiệt còn làm chạy tua bin máy phát điện để sản xuất điện năng. Điện năng rất tiện lợi, có thể sử dụng ngay lập tức chỉ bằng việc ấn nút nên việc sử dụng rất rộng rãi.

Trong xã hội văn minh ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không lãng phí.

Năng lượng có thể thu được từ đâu?

Năng lượng có thể thu được từ các nguồn như dưới đây:

- Gỗ

- Sức nước

- Sức gió

- Địa nhiệt

- Ánh sáng mặt trời

- Than đá, dầu, khí tự nhiên (nhiên liệu hóa thạch)

- Uranium (nhiên liệu hạt nhân).

Nhiên liệu hóa thạch là gì?

Tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu, khí có được do thực vật và vi sinh vật sinh trưởng từ xa xưa, trải qua những biến động của vỏ Trái Đất trong một thời gian dài, được gọi là nhiên liệu hóa thạch.

Dầu mỏ là một dạng quan trọng của nhiên liệu hóa thạch, tập trung chủ yếu ở khu vực Trung Đông. Người ta dự báo rằng trong tương lai gần, dầu mỏ, vốn được xem là một tài nguyên chiến lược về năng lượng, sẽ trở nên khan hiếm. Do vậy, chúng ta không nên sử dụng lãng phí tài nguyên thiên nhiên của nước mình mà nên giữ gìn và sử dụng một cách thận trọng.

Từ trước đến nay nhân loại đã sử dụng năng lượng như thế nào?  

Tổ tiên chúng ta đã biết sử dụng lửa từ hàng trăm nghìn năm trước. Khi con người còn sinh hoạt trong hang động, thì lửa được sử dụng để chiếu sáng, sưởi ấm và nấu nướng. Nguồn năng lượng động lực trong thời kỳ đó là sức người và gia súc.

Sau đó, nhờ sử dụng lửa, tổ tiên chúng ta đã làm ra được đồ gốm và các công cụ bằng kim loại. Với những công cụ đó, con người đã thực hiện được các hoạt động sản xuất như canh tác, trồng trọt và chăn nuôi, qua đó các cộng đồng xã hội được hình thành. Có thể nói rằng, lửa chính là xuất phát điểm của nền văn minh nhân loại.

Vào cuối thế kỷ 18, ở Anh đã phát minh ra máy hơi nước dùng nhiên liệu than đá. Từ đó, cuộc cách mạng về động lực bùng nổ và dẫn đến cuộc cách mạng công nghiệp.

Hơn nữa, với kỹ thuật của động cơ đốt trong và sử dụng điện ở thế kỷ 19, nhiều phát minh có tính bước ngoặt đã ra đời, đẩy mạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tạo ra một xã hội thịnh vượng và tiện nghi như ngày nay.

Hiện tại, ở các nước phát triển tiên tiến, tiêu thụ năng lượng bình quân trên đầu người cao hơn 50 lần so với xã hội cổ đại và cao hơn 10 lần so với thời điểm trước cuộc cách mạng công nghiệp.

Thế nhưng từ giữa thế kỷ 20, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên một cách nhanh chóng. Đây là nguyên nhân khiến chúng ta không thể thờ ơ với vấn đề ô nhiễm môi trường Trái Đất. Hơn nữa, dân số tăng lên càng làm tăng thêm lo lắng về sự cạn kiệt của tài nguyên năng lượng.

Để duy trì cuộc sống văn minh, con người cần sử dụng năng lượng, nhưng đã đến lúc chúng ta cần phải xem xét lại mối quan hệ giữa năng lượng và môi trường.

Năng lượng hoá thách còn có thể sử dụng bao lâu nữa?

Cho đến nay, con người đã sử dụng một lượng rất lớn nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu để đẩy mạnh quá trình phát triển kinh tế và hiện đang phải phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chiếm khoảng 80% nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp.

1. Người ta cho rằng còn có thể khai thác dầu trong 40 năm nữa. Số năm có thể khai thác này được tính bằng cách chia trữ lượng đã biết cho sản lượng khai thác hàng năm hiện nay.

