Tương lai năng lượng sạch và vai trò của điện hạt nhân

Lời nói đầu:

“Tương lai của năng lượng hạt nhân - The future of nuclear energy”được đăng tải trong “Harvard College Review of Environmet &Socierty”, Spring 2015 là một công bố của  Đại học Harvard nhằm tìm cách cung cấp một nền tảng cho sự kết nối giữa giới sinh viên, nghiên cứu, doanh nghiệp, các lãnh đạo chính trị gia và cộng đồng để có thể tích hợp cuộc thảo luận quan trọng về phát triển những giải pháp thành công đối với vấn đề môi trường hiện nay của chúng ta. Trong khi nhiều bài thuyết trình đương thời về môi trường và xã hội chỉ tập trung vào một vấn đề này hay vấn đề khác thì ấn phẩm này cung cấp một cuộc thảo luận đa ngành mạnh mẽ đầy đủ các mảng về áp lực và quyền lợi cạnh tranh liên quan đến môi trường.

Để giới thiệu với bạn đọc về các nhận định liên quan đến sự phát triển và tương lai của năng lượng hạt nhân trong ấn phẩm trên, chúng tôi sẽ trích ra 2 bài, bắt đầu là bài “Tương lai năng lượng sạch và vai trò của điện hạt nhân” của tác giả Daniel M. Kammen, Đại học California.

       Do các yếu tố - những thảm họa thiên nhiên, luồng dữ liệu chi tiết và rõ ràng một cách vững chắc ngày càng tăng và nhiều hiệp ước chính trị mới như sự đồng thuận về khí hậu Mỹ- Trung Quốc từ tháng 10/2014 - giờ đây vấn đề thay đổi khí hậu được đề cập rất thẳng thắn trong các cuộc tranh luận chính trị và cộng đồng. 

Với sự đồng thuận khoa học cho rằng sự phát thải toàn cầu bây giờ rõ ràng phải được giảm đáng kể bởi 80% hoặc hơn nữa vào năm 2050,  sự chú ý chuyển sang hai chủ đề: 1) Ngân sách cho phép sử dụng nhiên liệu hóa thạch gì?  2) Các lựa chọn chính trị, kinh tế, công nghệ, khoa học khả thi của chúng ta là gì cho nền kinh tế của năng lượng sạch trước và giữa thế kỷ? 

Về câu hỏi thứ nhất, một loạt tài liệu đã đánh giá rằng chúng ta có dư thừa nhiên liệu than. Trong bài báo cấp cao mới nhất (2015), hai nhà nghiên cứu Christophe McGlade và Paul Ekins đã làm sáng tỏ về lý thuyết đỉnh của Hubbert - nghĩa là sự tăng lên và sau đó giảm trong tài nguyên không thể được tái tạo như than, dầu, khí ga - là chủ yếu không thích hợp trong việc giải quyết các vấn đề khí hậu. Sự khan hiếm nhiên liệu hóa thạch sẽ không khởi đầu quá trình chuyển đổi cần thiết.                          

       Điểm mấu chốt của môi trường là đáp ứng mục tiêu khí hậu của chúng ta cần thiết phải giảm được sự phát thải CO₂ tích lũy dưới 870 Gt đến 1.240 Gt giữa 2011 và 2050 nếu chúng ta muốn hạn chế sự nóng lên toàn cầu đến 2^oC so với nhiệt độ trung bình toàn cầu của thời đại tiền công nghiệp. Tuy nhiên, lượng cacbon được chứa trong nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch toàn cầu của chúng ta được ước tính tương đương với 11.000 Gt CO₂, điều đó có nghĩa là việc thực hiện chính sách khí hậu đầy tham vọng của chúng ta sẽ phải bỏ lại phần lớn khu vực tài nguyên dự trữ chưa được khai thác.

