Công nghệ sạch
Gần đây mình mới đọc cuốn "How to prevent a climate disaster" của Bill Gates, nói về kế hoạch để đạt được Net Zero (phát thải ròng bằng 0). Thật sự mình rất thích tư duy logic, flow trình bày rõ ràng, sự thực dụng và cách breakdown vấn đề rành mạch đến mức đáng sợ của bác. Nhưng, ở một mặt khác, bác cũng không thiếu cái nhìn lạc quan về tương lai với niềm tin vào sức mạnh của khoa học và công nghệ. Cuốn sách chính là cảm hứng cho bài này.
Trước hết, mình muốn nói một chút về bối cảnh của Net Zero.
Mỗi năm con người tạo ra 51 tỷ tấn khí nhà kính, phần lớn là CO2, còn lại là CH4 và N2O.
Những khí này góp phần giữ nhiệt lại trong khí quyển, làm tăng nhiệt độ trung bình của trái đất, gây ra những hậu quả như tan băng, nước biển dâng, hạn hán.
Và Net Zero là mục tiêu đưa con số khí nhà kính về 0.
Thế hiện tại 51 tỷ tấn khí nhà kính đang đến từ đâu?
Mình sẽ đi vào chi tiết từng phần ở dưới đây.
Điện
27% lượng khí nhà kính của thế giới đến từ việc sản xuất điện.
Thêm một chút chi tiết, nguồn cung điện đang đến từ:
Có thể thấy rằng, những nguồn nhiên liệu hoá thạch như than hay khí tự nhiên đang chiếm phần rất lớn, còn những nguồn cung sạch như hạt nhân hay tái tạo thì chiếm tỉ trọng khá nhỏ.
Vậy giải pháp để có điện sạch (điện phát thải khí nhà kính) là gì?
Năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân, hay rõ hơn là phân hạch, lấy năng lượng từ quá trình phân rã Uranium.
Năng lượng hạt nhân không thải CO2, là một tiềm năng lớn chưa được khai thác đủ nhiều (hiện nay chỉ chiếm 10%). Tuy nhiên công chúng luôn lo ngại năng lượng hạt nhân do có chất thải phóng xạ.
Trong tương lai, nếu công nghệ năng lượng hạt nhân được cải tiến về mặt an toàn, giúp vượt qua rào cản tâm lý của công chúng, thì việc tăng tỉ trọng năng lượng hạt nhân sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch rất nhiều.
Năng lượng nhiệt hạch
Nguyên lý của nhiệt hạch rất đơn giản: khác với năng lượng phân hạch, lấy năng lượng từ việc phân rã Uranium, quá trình nhiệt hạch lấy năng lượng từ việc hợp nhất Hydro thành Heli. Về lý thuyết, năng lượng nhiệt hạch vừa mạnh mẽ (bạn có thể lấy ví dụ từ việc bom nhiệt hạch mạnh gấp nhiều lần bom hạt nhân), vừa dồi dào (do Hydro rất sẵn có trong tự nhiên, thay vì Uranium phải tốn nhiều công khai thác), lại vừa an toàn (do không có chất thải phóng xạ).
Đây là một công nghệ vẫn còn sơ khai và đang trong quá trình nghiên cứu thực tiễn. Để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch, cần nung nóng Hydro lên hàng chục triệu độ, đưa Hydro vào trạng thái plasma. Khi đó Hydro sẽ hợp nhất với nhau và tạo thành Heli, cộng thêm một chút năng lượng được sinh ra, và con người sẽ khai thác nguồn năng lượng đó.
Theo lý thuyết, năng lượng sinh ra có thể gấp 10 lần năng lượng bỏ vào để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch. Nhưng lý thuyết vẫn chỉ là lý thuyết. Hiện tại năng lượng chúng ta lấy ra được đang thấp hơn năng lượng cho vào. Các nhà khoa học vẫn đang thiết kế và thí nghiệm để đạt được mục tiêu, và mình tin trong tương lai không xa sẽ đạt được.
Nếu có được năng lượng nhiệt hạch, mình nghĩ thế giới sẽ đổi thay mạnh mẽ. Một nguồn năng lượng vừa dồi dào (có thể nói là gần như vô tận), vừa mạnh mẽ, lại còn không phát thải, sẽ giúp nhân loại phát triển rất xa.
Địa nhiệt
Nguyên lý cơ bản của địa nhiệt là khai thác nhiệt từ lòng đất, cụ thể là các lớp đá nóng dưới lòng đất. Con người có thể bơm nước xuống các lớp đá nóng, nước bị đun sôi sẽ bay hơi, và hơi nước sẽ được dẫn lên bề mặt để quay động cơ, tạo ra điện.