Trữ lượng dầu là hữu hạn và nếu lượng tiêu thụ dầu của thế giới trong thời gian tới vẫn tăng thì dần dần chúng ta sẽ phải phụ thuộc vào dầu giá cao. Khi giá cả thị trường tăng lên, việc ứng dụng kỹ thuật khai thác tiên tiến hơn để lấy được dầu từ những địa  tầng sâu hơn cũng được đẩy mạnh và như vậy trữ lượng dầu có khả năng khai thác cũng sẽ tăng lên. Nhưng nếu khai thác đến một nửa trữ lượng của mỗi mỏ, thì dù trữ lượng còn đó cũng sẽ dẫn đến suy giảm năng suất và có thể chuyển sang sụt giảm sản lượng.

Do vậy, sản lượng dầu chất lượng tốt trên toàn thế giới sẽ chuyển sang khuynh hướng giảm trong một thời kỳ sớm hơn so với số năm có thể khai thác, làm giảm khả năng duy trì sản lượng theo nhu cầu.

Điều đó có nghĩa là chúng ta lo lắng cả về việc tăng giá lẫn cả việc không đảm bảo được sản lượng cần thiết. Hơn nữa,hai phần ba tài nguyên dầu lại tập trung chủ yếu ở khu vực Trung Đông, khu vực vốn không ổn định về chính trị.

2. Số năm có thể khai thác của khí tự nhiên dự đoán là khoảng 60 năm. Tài nguyên tự nhiên, so với tài nguyên dầu có ưu điểm là có thể đảm bảo được một lượng nhất định trong khu vực Đông Nam Á và thời gian khai thác cũng lâu hơn. Thực tế là gần 70% trữ lượng được đảm bảo phụ thuộc vào khu vực Trung Đông và Liên Xô cũ, không thể không tính đến tác động và ảnh hưởng của tình hình quốc tế.

3. Người ta cho rằng số năm còn có thể khai thác than là khoảng 230 năm. Nhưng vì lượng khí đioxit các bon (CO2) thải ra trong quá trình sinh năng lượng lại lớn hơn so với các nhiên liệu hóa thạch khác, nên khi sử dụng nguồn nhiên liệu này cần tính đến việc phòng chống các hiện tượng về môi trường như sự ấm lên của Trái Đất.

Nhiên liệu hóa thạch gây ra những ảnh hưởng gì?

Nhiên liệu hóa thạch như dầu, than, khí tự nhiên khi đốt cháy sẽ thải ra CO₂, ôxít sunphua (SO_x), ôxít nitơ (NO₂). Khi nồng độ CO₂ trong không khí tăng lên, thì nhiệt độ Trái Đất sẽ tăng lên. Người ta dự đoán rằng, nếu nhân loại cứ tiếp tục đốt các nhiên liệu hóa thạch như hiện nay và khí CO₂ vẫn tiếp tục tăng lên, thì sau 100 năm, nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng lên 2 độ và gây ảnh hưởng rất lớn đối với Trái Đất.

Ngoài ra, SO_x, NO_x là nguyên nhân tạo ra hiện tượng mưa axít, gây ra những tác hại to lớn đối với động thực vật trên Trái Đất.

Mưa axít là gì?

Sau những năm 50, tác hại của mưa axít ở các nước Bắc Âu đã dần trở thành một vấn đề làm người ta hết sức quan tâm. SO_x, NO_x trong khí thải từ các nhà máy và ôtô của lục địa Châu Âu đã tạo ra các phản ứng hóa học trong không khí, sau đó di chuyển về phía bắc rồi tạo ra mưa axít làm tiêu trụi các cánh rừng, tiêu diệt các sinh vật trong ao hồ, gây tác hại to lớn cho sản xuất nông nghiệp. Hiện tượng này, sau đó, liên tiếp xuất hiện ở khu vực Trung Âu cho đến tận khu vực Bắc Mỹ và gần đây đã xuất hiện ở cả những khu vực công nghiệp tập trung của Trung Quốc.

Như vậy, tác hại do ô nhiễm không khí đã vượt ra khỏi biên giới quốc gia và lan ra một khu vực rộng lớn. Đối sách phòng chống hiện tượng này là cần phải có sự hợp tác của cộng đồng quốc tế.

Sự ấm lên của Trái Đất là gì?

