Khi điện than dần được loại bỏ hoặc cắt giảm, nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, không phải quốc gia nào cũng có thể tiếp cận những công nghệ này, ít nhất ở thời điểm hiện tại.
Điện hạt nhân: Cơ hội và khoảng cách
Điện hạt nhân là ví dụ điển hình. Trên thế giới chỉ khoảng 20 quốc gia sở hữu lò phản ứng, và số nước có công suất điện hạt nhân đóng góp đáng kể cho lưới điện chỉ có Mỹ, Pháp, Nga, Trung Quốc, Nhật Bản. Dù được kỳ vọng như một nguồn năng lượng ít phát thải, điện hạt nhân vẫn gây nhiều tranh luận về chi phí, độ an toàn và tốc độ triển khai.
Các dự báo cho thấy trong nhiều thập kỷ tới, công suất hạt nhân khó có thể đủ lớn để chiếm vị trí chủ lực trong hệ thống điện toàn cầu. Với Việt Nam, kịch bản đưa hạt nhân trở lại quy hoạch điện cho giai đoạn 2030-2050 cũng mới ở mức “khởi động”, và nếu có thành hiện thực thì công suất dự kiến (từ 4000-14.000 MW) cũng chỉ chiếm vài phần trăm tổng nguồn cung.
Trong lĩnh vực điện hạt nhân, những năm gần đây, công nghệ lò phản ứng hạt nhân nhỏ (SMR) được tìm hiểu và nhắc đến nhiều. SMR được thiết kế theo mô-đun, công suất nhỏ, yêu cầu bán kính an toàn thấp hơn, nhờ đó người ta kỳ vọng có thể đặt nhiều lò SMR gần các trung tâm phụ tải để đáp ứng nhanh nhu cầu điện.
Tuy nhiên mới có hai nước có lò phản ứng SMR vận hành là Nga vào năm 2020 và Trung Quốc vào năm 2023. Chính vì thế, phải sau năm 2030 mới có đủ dữ liệu để đánh giá hiệu quả và độ an toàn của công nghệ này.
Trong viễn cảnh lạc quan, SMR có thể trở thành giải pháp cung cấp điện an toàn, ổn định và phân tán cho nhiều khu vực trên thế giới. Nhưng đây là tầm nhìn tương đối xa. Ông Nguyễn Anh Dũng, Giám đốc các dự án năng lượng tại Quỹ Châu Á (The Asia Foundation) và chuyên gia về chuyển dịch năng lượng, nhận định rằng với Việt Nam, việc đưa SMR vào phát triển trước 2035 được xem là quá sớm. Thay vào đó, cần theo dõi xu hướng toàn cầu để cân nhắc khi công nghệ đã chứng minh được độ tin cậy.
Khai thác tự nhiên: mặt trời, gió, đại dương và lòng đất
Trái ngược sự thận trọng đối với điện hạt nhân, điện mặt trời đã phát triển bùng nổ trong thập kỷ qua. Điểm mạnh của công nghệ này là tính linh hoạt – có thể triển khai trên các khu đất trống, mái nhà, bãi đỗ xe, dải đất dọc cao tốc.
Song, thách thức nằm ở quỹ đất: để đạt công suất lớn, cần hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn hecta – một bài toán nan giải cho cả thế giới. Ở nhiều nơi, quỹ đất cho điện mặt trời gần như đã tới hạn, và hướng đi trong thời gian tới là phát triển các hệ thống điện mặt nhà mái nhà để tận dụng không gian đô thị.
Điện mặt trời hiện gần như không còn nhiều khả năng tạo ra đột phá về công nghệ. Công việc chính của các nhà nghiên cứu bây giờ là tìm cách hạ giá thành sản xuất và giảm chi phí vận hành, bảo trì hệ thống. Nhật Bản là nước hiếm hoi theo đuổi hướng đi mới với công nghệ pin perovskite có tiềm năng bứt phá giới hạn hiệu suất tối đa mà tế bào quang điện silicon có thể đạt được hiện nay là 29%. Tuy nhiên, các tấm pin năng lượng mặt trời làm từ vật liệu perovskite chưa thể thương mại hóa quy mô lớn trước 2030 vì hiện chúng vẫn chưa khắc phục được hết các vấn đề về độ bền, tính ổn định lâu dài và chi phí.
