lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH: lượng tử

Năng lượng tái tạo so với thorium và ký tự đại diện năng lượng nhiệt hạch: Tương lai của năng lượng P5

David Tal, Nhà xuất bản, Người theo chủ nghĩa vị lai
@DavidTalWrites
LinkedIn

Thứ Ba, 09/15/2020 - 10:23

Giống như cách mặt trời không tạo ra năng lượng 24/7, nó cũng không hoạt động quá tốt ở một số nơi trên thế giới so với những nơi khác. Tin tôi đi, đến từ Canada, có những tháng bạn hầu như không nhìn thấy mặt trời. Nó có thể tồi tệ hơn nhiều ở các nước Bắc Âu và Nga - có lẽ điều đó cũng giải thích cho lượng lớn kim loại nặng và rượu vodka được sử dụng ở đó.

Nhưng như đã đề cập trong phần trước của loạt phim Tương lai của Năng lượng này, năng lượng mặt trời không phải là trò chơi tái tạo duy nhất trong thị trấn. Trên thực tế, có rất nhiều lựa chọn năng lượng tái tạo có công nghệ phát triển nhanh như năng lượng mặt trời và chi phí và sản lượng điện của chúng (trong một số trường hợp) đánh bại năng lượng mặt trời.

Mặt khác, chúng ta cũng sẽ nói về thứ mà tôi muốn gọi là “năng lượng tái tạo ký tự đại diện”. Đây là những nguồn năng lượng mới và cực kỳ mạnh mẽ, không tạo ra khí thải carbon, nhưng chi phí thứ cấp về môi trường và xã hội vẫn chưa được nghiên cứu (và có thể chứng minh là có hại).

Nói chung, điểm mà chúng ta sẽ khám phá ở đây là mặc dù năng lượng mặt trời sẽ trở thành nguồn năng lượng thống trị vào giữa thế kỷ này, nhưng tương lai cũng sẽ được tạo thành từ một loại thức uống năng lượng của năng lượng tái tạo và các ký tự đại diện. Vì vậy, hãy bắt đầu với việc tái tạo NIMBY trên khắp thế giới ghét với một niềm đam mê.

Năng lượng gió, điều mà Don Quixote không biết

Khi các chuyên gia nói về năng lượng tái tạo, hầu hết đều tập trung vào các trang trại gió cùng với năng lượng mặt trời. Nguyên nhân? Chà, trong số tất cả các loại năng lượng tái tạo trên thị trường, những chiếc cối xay gió khổng lồ là thứ dễ thấy nhất - chúng nhô ra như những ngón tay cái đau dọc theo cánh đồng của nông dân và tầm nhìn ra biển biệt lập (và không quá cô lập) ở nhiều nơi trên thế giới.

Nhưng trong khi một khu vực bầu cử giọng nói ghét họ, ở một số nơi trên thế giới, họ đang cách mạng hóa hỗn hợp năng lượng. Đó là bởi vì trong khi một số quốc gia được thiên nhiên ưu đãi với mặt trời, những quốc gia khác lại có gió và rất nhiều nó. Những gì đã từng là một sự khó chịu về việc phá hủy ô, đóng cửa sổ và làm hỏng kiểu tóc đã được phát triển (đặc biệt là trong XNUMX-XNUMX năm qua) thành một cường quốc sản xuất năng lượng tái tạo.

Lấy ví dụ như các nước Bắc Âu. Năng lượng gió đã phát triển với tốc độ chóng mặt ở Phần Lan và Đan Mạch đến mức họ đang ăn bớt tỷ suất lợi nhuận của các nhà máy nhiệt điện than của họ. Nhân tiện, đây là các nhà máy điện than được cho là để bảo vệ các quốc gia này khỏi năng lượng tái tạo “không đáng tin cậy”. Giờ đây, Đan Mạch và Phần Lan có kế hoạch loại bỏ các nhà máy điện 2,000 megawatt năng lượng bẩn này ra khỏi hệ thống bởi 2030.

Nhưng đó không phải là tất cả mọi người! Đan Mạch đã tham gia vào năng lượng gió đến mức họ có kế hoạch loại bỏ hoàn toàn than vào năm 2030 và chuyển toàn bộ nền kinh tế của họ sang năng lượng tái tạo (chủ yếu là từ gió) bởi 2050. Trong khi đó, các thiết kế cối xay gió mới (ví dụ: một, hai) luôn ra mắt có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp và có khả năng làm cho năng lượng gió trở nên hấp dẫn đối với các nước giàu mặt trời cũng như đối với các nước giàu gió.

Nuôi sóng

Liên quan đến những chiếc cối xay gió, nhưng được chôn sâu dưới đáy biển, là dạng năng lượng tái tạo được quảng cáo rầm rộ thứ ba: thủy triều. Các cối xay thủy triều trông tương tự như cối xay gió, nhưng thay vì thu năng lượng từ gió, chúng thu năng lượng từ thủy triều đại dương.