       Hiện nay hàng loạt lời kêu gọi từ người dân và các tổ chức quan tâm đến sự nóng lên của trái đất về việc sử dụng điện hạt nhân như là một phần của giải pháp. Lời kêu gọi đó đến từ New York Times, Trung tâm Giải pháp năng lượng và khí hậu (trước đây là Trung tâm Nghiên cứu Biến đổi khí hậu toàn cầu), và một số các nhà khoa học hàng đầu, các kỹ sư, chính trị gia. Họ nói đến tiềm năng của công nghệ năng lượng hạt nhân sẽ cung cấp một lượng lớn năng lượng giá thành thấp. Các lò phản ứng tiên tiến mới, các lò phản ứng modun nhỏ và sự phân hạch là các ứng cử cho việc cung cấp năng lượng này.    

       Cùng thời điểm này, lại có những quan tâm rất nghiêm túc với cả ngành công nghiệp hạt nhân đã phát triển và ngành công nghiệp hạt nhân trong tương lai. Alan Robock (Đại học Rutgers) tóm tắt các mối quan tâm này trong một bài xã luận đặc biệt bằng đặt ra các câu hỏi về liệu khả năng của công nghiệp hạt nhân có đáp ứng các vấn đề cần thiết như sau không: 1) Trở lực của sự gia tăng nhanh; 2) Tiềm tàng các sự cố thảm khốc; 3) Khả năng dễ bị khủng bố tấn công; 4) Sự vận hành không an toàn; 5) Khả năng kinh tế; 6) Chôn cất thải; 7) Các tác động do khai thác mỏ uran; 8) Các tác động đến hiệu ứng nhà kính do năng lượng tái tạo. Các cuộc đấu sau lưng và trước mặt giữa bên ủng hộ và chống đối có chắc chắn để tiếp tục phát triển điện hạt nhân. Nhưng đơn giản chỉ nhìn riêng vào câu hỏi thứ 5 trong danh mục này đã thấy chi phí trực tiếp và chi phí cơ hội đầu tư vào năng lượng hạt nhân ngày nay quả là một thách thức lớn.             

       Để giải quyết vấn đề này, cần cân nhắc rằng 437 NMĐHN hiện đang vận hành trên toàn thế giới, hầu hết sẽ cần được thay thế trong 3 thập kỷ sắp tới cho năng lượng hạt nhân thậm chí giữ lại công suất phát điện hiện tại của mình; cho phép ngành điện hạt nhân đơn độc phát triển như một con đường công nghệ chủ yếu để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Để kiểm tra dự đoán tương lai này, Daniel M. Kammen (tác giả bài viết – ND) cùng hai học trò của ông, Gang He và Anne-Perrine Arvin  đã thiết lập một mô hình về nền kinh tế năng lượng Trung Quốc toàn diện nơi mà năng lượng hạt nhân được dự đoán đóng một vai trò quan trọng.   

       Ngày nay, ngành điện Trung Quốc chiếm 50% tổng lượng phát thải khí nhà kính của đất nước và 12,5% tổng lượng phát thải toàn cầu (H.1). Sự chuyển đổi nguồn cung cấp điện từ nhiên liệu hóa thạch chiếm ưu thế hiện nay và hệ thống phân phối tới một hệ thống hiệu quả về nguồn tài nguyên, vững bền sẽ định hình đất nước và để mở rộng toàn cầu cho việc giải quyết vấn đề ô nhiễm trong nước cũng như  biến đổi khí hậu. Trong khi than là nguồn năng lượng chủ yếu hiện nay thì sự thay đổi công nghệ nhanh chóng diễn ra cùng với sự đầu tư chiến lược của quốc gia vào chuyển đổi năng lực và nguồn phát điện mới từ gió, mặt trời, hạt nhân đang chứng tỏ Trung Quốc có năng lực thay thế hoàn toàn quĩ đạo cũ.    

