Lịch sử năng lượng của nhân loại một cách vắn tắt

Mở đầu

Trong cuốn sách “Children of the Sun” (tạm dịch: Những đứa con của Mặt Trời) viết về năng lượng xuyên suốt lịch sử loài người, tác giả Alfred Crosby đã viết rằng:

Các nền văn minh hiện đại đều là kết quả từ quá trình sử dụng năng lượng liên tục… Thế nhưng sự thèm khát năng lượng không có điểm dừng của con người khiến cho các vấn đề xoay quanh nó trở nên khó giải quyết, và thử thách về năng lượng thì luôn luôn tồn tại.
Có thể nói đây là một tóm tắt ngắn gọn và súc tích về mối quan hệ giữa loài người với các nguồn năng lượng. Những nguồn năng lượng đem đến sự phát triển của các nền văn minh trên khắp thế giới. Thế nhưng nhu cầu sử dụng ngày càng lớn khiến càng lúc càng có thêm nhiều vấn đề phát sinh, đặc biệt kể từ khi diễn ra cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất vào cuối thế kỷ 18.
Tuy nhiên, trước khi nói về những vấn đề xung quanh việc sử dụng năng lượng, ta cần phải hiểu được mối liên hệ mật thiết giữa năng lượng và đời sống của con người xuyên suốt lịch sử.

Đế chế của Lửa, Gió và Nước

Nguồn năng lượng đầu tiên mà con người có thể chủ động khai thác và sử dụng chính là lửa. Lửa đã gián tiếp đóng góp vào việc tổ tiên chúng ta chuyển sang lối sống định cư và trồng trọt. Đỉnh điểm của quá trình này chính là cuộc Cách mạng Nông nghiệp lần thứ nhất diễn ra vào khoảng 12000 năm trước. Đây chính là tiền đề giúp dân số gia tăng, và từ đó dẫn đến sự ra đời của các nền văn minh lớn trong lịch sử.
Sau lửa, những nguồn năng lượng tiếp theo mà con người khai thác được là nước và gió. Trong đó thì năng lượng gió xuất hiện sớm hơn, nhưng hầu như chỉ xoay quanh việc di chuyển trên biển. Việc có thể tận dụng sức gió đã mở ra nhiều tuyến đường di cư, giao thương buôn bán; thúc đẩy sự phát triển của các nền văn minh ven biển.
Ngoài ra, con người cũng đã chế tạo ra được những cối xay sử dụng sức gió để xay lương thực. Mặc dù con người cổ - trung đại mới chỉ khai thác được một phần rất nhỏ của nó thôi, nhưng đóng góp của loại năng lượng này vào tiến trình phát triển thì không thể xem thường được.

Bên cạnh đó, con người cũng đã học được cách khai thác năng lượng từ các nguồn nước, và tất nhiên cũng mới chỉ ở một phần nhỏ. Tổ tiên chúng ta chủ yếu sử dụng các bánh xe chạy bằng sức nước để xay lương thực; một số nơi tiên tiến và thuận lợi hơn thì có những hệ thống dẫn nước vào trong các đô thị lớn hoặc dùng để tưới tiêu cho nông trại.
Có thể nói rằng tuy mới chỉ khai thác được một phần nhỏ của hai nguồn năng lượng rất lớn là nước và gió; nhưng chỉ như vậy thôi cũng đã giúp thúc đẩy sự phát triển của loài người lên những nấc thang rất xa. Lửa, nước và gió chính là những trụ cột trong sự phát triển của các thời kỳ cổ - trung đại. Thế nhưng khi các nền văn minh càng phát triển và nhu cầu của con người càng lớn, lẽ tất nhiên chúng ta cũng phải tìm ra những nguồn năng lượng mới cho hiệu quả lớn hơn.

