Nên lựa chọn năng lượng mặt trời hay năng lượng hạt nhân?

Vấn đề năng lượng chưa bao giờ nóng bỏng như hiện nay khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch đã được dự báo sẽ cạn kiệt trong vài chục năm tới và con người đã tìm ra 2 nguồn năng lượng đủ sức thay thế những "đàn anh" của mình: năng lượng hạt nhân và năng lượng mặt trời.

Con người nên chọn năng lượng nào?

Vậy một trong hai ứng viên phía trên, chúng ta sẽ chọn "ai" làm nguồn năng lượng chính cho toàn nhân loại trong tương lai. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu.

Điểm danh "ứng viên"

Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại dưới nhiều hình thức khác nhau. Nguồn năng lượng này có hai điểm mạnh là sạch và vô hạn, thậm chí "siêu nhà máy" Gigafactory của hãng Tesla cũng chỉ xài loại năng lượng này. Mặc dù vậy, chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Trong khuôn khổ bài viết này chúng ta chỉ đề cập đến chức năng tạo ra điện của năng lượng mặt trời.

Sức mạnh của bức xạ mặt trời...

Năng lượng hạt nhân là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ.

Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy. Năm 2007, 14% lượng điện trên thế giới được sản xuất từ năng lượng hạt nhân. Hiện nay, hơn 150 tàu chiến các loại chạy bằng năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới.

...liệu có chiến thắng sức mạnh của các nguyên tử?

Sau khi "nhìn mặt chỉ tên" hai "ứng viên" của cuộc thi hôm nay, chúng ta sẽ cùng đánh giá các khía cạnh sau để tìm ra ai là người thắng cuộc.

Chi phí đầu tư

Vấn đề này thực ra khá là rộng và phức tạp, trong bài viết này chúng tôi chỉ đề cập đến chi phí đầu tư xây dựng một nhà máy điện sử dụng hai loại năng lượng kể trên và chúng ta chỉ tính những dự án đã đi vào hoạt động nên hãy loại Tesla hay cánh đồng năng pin mặt trời Solar Star và các dự án tương tự khỏi cuộc thi này.

Nhà máy điện hạt nhân đắt nhất thế giới hiện nay là Olkiluoto, được xây dựng tại Phần Lan. Với tổng chi phí đầu tư lên đến 31 tỷ USD cho 2 lò phản ứng, người dân Phần Lan chưa bao giờ phải lo lắng về vấn đề "mất điện" tại đất nước mình.

Trong khi đó, chương trình phát triển điện từ năng lượng mặt trời tại Đức đã tiêu tốn 130 tỷ USD cho hệ thống cánh đồng pin mặt trời và các trạm phát điện. Chương trình này bắt đầu vào năm 2003 với nhà máy Hemau - nhà máy điện mặt trời lớn nhất Châu Âu lúc đó. Đến nay, Đức vẫn là nước dẫn đầu về điện mặt trời tại Châu Âu cả về số lượng các nhà máy và quy mô của chúng.

So sánh chi phi xây dựng giữa nhà máy điện hạt nhân Olkiluoto và chương tình điện mặt trời của Đức.

Nếu bạn đọc còn thấy hoài nghi về vấn đề này thì đây là một thông tin bổ sung: tuổi thọ trung bình của các nhà máy điện mặt trời rơi vào khoảng 30-40 năm trong khi đó các nhà máy điện hạt nhân có thể hoạt động ổn định đến năm 60 tuổi. Rõ ràng, với chi phí thấp cùng thời gian sử dụng lâu sẽ là điều kiện lý tưởng để giảm thiểu các chi phí leien quan như bảo trì hay nhân lực. Một bài toán kinh tế hiệu quả cho các nhà đầu tư.

Ngoài ra, theo phân tích của trang Breakthrough Institute thì cùng một số tiền đầu tư, các nhà máy điện hạt nhân cho sản lượng cao gấp nhiều lần so với nhà máy điện mặt trời, theo biểu đồ dưới .

So sánh mức điện năng thu được với mức vốn đầu từ 350 tỷ USD.

Chúng ta có thể thấy được phương án sử dụng điện hạt nhân tỏ ra rất hiệu quả về mặt chi phí với cùng một số tiền đầu tư 350 tỷ USD.

Tỷ số: Năng lượng hạt nhân: 1 - Năng lượng mặt trời: 0

Khả năng tương thích

Đây sẽ là khía cạnh gây nhiều tranh cãi nhất, nhiều người vẫn tin rằng các tấm pin mặt trời có thể hoạt động ở bất kỳ đâu từ mái nhà cho đến những vùng hoang mạc rộng lớn trong khi đó các nhà máy điện yêu cầu một khu đất đủ diện tích và có độ ổn định cao (không có động đất hay các biến đổi địa hình ...)

Quang cảnh nhà máy điện hạt nhân Olkiluoto.