Đây là cách làm không đốt nhiên liệu hoá thạch, lại không có chất thải nguy hiểm như năng lượng hạt nhân, là một giải pháp sáng giá. Chỉ có điều, không phải chỗ nào trên trái đất cũng có những lớp đá nóng đủ điều kiện để xây nhà máy địa nhiệt, nên là giải pháp này sẽ khó scale trên quy mô lớn.
Sản xuất
Hiện tại, việc sản xuất của con người đang chiếm 31% lượng khí nhà kính.
Trong đó, 2 sản phầm tạo ra nhiều khí thải nhất là xi măng và thép.
Với xi măng, chúng ta đang tạo ra xi măng bằng cách nung đá vôi. Việc nung này sử dụng nguồn năng lượng bẩn như nhiên liệu hoá thạch (than), hay điện bẩn (điện than, điện khí tự nhiên).
Ngoài ra, đá vôi nung xong sẽ tạo ra CO2: CaCO3 (đá vôi) → CaO (vôi sống) + CO2. Vậy CO2 là một phụ phẩm không thể tránh khi sản xuất xi măng.
Với thép, câu chuyện cũng tương tự. Chúng ta tạo ra thép bằng cách nung quặng sắt. Việc nung này cũng sử dụng những nguồn năng lượng tạo ra khí nhà kính.
Vậy giải pháp là gì?
Điện sạch
Câu chuyện lại quay về điện. Miễn là chúng ta giải được bài toán năng lượng sạch, thì chúng ta có thể nung quặng sắt và đá vôi vô tư mà không lo phát thải khí nhà kính.
Công nghệ hút carbon
Với xi măng, CO2 là một phụ phẩm không thể tránh. Vì vậy, trên thế giới đang có một số nơi phát triển công nghệ hút carbon (Carbon Direct Capture), CO2 thải ra đến đâu sẽ được hút lại đến đó. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang chạy bằng điện, mà phần lớn điện hiện nay đang là điện bẩn, vì thế nên cũng không có quá nhiều ý nghĩa. Khi chúng ta có điện sạch, thì chúng ta có thể chạy công nghệ này ở quy mô lớn mà không phải lo về phát thải.
Nông nghiệp
Nông nghiệp cũng là một nguồn phát thải khí nhà kính rất lớn (chiếm 19%). Nông nghiệp bao gồm chăn nuôi và trồng trọt.
Với trồng trọt, việc sản xuất phân bón yêu cầu rất nhiều năng lượng, và tất nhiên, phần lớn là năng lượng từ nguồn có phát thải khí nhà kính. Ngoài ra, cây trồng thường không hấp thụ hết lượng phân được bón, khiến phần còn lại bị lãng phí, thấm vào đất gây ô nhiễm và thoát ra ngoài không khí ở dạng khí nhà kính.
Với chăn nuôi, việc nuôi gia súc đang là vấn đề nhức nhối. Gia súc, điển hình là bò, thường xuyên ợ và xì hơi, tạo ra rất nhiều khí metan (CH4). Phân của chúng cũng tạo ra CH4. Ngoài ra, việc chăn nuôi cũng sử dụng rất nhiều sản phẩm từ trồng trọt, càng làm tăng phát thải.
Vậy giải pháp là gì?
Phân bón thải ít khí nhà kính
Chúng ta lại quay lại vấn đề cốt lõi: năng lượng. Sản xuất phân bón cần có amonia. Sản xuất amonia cần rất nhiều năng lượng để tách phân tử N2 rất bền chặt thành các nguyên tử N để có thể phản ứng với Hydro.
Nếu có được nguồn năng lượng sạch, chúng ta có thể mạnh tay hơn trong việc sản xuất phân bón.
Lai giống cây trồng
Một số nơi đang thử nghiệm lai những giống cây trồng tổng hợp trực tiếp Nitơ từ đất tốt hơn, điều này sẽ giúp giảm lượng phân bón cần thiết, gián tiếp giúp giảm phát thải.
Làm cho bò đánh rắm ít hơn
Một số công ty dược phẩm đang phát triển những loại thuốc giúp bò đánh rắm ít hơn, giảm lượng CH4 thải ra không khí. Một số nơi khác thì đang lai những giống bò tạo ra ít khí thải hơn trong ruột, làm giảm lượng CH4.