Kỷ nguyên công nghiệp và nhiên liệu hóa thạch

Lịch sử loài người tiếp tục bước sang trang mới với cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất vào nửa cuối thế kỷ 18. Và đương nhiên kéo theo đó là bước tiến tiếp theo trong việc khai thác năng lượng - những nguồn nhiên liệu hóa thạch như than và dầu mỏ. Chúng là những loại nhiên liệu được tạo thành bởi quá trình phân hủy kỵ khí của động - thực vật đã chết cách đây hàng trăm triệu năm. Trong số đó, than là loại nhiên liệu được sử dụng sớm hơn cả.
Con người thời trung đại đã bắt đầu biết đến việc khai thác và sử dụng than, nhưng mới chỉ ở quy mô nhỏ. Phải đến khi động cơ hơi nước ra đời thì việc sử dụng than làm nhiên liệu mới tăng lên đột biến.
Không lâu sau khi động cơ hơi nước xuất hiện và trở thành xương sống của thế giới, loài người tiếp tục khám phá ra một nguồn năng lượng mới là điện. Ứng dụng điện ban đầu không rộng rãi, nhưng rất nhanh chóng, con người đã nhận ra tầm quan trọng của loại năng lượng mới này. Cho đến ngày nay, chúng ta đã tiến đến giai đoạn thật sự khó mà sống thiếu điện được.
Sau than, nguồn nhiên liệu quan trọng bậc nhất đối với thế giới hiện đại chính là dầu. Không có dầu thì rất nhiều ngành công nghiệp sẽ bị đình trệ, nhiều thành phố lớn sẽ bị tê liệt gần như hoàn toàn. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế IEA thì đến cuối năm 2023, con người toàn thế giới đã tiêu thụ 101,7 triệu thùng dầu mỗi ngày. Đây là minh chứng rõ ràng nhất cho thấy tầm quan trọng của loại nhiên liệu này.

Các nguồn nhiên liệu hóa thạch đã góp phần cực kỳ quan trọng trong việc xây dựng nên thế giới hiện đại. Nhưng dĩ nhiên các loại nhiên liệu này không hề hoàn hảo khi chúng kéo theo nhiều vấn đề liên quan đến môi trường và đến tự nhiên. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã tạo ra một lượng lớn khí CO2, gây hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên toàn cầu.
Đó là còn chưa kể đến việc chúng ta đang khai thác nhiên liệu hóa thạch quá nhiều. Con người mới chỉ sử dụng triệt để trên dưới 200 năm, nhưng trữ lượng của chúng đã sụt giảm nghiêm trọng. Trữ lượng than toàn thế giới chỉ còn lại gần 100 năm, và trữ lượng dầu thì chưa đầy 50 năm, nếu chúng ta tiếp tục sử dụng với tốc độ như thế này.
Việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới hiệu quả hơn do đó trở nên cực kỳ quan trọng. Trong vài chục năm trở lại đây, con người đã tìm ra một vài ứng viên thay thế có tiềm năng, đó là các dạng năng lượng tái tạo.

Năng lượng thời hiện đại

Một trong những loại năng lượng tái tạo đầu tiên mà chúng ta tìm ra và sử dụng chính là năng lượng hạt nhân. Đây là một nguồn năng lượng hiệu quả, nhưng không phải quốc gia nào cũng có điều kiện và được phép phát triển. Đấy là còn chưa kể đến những rủi ro tiềm ẩn về rò rỉ phóng xạ, mà thực chất điều này đã xảy ra không ít lần trong vài chục năm qua. Tuy vậy, năng lượng hạt nhân vẫn đang được sử dụng ở nhiều quốc gia bởi tính hiệu quả của nó. Hiện nay, đây chỉ là một giải pháp tạm thời, và khó để có thể là phương án dài lâu cho tương lai.
Nếu vậy thì đâu sẽ là những nguồn năng lượng tái tạo khả dĩ đem lại tương lai bền vững dài lâu cho con người? Câu trả lời có lẽ nằm ở những nguồn năng lượng như mặt trời, gió, địa nhiệt, sinh khối, chất thải hay năng lượng hydro. Trong khuôn khổ của bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào hai nguồn năng lượng quen thuộc nhất với nhiều người: năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Những nguồn năng lượng mới hơn sẽ là chủ đề của một bài viết tiếp theo.

Năng lượng mặt trời

Ứng dụng từ năng lượng mặt trời khá đa dạng, nhưng thông dụng nhất vẫn là cung cấp nhiệt, sản xuất điện và là nhiên liệu cho một số thiết bị hiện đại. Nói một cách đơn giản thì công nghệ của loại năng lượng này sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện thông qua các tấm quang năng. Thiết bị này được thiết kế bao gồm bộ khung nhôm, một mặt kính, dây điện và các chất bán dẫn được cấu tạo dạng mỏng (còn gọi là bộ quang điện). Khi bề mặt của tấm pin tiếp xúc với các hạt photon có trong ánh sáng mặt trời, các hạt điện tích tự do sẽ được giải phóng. Sự chuyển động của điện tích tự do sẽ tạo ra dòng điện. Dòng điện này sau đó sẽ được dẫn truyền đến đầu ra của tấm quang năng để sử dụng.
Năng lượng mặt trời có lẽ là nguồn năng lượng dồi dào bậc nhất mà con người có thể khai thác hiện nay. Chi phí sản xuất các tấm quang năng cũng đã giảm mạnh trong thập kỷ qua, khiến việc sử dụng nguồn năng lượng này ngày càng được mở rộng. Ở Việt Nam, nhà máy điện mặt trời được xây dựng từ khoảng năm 2015, có nhiều nhà máy đã và đang được hoàn thành, phần nào giải quyết vấn đề thiếu điện mỗi khi đến mùa hè của Việt Nam.