Các trang trại thủy triều gần như không phổ biến và cũng không thu hút được nhiều vốn đầu tư như năng lượng mặt trời và gió. Vì lý do đó, thủy triều sẽ không bao giờ là một nhân tố chính trong hỗn hợp tái tạo bên ngoài một số quốc gia, như Vương quốc Anh. Đó là một điều đáng tiếc vì, theo Ủy ban Tầm nhìn Hàng hải Vương quốc Anh, nếu chúng ta chỉ chiếm 0.1% năng lượng thủy triều động năng của Trái đất, nó sẽ đủ để cung cấp năng lượng cho thế giới.

Năng lượng thủy triều cũng có một số lợi thế độc đáo so với năng lượng mặt trời và gió. Ví dụ, không giống như năng lượng mặt trời và gió, thủy triều thực sự chạy 24/7. Thủy triều gần như không đổi, vì vậy bạn luôn biết mình sẽ tạo ra bao nhiêu điện năng trong một ngày nhất định — rất tốt cho khả năng dự đoán và lập kế hoạch. Và điều quan trọng nhất đối với những NIMBY ngoài kia, vì các trang trại thủy triều nằm dưới đáy đại dương, chúng thực sự nằm ngoài tầm nhìn, không cần quan tâm.

Năng lượng tái tạo cũ: thủy điện và địa nhiệt

Bạn có thể nghĩ rằng thật kỳ lạ khi nói về năng lượng tái tạo, chúng tôi không đưa ra nhiều thời gian phát sóng cho một số dạng năng lượng tái tạo lâu đời nhất và được áp dụng rộng rãi nhất: thủy điện và địa nhiệt. Chà, có một lý do chính đáng cho điều đó: Biến đổi khí hậu sẽ sớm làm xói mòn sản lượng điện của thủy điện, trong khi địa nhiệt sẽ kém kinh tế hơn khi so sánh với năng lượng mặt trời và gió. Nhưng chúng ta hãy tìm hiểu sâu hơn một chút.

Hầu hết các đập thủy điện trên thế giới được cung cấp bởi các sông và hồ lớn được cung cấp năng lượng bởi sự tan chảy theo mùa của các sông băng từ các dãy núi gần đó và ở mức độ thấp hơn là nước ngầm từ các vùng mưa cao trên mực nước biển. Trong những thập kỷ tới, biến đổi khí hậu có thể làm giảm (tan chảy hoặc cạn kiệt) lượng nước đến từ cả hai nguồn nước này.

Một ví dụ về điều này có thể thấy ở Brazil, một quốc gia có một trong những hỗn hợp năng lượng xanh nhất thế giới, tạo ra hơn 75% năng lượng từ năng lượng thủy điện. Trong những năm gần đây, lượng mưa giảm và hạn hán ngày càng tăng đã gây ra gián đoạn nguồn điện thường xuyên (mất điện và mất điện) trong suốt nhiều năm. Các lỗ hổng năng lượng như vậy sẽ trở nên phổ biến hơn nhiều sau mỗi thập kỷ trôi qua, buộc các quốc gia phụ thuộc vào thủy điện phải đầu tư đô la tái tạo của họ ở nơi khác.

Trong khi đó, khái niệm địa nhiệt là đủ cơ bản: ở dưới một độ sâu nhất định, Trái đất luôn nóng; khoan một lỗ sâu, thả một số đường ống, đổ nước vào, thu hơi nước nóng bốc lên và sử dụng hơi nước đó để cung cấp năng lượng cho tuabin và tạo ra năng lượng.

Ở một số quốc gia như Iceland, nơi họ được “ưu đãi” với một số lượng lớn núi lửa, địa nhiệt là một máy phát điện khổng lồ cung cấp năng lượng xanh và miễn phí - nó tạo ra gần 30% năng lượng của Iceland. Và ở một số khu vực trên thế giới có đặc điểm kiến tạo tương tự, đó là một dạng năng lượng đáng giá để đầu tư. Nhưng hầu hết mọi nơi khác, các nhà máy địa nhiệt rất tốn kém để xây dựng và với năng lượng mặt trời và gió giảm giá hàng năm, địa nhiệt sẽ không có thể cạnh tranh ở hầu hết các quốc gia.