Thịt nuôi cấy
Một công nghệ rất thú vị là thịt nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Thay vì nuôi một con bò và giết thịt, một số công ty đang thử nuôi các miếng thịt bò từ những tế bào thịt bò trong phòng thí nghiệm. Công nghệ này đang được chạy thử ở một số thị trường nhỏ để test phản ứng của công chúng.
Ăn chay
Thật đơn giản. Để giảm lượng phát thải từ chăn nuôi, chúng ta chỉ cần ăn ít thịt lại, hoặc không ăn thịt nữa. Thay vào đó, chúng ta có thể lấy nguồn đạm từ thực vật.
Vận chuyển
Việc vận chuyển đang chiếm 16% lượng khí thải trên thế giới.
Hiện tại, để phục vụ cho việc vận chuyển, thế giới đang dùng xăng dầu là chính. Một phần nhỏ thì dùng điện (và nguồn điện này thì phần lớn là từ điện bẩn).
Hiện tại, tỉ lệ các phương tiện vận chuyển như sau:
Có thể thấy phương tiện cá nhân đang chiếm phần lớn, tiếp sau là xe tải (phục vụ vận chuyển hàng hoá), rồi sau đó là tàu và máy bay.
Xe điện sạch
Vâng, lại là câu chuyện cốt lõi về điện.
Khi có nguồn điện sạch, các loại phương tiện có thể chuyển từ dùng xăng dầu sang dùng điện, loại bỏ khí thải từ nhiên liệu hoá thạch.
Hiện tại những công ty xe điện như Tesla đang vô cùng thành công, đặt sẵn nền tảng cho tương lai khi mà các công nghệ điện sạch trở nên phổ biến.
Nhiên liệu Hydro
Thay vì dùng xăng dầu, công nghệ nhiên liệu Hydro đang có những bước đi đầu tiên.
Về cơ bản, nhiên liệu Hydro vừa dồi dào (do Hydro có nhiều trong tự nhiên), vừa sạch (đốt lên chỉ tạo ra hơi nước, không tạo ra CO2).
Nhưng để sản xuất nhiên liệu Hydro, cần phải lấy được Hydro từ tự nhiên. Cách làm phổ biến hiện tại là điện phân nước để lấy được H2 và O2, điều này cần rất nhiều điện.
Vâng, lại quay lại câu chuyện về điện. Nếu điện sạch trở thành hiện thực, thì nhiên liệu Hydro sẽ rất dễ sản xuất, là phương tiện di chuyển có thể thay xăng bằng Hydro.
Điều hoà
Việc điều hoà không khí hiện đang chiếm 7% lượng phát thải.
Điều hoà ở đây bao gồm cả làm mát và sưởi ấm.
Việc làm mát đang sử dụng điện là chính, mà điện thì như đã nói, phần lớn đến từ nguồn có phát thải.
Việc sưởi ấm cũng vậy, đang dùng cả điện, than và khí tự nhiên, đều phát thải rất nhiều.
Vậy giải pháp là gì?
Điện sạch
Vẫn là điện sạch. Có điện sạch, thì điều hoà và máy sưởi sẽ thoải mái chạy mà không lo về phát thải khí nhà kính
Nhiên liệu Hydro
Nhiên liệu Hydro không chỉ có thể áp dụng trong các phương tiện di chuyển, mà còn có thể làm một nguồn nhiên liệu sạch để sưởi ấm, thay cho than và khí tự nhiên.
Tăng năng suất gián tiếp
Các công nghệ giúp gián tiếp tăng năng suất làm mát và sưởi ấm có thể kể đến như rèm thông minh hay kính cách nhiệt.
Rèm thông minh có thể tự cảm biến nhiệt độ và hoạt động tương ứng để giữ nhiệt độ ổn định.
Kính cách nhiệt có thể giúp giảm lượng nhiệt bị thất thoát ra môi trường, giúp chúng ta giảm nhu cầu dùng các thiết bị điều hoà.
Có thể thấy rằng, con đường đến với Net Zero là một con đường dài. Thế giới hiện tại được xây dựng bằng những công nghệ phát thải mạnh mẽ, và để đến với tương lai phát thải bằng 0, quá trình tháo dỡ và thay thế sẽ vô cùng khó khăn, tốn kém, và có thể là đau đớn.
Nhưng, từ góc độ cá nhân, mình vẫn luôn giữ cái nhìn lạc quan về tương lai với niềm tin vào sức mạnh của khoa học và công nghệ, những thứ sẽ đưa con người tiến lên phía trước.
We will get there.