Dù vậy thì năng lượng mặt trời cũng có một số nhược điểm là điện năng chỉ được tạo ra khi có ánh sáng mặt trời, và công suất phát ra không cố định mà thay đổi liên tục. Vùng thuận lợi cho đặt nhà máy cũng thường cách xa vùng tiêu thụ, làm tăng hao phí do truyền tải. Điều này làm cho lưới điện phải bố trí dẫn truyền điện, và phải có kế hoạch điều hòa nguồn phát thích hợp để đảm bảo năng lượng cho các phụ tải tiêu thụ. Tuy vậy, những tiềm năng của năng lượng mặt trời vẫn rất lớn do sự dồi dào, hiệu suất cũng như tính dài lâu của nó.
Ngoài ra, cũng theo thông tin từ Dự án Năng lượng sạch, chi phí hợp lý và an ninh năng lượng cho các nước Đông Nam Á (CASE) của Tổ chức Hợp tác Quốc tế Đức GIZ, Việt Nam có tiềm năng rất lớn và có thể làm chủ công nghệ sản xuất điện mặt trời trong nước. Cụ thể, tổng tiềm năng thị trường của công nghệ điện gió và điện mặt trời tại Việt Nam có thể đạt 160 tỷ USD. Trong đó, tỷ lệ có thể tăng từ 45% lên gần 80% vào năm 2050. Giá trị nội địa hóa của các loại năng lượng tái tạo nói chung ở Việt Nam có thể đạt tới 80 tỷ USD, chiếm 50% tổng tiềm năng thị trường.

Năng lượng gió

Năng lượng gió xoay quanh việc khai thác động năng của không khí chuyển động bằng cách sử dụng các tuabin gió lớn đặt trên đất liền hoặc trên biển. Nhiệm vụ của các tuabin này là chuyển hóa động năng có được từ gió thành cơ năng, sau đó tiếp tục được chuyển hóa thành điện năng. Trong những năm qua, công nghệ năng lượng gió trên bờ và ngoài khơi đã phát triển để tối đa hóa lượng điện được sản xuất - với các tuabin cao hơn và đường kính cánh quạt lớn hơn.
Điện gió hứa hẹn sẽ là một nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng và thân thiện với môi trường, đặc biệt là điện gió ngoài khơi. Lý do là bởi gió ở các khu vực ngoài biển thường thổi mạnh và đều đặn hơn, giúp công suất của các tuabin gió ổn định. Nhiều quốc gia trên thế giới cũng đã dần triển khai việc thiết lập các dự án năng lượng gió do nhận thấy tiềm năng to lớn của nó, và đương nhiên Việt Nam cũng không phải ngoại lệ.
Dù mới chỉ đang ở giai đoạn sơ khai, ngành công nghiệp điện gió ngoài khơi tại Việt Nam đã cho thấy tiềm năng to lớn. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam có tiềm năng điện gió ngoài khơi rất lớn, ước tính lên tới 600 GW. Tuy nhiên trong Quy hoạch Điện VIII, Chính phủ Việt Nam chỉ mới phê duyệt định hướng phát triển của điện gió ngoài khơi với quy mô khiêm tốn, khoảng 6 GW đến năm 2030. Ngoài ra thì theo số liệu có được từ Chương trình Hỗ trợ Năng lượng GIZ, đến thời điểm hiện tại, nhiều nhà đầu tư trong nước và quốc tế đã đăng ký danh sách các dự án điện gió ngoài khơi với tổng công suất lên đến 60 GW, chủ yếu tập trung ở các vùng Nam Trung Bộ và Nam Bộ.