Các ký tự đại diện có thể tái tạo

Những người phản đối năng lượng tái tạo thường nói rằng do tính không đáng tin cậy của chúng, chúng ta cần đầu tư vào các nguồn năng lượng bẩn, lớn và lâu đời - như than, dầu và khí tự nhiên hóa lỏng - để cung cấp lượng năng lượng phù hợp đáp ứng nhu cầu của chúng ta. Những nguồn năng lượng này được gọi là nguồn năng lượng “cơ bản” bởi vì chúng có truyền thống đóng vai trò là xương sống của hệ thống năng lượng của chúng ta. Nhưng ở một số nơi trên thế giới, đặc biệt là các nước như Pháp, hạt nhân đã là nguồn năng lượng phụ tải cơ bản được lựa chọn.

Hạt nhân đã là một phần trong hỗn hợp năng lượng của thế giới kể từ khi Thế chiến II kết thúc. Mặc dù về mặt kỹ thuật, nó tạo ra một lượng đáng kể năng lượng không carbon, nhưng các tác dụng phụ về chất thải độc hại, tai nạn hạt nhân và phổ biến vũ khí hạt nhân đã khiến các khoản đầu tư hiện đại vào hạt nhân trở nên bất khả thi.

Điều đó nói lên rằng, hạt nhân không phải là trò chơi duy nhất trong thị trấn. Có hai loại nguồn năng lượng không tái tạo mới đáng nói đến: năng lượng Thorium và năng lượng nhiệt hạch. Hãy coi đây là năng lượng hạt nhân thế hệ tiếp theo, nhưng sạch hơn, an toàn hơn và mạnh hơn rất nhiều.

Thori và sự hợp nhất xung quanh góc?

Lò phản ứng Thori chạy bằng thori nitrat, một nguồn tài nguyên dồi dào gấp XNUMX lần uranium. Chúng cũng tạo ra nhiều năng lượng hơn so với các lò phản ứng chạy bằng uranium, tạo ra ít chất thải hơn, không thể biến thành bom cấp vũ khí và hầu như không bị tan chảy. (Xem lời giải thích kéo dài XNUMX phút về lò phản ứng Thorium tại đây.)

Trong khi đó, các lò phản ứng nhiệt hạch về cơ bản chạy bằng nước biển - hay nói chính xác là sự kết hợp của đồng vị hydro triti và đơteri. Trong đó các lò phản ứng hạt nhân tạo ra điện bằng cách tách các nguyên tử, các lò phản ứng nhiệt hạch lấy một trang trong sách vở về mặt trời của chúng ta và cố gắng kết hợp các nguyên tử lại với nhau. (Xem giải thích tám phút về lò phản ứng nhiệt hạch tại đây.)

Cả hai công nghệ tạo ra năng lượng này dự kiến sẽ xuất hiện trên thị trường vào cuối những năm 2040 - quá muộn để thực sự tạo ra sự khác biệt trên thị trường năng lượng trên thế giới, chưa nói đến cuộc chiến chống biến đổi khí hậu của chúng ta. Rất may, đó có thể không phải là trường hợp quá lâu.

Công nghệ xung quanh các lò phản ứng thori phần lớn đã tồn tại và đang được tích cực theo đuổi bởi Trung Quốc. Trên thực tế, họ đã công bố kế hoạch xây dựng một lò phản ứng Thorium hoạt động hoàn chỉnh trong vòng 10 năm tới (giữa những năm 2020). Trong khi đó, sức mạnh nhiệt hạch thường xuyên bị thiếu hụt trong nhiều thập kỷ, nhưng gần đây tin tức từ Lockheed Martin chỉ ra rằng một lò phản ứng nhiệt hạch mới có thể chỉ còn một thập kỷ nữa.

Nếu một trong hai nguồn năng lượng này xuất hiện trực tuyến trong vòng một thập kỷ tới, nó sẽ tạo ra những làn sóng xung kích qua các thị trường năng lượng. Thori và điện nhiệt hạch có tiềm năng đưa một lượng lớn năng lượng sạch vào lưới năng lượng của chúng ta nhanh hơn năng lượng tái tạo vì chúng sẽ không cần chúng ta quấn lại lưới điện hiện có. Và vì đây là những dạng năng lượng tập trung và thâm dụng vốn, chúng sẽ có sức hấp dẫn mạnh mẽ đối với những công ty tiện ích truyền thống đang tìm cách chống lại sự phát triển của năng lượng mặt trời.

Vào cuối ngày, đó là một sự thay đổi. Nếu thorium và nhiệt hạch gia nhập thị trường thương mại trong vòng 10 năm tới, chúng có thể vượt qua năng lượng tái tạo như là tương lai của năng lượng. Còn lâu hơn thế nữa và năng lượng tái tạo sẽ chiến thắng. Dù bằng cách nào, giá rẻ và năng lượng dồi dào là trong tương lai của chúng ta.

Vậy một thế giới với nguồn năng lượng vô hạn thực sự trông như thế nào? Cuối cùng chúng tôi trả lời câu hỏi đó trong phần sáu của loạt bài Tương lai về năng lượng của chúng tôi.