Những loại khí như CO₂ thải ra trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch là nguyên nhân lớn nhất cho vấn đề ấm lên của Trái Đẩt.

Khi nồng độ khí CO₂ trong không khí tăng lên, theo hiệu ứng nhà kính, thì nhiệt độ trên toàn Trái Đất sẽ tăng dần lên, khi đó sẽ xuất hiện những khu vực khí hậu thay đổi. Có nguy cơ thực vật bị ảnh hưởng, sản xuất nông nghiệp bị tác động làm giảm sản lượng, còn các vùng đất khô cằn sẽ dần dần bị sa mạc hóa.

Liên quan tới vấn đề này, “Hiệp ước khung về biến đổi khí hậu” quy định khung quốc tế về nhũng đối sách cho sự biến đổi khí hậu có nguy cơ gây ảnh hưởng cho hệ sinh thái tự nhiên và con người đã có hiệu lực vào năm 1994. Hội nghị các nước ký kết tổ chức lần thứ 3 (COP3) tại Kyoto năm 1997 đã thông qua bản Nghị định thư Kyoto về mục tiêu giảm thiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính của các nước phát triển.

Trên quan điểm an ninh năng lượng, tại sao năng lượng nguyên tử là cần thiết?

Năng lượng đang sử dụng trên thế giới hiện nay nếu quy ra dầu là gần 8,5 tỷ tấn,  trong đó, 40% là dầu, than khoảng 26% và khí thiên nhiên khoảng 24%.

Lượng tiêu thụ năng lượng khác nhau tùy theo mỗi quốc gia. Ở các nước đang phát triển, cũng có nhiều nước mà lượng tiêu thụ năng lượng bình quân trên đầu người thấp hơn 1/10 so với ở các nước phát triển. Nhưng sự gia tăng dân số và tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển làm người ta dự báo rằng trong thời gian tới, nhu cầu năng lượng của thế giới tăng lên sẽ tập trung chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển.

Tổng dân số thế giới năm 1996 vào khoảng 5,8 tỷ người, nhưng được dự báo đến năm 2025 là 8 tỷ và sẽ đạt tới 9,8 tỷ vào năm 2050. Trong đó, dân số của các nước đang phát triển sẽ chiếm khoảng 80%. Giả sử, tiêu thụ năng lượng của các nước đang phát triển sẽ gấp 2 lần so với hiện nay, thì chúng ta sẽ phải đối mặt với một thời kỳ rất khó khăn trong việc đáp ứng cung và cầu của năng lượng hóa thạch, mà chủ yếu là dầu mỏ dễ sử dụng. Và nguồn tài nguyên có hạn này đến một ngày nào đó sẽ rơi vào tình trạng cạn kiệt.

Dạng năng lượng có thể thay thế cho nhiên liệu hóa thạch là năng lượng mặt trời và năng lượng từ sức gió. Các dạng năng lượng mới này cần phải được khai thác để sử dụng. Tuy nhiên do giá thành cao và cần một diện tích lớn, nên các dạng năng lượng này chỉ cung cấp được 10% trong tổng số năng lượng cần thiết.

Chính vì vậy, năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng lâu dài trong thời gian tới phải dựa vào năng lượng nguyên tử.

Năng lượng nguyên tử là năng lượng phát sinh do sự phân hạch của Uranium, là món quà quý giá mà thiên nhiên tặng cho con người. Chúng ta phải sử dụng món quà này vào mục đính hòa bình, an toàn và cần coi đó như một nguồn năng lượng quý giá .

Năng lượng nguyên tử có những ưu điểm gì?

Đặc trưng thứ nhất của năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng sạch, không phát thải CO₂, SO_x, NO_x  gây ô nhiễm không khí.

Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện hạt nhân, chủ yếu là Canada, Austrailia, đều là những nước có tình hình chính trị ổn định và có thể cung cấp ổn định.

Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu, nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu; trong khi đó, đối với nhiên liệu Uranium, thì chỉ cần vài chục tấn.

Trong các nhà máy điện hạt nhân, nhiên liệu nạp vào lò phản ứng có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm, mà không cần phải thay thế.

Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện hạt nhân rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn.

Y. Iwakoshi