 

Tiềm năng dồi dào của điện gió ngoài khơi tại Việt Nam đang trở thành nhân tố chủ chốt trong ngành khi không chỉ vượt xa nhu cầu sử dụng năng lượng trong nước mà còn thúc đẩy trao đổi năng lượng xuyên biên giới. Một trong những dự án đáng chú ý là Dự án cáp ngầm truyền tải điện Việt Nam - Singapore. Dự án cáp ngầm truyền tải điện Việt Nam - Singapore nhằm mục đích kết nối các trang trại gió ngoài khơi của Việt Nam tới Singapore thông qua hệ thống cáp ngầm dưới biển. Nếu được triển khai thành công, dự án này có thể mở ra cơ hội cho các dự án tương tự trong khu vực, đồng thời củng cố an ninh năng lượng và thúc đẩy giao thương năng lượng sạch.
Điện gió vẫn còn một số nhược điểm như chi phí cơ sở hạ tầng vẫn còn cao, hoặc như trong trường hợp điện gió ngoài khơi thì còn phải đối mặt với các thách thức về lắp đặt cũng như bảo trì tuabin gió. Thế nhưng với sự phát triển công nghệ thì những vấn đề như vậy sẽ sớm được khắc phục trong tương lai gần, và chúng ta có thể hướng đến mở rộng thêm quy mô của các dự án điện gió.

Hướng đến tương lai net-zero

Mặc dù vẫn còn một số nhược điểm đáng kể, nhưng không thể phủ nhận được tiềm năng và tầm quan trọng to lớn của điện mặt trời và điện gió. Các loại năng lượng này sẽ có vai trò bản lề trong tương lai của thế giới; nhất là nếu chúng ta thực sự muốn hướng đến một tương lai net-zero - một điều có ý nghĩa sống còn với nhân loại. Net-zero nghĩa là cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính xuống gần bằng 0 nhất có thể, với lượng khí thải còn lại được tái hấp thụ từ khí quyển bởi rừng và đại dương.
Khoa học đã chứng minh, để ngăn chặn những tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu và bảo tồn một hành tinh có thể sống được; sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu cần được giới hạn ở mức 1,5°C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp. Thế nhưng Trái Đất hiện nay đã ấm hơn khoảng 1,5°C so với cuối những năm 1800 rồi, trong khi lượng khí thải vẫn tiếp tục tăng lên. Để giữ mức tăng nhiệt độ toàn cầu không vượt quá 1,5°C, thế giới cần phải giảm 45% lượng khí thải vào năm 2030 và đạt net-zero vào năm 2050.
Nếu con người muốn tiếp tục tồn tại dài lâu và bền vững, mục tiêu này phải được đặt lên hàng đầu, đó là điều chắc chắn.

Kết

Quá trình phát triển của loài người luôn luôn gắn liền với các loại năng lượng. Trải qua hàng ngàn năm lịch sử từ thuở sơ khai của các nền văn minh cho tới thế giới hiện đại, chúng ta đã khai thác và sử dụng rất nhiều nguồn nhiên liệu. Đương nhiên làm như vậy là cần thiết đối với cuộc sống của toàn nhân loại; nhưng các hệ quả của việc khai thác, sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch quá mức vẫn đã và đang là vấn đề nhức nhối cần giải quyết càng sớm càng tốt. Cũng chính vì như vậy nên mục tiêu hướng đến một tương lai net-zero lại càng trở nên quan trọng hơn, và cần có một nỗ lực ở quy mô toàn cầu để điều ấy thành hiện thực. Đây là bài toán cả nhân loại phải cùng nhau giải quyết, không chỉ riêng một quốc gia hay tổ chức nào cả.
Đương nhiên như vậy nghĩa là Việt Nam chúng ta cũng không phải ngoại lệ. Điều đáng mừng là trong những năm qua, Chiến dịch Giờ Trái đất diễn ra vào thứ 7 cuối cùng của tháng 3 đã thu hút được sự quan tâm, hưởng ứng khắp nơi trên cả nước.

Để góp phần vào những nỗ lực chung của thế giới, Chương trình Hỗ trợ Năng lượng của Tổ chức Hợp tác Quốc tế Đức GIZ (GIZ ESP) tới đây cũng sẽ tổ chức sự kiện cộng đồng và các hoạt động bên lề để hưởng ứng giờ Trái đất năm 2024 thông qua dự án CASE. Chương trình dự kiến sẽ diễn ra từ 09:00 – 14:00, thứ Bảy, ngày 23 tháng 03 năm 2024 tại Phố đi bộ Hồ Hoàn Kiếm; Hà Nội. Nếu như các bạn muốn có một ngày cuối tuần tham gia sự kiện bổ ích hưởng ứng giờ Trái Đất năm nay thì đây có lẽ sẽ là một lựa chọn đáng cân nhắc. Thông tin chi tiết về sự kiện mọi người có thể tham khảo ở đây: https://fb.me/e/1FmZZkqTU