H1: Biểu đồ phát thải CO2 của Mỹ, và Trung Quốc từ nhiên liệu hóa thạch

H2: Trung Quốc dẫn đầu thế giới về sử dụng năng lượng sạch, cách xa Mỹ và Đức 

       Thực tế, mục tiêu chính thức của Trung Quốc là sự chuyển đổi tới kinh tế cacbon thấp hoặc kinh tế “tròn” (thuật ngữ chung về nền kinh tế công nghiệp được thiết kế để khép kín vòng tài nguyên, lặp lại hệ sinh thái tự nhiên - ND). Trong Thông báo chung Mỹ- Trung Quốc về biến đổi khí hậu, Trung Quốc được định rõ sẽ đạt đỉnh của phát thải cacbon đến năm 2030 và cùng lúc dành được 20% năng lượng sơ cấp từ nguồn phi hóa thạch. Với thách thức này Trung Quốc đang làm rất tốt (H.2). Ví dụ, công suất điện gió được thiết lập đã duy trì tốc độ tăng trưởng hàng năm đáng chú ý là 80%  từ năm 2005, điều này đặt Trung Quốc vào vị trí dẫn đầu toàn cầu với công suất 91 GW (chiếm 4% công suất điện quốc gia) vào năm 2013 cách xa so với hai cường quốc triển khai điện gió tiếp theo là Mỹ với 61GW (chiếm 5% tổng điện) và Đức với 34 GW (chiếm 15% tổng công suất điện). Công suất điện mặt trời của Trung Quốc được thiết lập cũng tăng trưởng với một nhịp độ tiến triển chưa từng thấy. Đến cuối 2013, công suất điện mặt trời–quang được nối vào lưới điện quốc gia đạt 19,42 GW (chiếm 1,6% tổng công suất điện) tăng gấp 20 lần công suất của nó trong 4 năm từ 0,9 GW vào năm 2010. Các số liệu này cho thấy Trung Quốc có thể triển khai công nghệ rất nhanh. 

       Trọng tâm của thảo luận này là vai trò của điện hạt nhân, bởi vì một nửa của tất cả NMĐHN mới theo qui hoạch đến năm 2030 trên toàn thế giới được dự báo sẽ được xây dựng ở Trung Quốc (khoảng 30 trong tổng số 60 NMĐHN dự kiến sẽ được xây dựng trên 15 năm tiếp theo). Câu hỏi còn lại là liệu qui mô lớn xây dựng điện hạt nhân sẽ xảy ra ở Trung Quốc hay xảy ra như một thành phần quan trọng của hỗn hợp năng lượng trong các quốc gia khác đã công nghiệp hóa và đang công nghiệp hóa.   

       Trong mô hình về các nền kinh tế năng lượng của Mỹ và Trung Quốc sẽ thấy rằng có một dải đa dạng cách thức có thể đạt được việc giảm cần thiết 80% phát thải đến giữa thế kỷ. Một số là năng lượng mặt trời chiếm ưu thế hơn (Mileva, et al. 2013), một số là năng lượng gió xu thế hơn, một số là tin cậy nhiều vào giải pháp bắt giữ cacbon bằng phương pháp sinh học (Sanchez, et, al, 2015) và .v.v. Đơn giá cacbon 30-40$ cho mỗi tấn CO₂ là rất quan trọng để điều khiển mỗi cách thức này và ngành hạt nhân không phải là ngoại lệ.

Hình ảnh năng lượng mặt trời

Hình ảnh năng lượng gió

      Quay trở lại danh sách những thách thức của Alan Robock đặt ra, cho thấy triển vọng về điện hạt nhân là nguồn năng lượng chính đang có trắc trở. Con đường này còn tiếp tục phải được giải quyết với một danh sách rất nhiều vấn đề nghiêm trọng mà các nhà lập kế hoạch năng lượng sẽ phải đi tới kết luận, nhưng ít nhất hiện tại chưa được giải quyết thành công. 

Trần Thu Hà

Nguồn: Daniel M. Kammen, “Clean energy futures and role of nuclear power”,  “Harvard College Review of Environmet &Socierty”