Trong khi đó, điện gió nổi lên như một công nghệ còn nhiều tiềm năng đột phá. Công suất các tua-bin ngày càng tăng, giúp giảm giá thành sản xuất điện. Xu hướng nổi bật hiện nay là phát triển dự án ngoài khơi ở khu vực xa bờ, tận dụng nguồn gió mạnh và ổn định, song đòi hỏi công nghệ và vốn đầu tư lớn. Điện gió trên bờ, hay thậm chí trên mái nhà, cũng bắt đầu được chú ý ở một số quốc gia, bổ sung cho nguồn cung linh hoạt.
Một hướng đi khác là năng lượng sóng biển. Sóng mang mật độ năng lượng cao, khoảng 15–40 kW/m sóng, hứa hẹn nguồn điện dồi dào cho các quốc gia ven biển. Nhưng thách thức kỹ thuật lại cực lớn vì cơ cấu cơ khí dễ hỏng do sóng mạnh, bão, ăn mòn muối biển. Đến nay chưa có công nghệ nào giải quyết triệt để bài toán này, khiến sóng biển vẫn nằm trong nhóm tiềm năng hấp dẫn nhưng xa vời.
Trên toàn cầu, công suất lắp đặt của thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng hiện dao động ở mức chưa đến vài chục MW, chủ yếu là các dự án thí điểm và trình diễn. Châu Âu - đặc biệt là Anh, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha - đang dẫn đầu về công nghệ này, trong khi Mỹ và Trung Quốc cũng đang đẩy mạnh đầu tư nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên đến nay, chi phí trung bình của điện sóng vẫn gấp 2-3 lần điện gió, và gấp 7-10 lần điện mặt trời.
Trong khi đó, địa nhiệt đang thu hút sự quan tâm từ các tập đoàn dầu khí. Kinh nghiệm khoan sâu phục vụ khai thác dầu được kỳ vọng sẽ giúp mở rộng quy mô địa nhiệt. Các ước tính lạc quan cho rằng chi phí điện địa nhiệt có thể xuống mức 3–5 cent/kWh vào năm 2050 – rẻ hơn nhiều so với điện than hay điện khí. Nếu thành công, đây có thể là nguồn năng lượng ổn định, không phụ thuộc vào thời tiết và ít phát thải. Tuy nhiên, việc khai thác địa nhiệt sâu vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, chưa thể thương mại hóa rộng rãi.
Hydrogen xanh: Một dạng nhiên liệu mới
Hydrogen xanh được kỳ vọng là một dạng “nhiên liệu tương lai”, vừa đóng vai trò lưu trữ năng lượng dài hạn, vừa là sản phẩm xuất khẩu.
Nhiên liệu này được tạo ra bằng cách dùng điện tái tạo, ví dụ điện gió hoặc điện mặt trời, để điện phân nước sạch, từ đó thu được hydrogen (H₂) và oxygen (O₂). Vì quá trình sản xuất không phát thải ra khí CO2 và các chất ô nhiễm khác nên được gọi là "hydrogen xanh", để phân biệt với các loại hydrogen xám (tạo ra từ khí tự nhiên) hay hydrogen xanh lam (có kết hợp công nghệ thu giữ carbon).
Hydrogen xanh cho phép “chuyển hóa” lượng điện tái tạo dư thừa thành nhiên liệu có thể lưu trữ lâu dài và dễ vận chuyển. Khi cần, hydrogen có thể được chuyển đổi ngược lại thành điện hoặc dùng trực tiếp trong công nghiệp và giao thông. Loại nhiên liệu này đặc biệt hữu ích ở những nơi cần nhiều năng lượng, phát thải nhiều CO2, nhưng khó tiếp cận nguồn điện sạch.Vì đặc điểm lưu trữ, nó có thể xem như một giải pháp kỹ thuật để cân bằng lưới điện.