Sự thật thì không đơn giản như vậy, các chuyên gia đã tính toán để tạo ra 1 MW điện năng từ pin mặt trời thì diện tích bề mặt của các tấm pin sẽ lên tới 20 nghìn mét vuông. Hãy làm một phép so sánh nhỏ: Nhà máy điện hạt nhân đắt nhất thế giới Olkiluoto phía trên có công suất 1800 MW và diện tích của nó là 190 nghìn mét vuông, theo đó nếu chúng ta sử dụng các tấm pin mặt trời với yêu cầu 1800 MW điện năng thì diện tích dành cho các thiết bị này rơi vào khoảng khoảng 342 triệu mét vuông. Một con số không hề nhỏ!

Ngoài ra, một vấn đề nữa cần lưu tâm là tỷ lệ chuyển hóa điện năng. Thông thường tỷ lệ này đối với các nhà máy điện hạt nhân rơi vào khoảng 30-33% trong bất kỳ điều kiện nào, đối với pin mặt trời thì con số này chỉ là 11-15% nhưng không phải lúc nào các thiết bị này cũng đạt hiệu suất cực đại 15%. Những ngày có mưa bão, những ngày có tuyết hay đơn giản là ban đêm sẽ biến những tấm pin mặt trời thành thứ vô dụng.

Tỷ số: Năng lượng hạt nhân: 2 - Năng lượng mặt trời: 0

Dự trữ nguyên liệu

Một gram Uranium đồng vị 235 có để tạo ra lượng điện năng tương đương 1 tấn than đá, thậm chí nguồn dự trũ Uranium sẽ đủ cho con người sử dụng ít nhất vài trăm năm nữa. Tuy nhiên suy cho cùng thì những kiểu tài nguyên như vậy sớm muộn cũng sẽ cạn kiệt, trong khi đó năng lượng từ Mặt Trời gần như là vô tận.

Dĩ nhiên, một số người sẽ nói rằng 5 tỷ năm nữa Mặt Trời sẽ chết thì chúng ta vẫn sẽ bỏ qua vì con số 5 tỷ năm quá lớn đối với chu kỳ phát triển của bất kỳ loài vật nào từng xuất hiện.

Tỷ số: Năng lượng hạt nhân: 2 - Năng lượng mặt trời: 1

An toàn với môi trường

Với việc các nguồn nguyên liệu hóa thạch là một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay, con người rất muốn tìm kiếm những đối tượng thay thế thân thiện với môi trường và sức khỏe của chúng ta hơn.

Các vụ rò rỉ phóng xạ như Chernobyl năm 1986 hay Fukushima Daichi năm 2011 là những cơn ác mộng không thể nào quên đối với nhân loại. Đặc biệt là vụ tai nạn ngày 26/4/1986 tại nhà máy điện Chernobyl đã gây ra thảm hoạ hạt nhân tồi tệ nhất trong lịch sử thế giới. Sai lầm trong thiết kế và điều khiển tạo thành vụ nổ mạnh đến mức thổi bay cả phần nóc nặng nghìn tấn của lò phản ứng số 4, phát tán vô số chất phóng xạ vào môi trường sống.

Quang cảnh Chernobyl 25 năm sau thảm họa 1986.

Rõ ràng, các nhà máy điện mặt trời không thể tạo ra một thảm họa như vậy. Đây là một lợi thế không nhỏ, mặc dù vậy không gì là hoàn hảo. Quá trình xây dựng các nhà máy điện mặt trời đã tạo ra 15 triệu tấn chất thải độc hại trong khoảng thời gian từ 2007 đến 2011 và các chuyên gia trong ngành vẫn đau đầu về vấn đề này.

Suy cho cùng, ngoại trừ những sự cố hy hữu gây ra các vụ rò rỉ phóng xạ thì các nhà máy điện hạt nhân vẫn tỏ ra khá an toàn mặc dù vậy, hậu quả của chúng thì không thể tưởng tượng được. Thực tế, 80% điện năng tại Pháp đến từ các lò phản ứng hạt nhân chứ không phải pin mặt trời.

Tỷ số: Năng lượng hạt nhân: 3 - Năng lượng mặt trời: 2

Với tỷ số 3-2, năng lượng hạt đã tỏ ra mình là ứng viên phù hợp cho cuộc sống tương lai của nhân loại mặc dù "lý lịch" của nó không đẹp như đối thủ của mình - năng lượng mặt trời.

Câu trả lời của tương lai

Trong tương lai, phản ứng nhiệt hạch với nguyên tố Thori sẽ là nền tảng cho những lò phản ứng hạt nhân an toàn hơi rất nhiều. Đặc biệt, lò phản ứng thế hệ thứ 4 mang tên Sodium-Cooled Fast-Spectrum Reactor, sẽ mở đầu cho kỷ nguyên của những nhà máy điện hạt nhân "siêu sạch" khi 99,99% chất thải sẽ được tận dụng thành nguyên liệu cho lần sử dụng tiếp theo.

Ngoài ra, các nhà khoa học đã tìm ra yếu tố giúp pin mặt trời đạt hiệu suất lên tới 40% trong tương lai: vật liệu Perovskite. Nhưng đó là câu chuyện của tương lai, còn bây giờ chúng ta phải thừa nhận: Năng lượng hạt nhân đang là số một.