Đồng thời, hydrogen xanh (dưới dạng khí nén, lỏng, hay amoniac) cũng được coi là một loại hàng hóa xuất khẩu. Điều này mở ra cơ hội cho các quốc gia nhiều tiềm năng tái tạo (như Úc, Chile, Trung Đông, Việt Nam v.v) trở thành các nhà xuất khẩu năng lượng sạch, thay thế dầu mỏ và khí đốt trong thương mại toàn cầu. Châu Âu, Nhật Bản và Hàn Quốc được coi là những thị trường sẽ có nhu cầu nhập khẩu hydrogen tiềm năng, nhưng phải sau năm 2035.
Tuy nhiên, hiện nay, hiệu suất chuỗi điện phân – lưu trữ – tái phát điện hiện chỉ đạt 30%, chi phí sản xuất vẫn rất cao. Hơn 40 quốc gia đang theo đuổi việc sản xuất hydrogen xanh, nhưng mới chỉ có Úc công bố lộ trình rõ ràng và có vẻ khả thi để giảm giá hydrogen xuống mức cạnh tranh. Với Việt Nam, hydrogen xanh vẫn chủ yếu nằm ở mức nghiên cứu và thử nghiệm, chưa có dấu hiệu đột phá về chi phí.
Thu giữ carbon: Từ giảm phát thải đến “âm thải”
Trong tiến trình chuyển dịch năng lượng, người ta thường nhắc đến công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon (CCUS) như một phép màu cho những ngành khó khử carbon, đặc biệt là điện than, khí và công nghiệp nặng. Về lý thuyết, CCUS cho phép giữ lại khí CO₂ thải ra trong quá trình sản xuất, nén và chôn vùi dưới lòng đất hoặc tái sử dụng trong một số quy trình công nghiệp.
Mặc dù đã xuất hiện được một thời gian nhưng tiến trình của công nghệ này vẫn đang rất chậm chạp. Vấn đề gây nhiều tranh luận nhất xoay quanh công nghệ này là liệu có nên đầu tư CCUS cho các nhà máy nhiệt điện than và khí hay không, hay chúng ta nên chuyển hẳn sang các nguồn năng lượng khác hoàn toàn không phát thải.
CCUS mới chỉ chuyển từ giai đoạn thử nghiệm thí điểm sang thương mại trên quy mô công nghiệp từ năm 2020. Các dự án hiện nay mới chỉ thu giữ được một lượng CO₂ rất nhỏ so với mục tiêu hàng triệu tấn mỗi năm, trong khi chi phí vẫn ở mức cao. Việc phát triển công nghệ CCUS có nhanh hay không chủ yếu phụ thuộc vào các công ty dầu khí và than, vì họ vừa có nhu cầu sử dụng vừa có nền tảng am hiểu liên quan đến địa chất để chôn vùi CO2 trong các mỏ rỗng.
Dù còn nhiều tranh luận, một số chuyên gia cho rằng CCUS là công nghệ bắt buộc trong tương lai. Bởi mục tiêu Net Zero 2050 hoặc 2060 mới chỉ nhằm ngăn chặn kịch bản khí hậu xấu nhất, chạm đến ngưỡng “không thể cứu vãn được”. Xa hơn, nhân loại cần “âm carbon” – tức là loại bỏ CO₂ đã tích tụ trong khí quyển, đưa hệ sinh thái khí hậu trở về trạng thái cân bằng ở như thời tiền công nghiệp. Khi đó, CCUS cùng các công nghệ hấp thụ carbon tự nhiên và nhân tạo sẽ trở thành cầu nối không thể thiếu.
*
Nhìn chung, các công nghệ mới cho thấy một nghịch lý quen thuộc trong chuyển dịch năng lượng: tiềm năng thì lớn, nhưng rào cản cũng không nhỏ.
Mỗi nguồn năng lượng cũng đều có “khung thời gian chín muồi” riêng mà các quốc gia đi sau không thể nóng vội, cũng không thể chậm trễ.
Sự thành công của chuyển dịch xanh không chỉ nằm ở việc áp dụng nhanh, mà còn ở tầm nhìn dài hạn, biết lựa chọn đúng thời điểm cho từng công nghệ. Khi công nghệ cất cánh, quốc gia nào chuẩn bị sớm hơn, tốt hơn sẽ nắm được lợi thế cao hơn trong cuộc đua xanh toàn cầu.
Nguồn: khoahocphattrien.vn
