Năng lượng tái tạo là gì? Tầm quan trọng và ứng dụng trong đời sống

Việc khai thác nhiên liệu hóa thạch quá mức là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng sức khỏe con người ở quy mô toàn cầu. Trong khi đó, năng lượng tái tạo không chỉ là giải pháp sử dụng hiệu quả và bền vững nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào mà còn góp phần chống biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế tại mỗi quốc gia. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu đến bạn các thông tin quan trọng về năng lượng tái tạo. 

Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo (hay còn gọi là năng lượng tái sinh, tên tiếng anh là Renewable energy) được Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) định nghĩa là nguồn năng lượng có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng tái sinh với tốc độ cao hơn tốc độ tiêu thụ. Ví dụ như mặt trời, gió, nước, thủy triều và một số nguồn khác. Điều này đồng nghĩa với việc năng lượng tái tạo là vô hạn và không bị cạn kiệt khi sử dụng, đồng thời ít gây ô nhiễm không khí do hầu hết các nguồn năng lượng tái sinh đều không phát thải carbon.

Năng lượng tái tạo hiện diện ở khắp nơi trên thế giới, ngược lại với năng lượng không tái tạo thường chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Vì vậy, sử dụng năng lượng tái tạo song song với năng lượng không tái tạo là giải pháp hiệu quả để đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển kinh tế và giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu. 

Lịch sử phát triển của năng lượng tái tạo

Trước khi than đá được khai thác vào giữa thế kỉ XIX, nguồn năng lượng chính mà con người sử dụng chính là năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng dạng sinh khối truyền thống được dùng để đốt lửa đã xuất hiện vào khoảng 200.000 đến 400.000 năm trước, sau đó là năng lượng gió được ứng dụng để chạy tàu buồm trên sông Nile cách đây khoảng 7.000 năm. 

Đến năm 1873, khi nhà xã hội học và kinh tế chính trị người Đức - Max Weber đề cập đến sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch, các nhà khoa học đã tiến hành thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời cho các động cơ, mãi đến khi chiến tranh thế giới lần thứ nhất nổ ra. Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời sau đó còn được công nhận trong một bài báo khoa học trên tạp chí Scientific American năm 1911: “trong tương lai xa, khi nhiên liệu tự nhiên đã cạn kiệt, năng lượng mặt trời sẽ là phương tiện tồn tại duy nhất của loài người”. 

Năm 1956, lý thuyết về đỉnh dầu mỏ được xuất bản, cho thấy mối quan ngại về việc giao thông vận tải toàn cầu phụ thuộc vào xăng và diesel. Đến những năm 1970, các nhà môi trường đã thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng tái tạo, vừa để thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, vừa để thay thế dầu mỏ trong tương lai. Và những tuabin gió đầu tiên trên thế giới ra đời. 

Ngày nay, có ít nhất 30 đất nước trên thế giới đã và đang sử dụng năng lượng tái tạo, cho khả năng cung cấp 20% nhu cầu năng lượng tại mỗi quốc gia, nhằm thay thế các nguồn nhiên liệu không tái tạo trong 4 lĩnh vực: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ và điện độc lập tại khu vực nông thôn. 

Ưu điểm vượt trội của năng lượng tái tạo

So với nhiên liệu hóa thạch, năng lượng tái tạo sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội để trở thành nguồn năng lượng chính trong tương lai nhân loại. 

Nguồn năng lượng dồi dào

Năng lượng không tái tạo thường chỉ tập trung ở một số quốc gia nhất định, vốn không thể tái sinh nên có khoảng 6 tỷ người trên thế giới, chiếm 80% dân số toàn cầu đang phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu từ các quốc gia khác, khiến họ trở nên dễ tổn thương trước các cuộc khủng hoảng địa chính trị.

Ngược lại, năng lượng tái tạo hiện diện ở mọi nơi trên thế giới với tiềm năng còn chưa được khai thác hết. Trên lý thuyết, chỉ với hiệu suất chuyển đổi 10% từ năng lượng mặt trời trên diện tích 700 x 700 km ở sa mạc Sahara đã có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng cho cả thế giới. Do đó, sử dụng năng lượng tái tạo là giải pháp để giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch, đồng nghĩa với việc chủ động hơn trong điều chỉnh giá cả nhiên liệu và tạo được việc làm mới. 

Rẻ hơn năng lượng hóa thạch

So với điện từ năng lượng không tái tạo, điện từ năng lượng tái tạo có giá cả hợp lý hơn ở hầu hết quốc gia. Cụ thể, điện mặt trời và điện gió hiện rẻ hơn khoảng 41% và 53% so với điện từ than đá. 

Chi phí giảm đang trở thành cơ hội để năng lượng tái tạo phát triển mạnh mẽ hơn ở nước có thu nhập thấp và trung bình. Ước tính điện giá rẻ từ các nguồn tái tạo có thể cung cấp đến 65% tổng nguồn cung cấp điện cho toàn thế giới vào năm 2030. Đặc biệt đến năm 2040, ở Châu Phi có thể sản xuất lượng điện gấp 10 lần nhu cầu, hoàn toàn từ năng lượng mặt trời. 

Tốt cho sức khỏe

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết, khoảng 99% dân số thế giới đang bị ảnh hưởng bởi không khí ô nhiễm, nhất là bụi mịn và khí nitơ dioxide. Đây cũng là nguyên nhân chính gây ra 7 triệu ca tử vong sớm mỗi năm ở quy mô toàn cầu. 

Việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo không chỉ chống cạn kiệt tài nguyên mà còn giảm ô nhiễm không khí, từ đó cải thiện sức khỏe con người. 

Vai trò và lợi ích của năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo đóng vai trò quan trọng trong việc giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên thiên nhiên, giữ vững an ninh năng lượng quốc gia, đặc biệt là chống biến đổi khí hậu toàn cầu. 

Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Giai đoạn từ năm 2011 đến 2021, việc sử dụng năng lượng hóa thạch để sản xuất điện toàn cầu đã giảm từ 68% xuống còn 62%, tương ứng, năng lượng tái tạo tăng từ 20% lên 28% nguồn cung cấp điện toàn thế giới, trong đó, điện từ mặt trời và gió chiếm tỉ trọng lớn nhất, tăng từ 2% lên 10%. 

Đặc biệt vào năm 2024, năng lượng tái tạo chiếm đến 30% sản lượng điện và được dự đoán sẽ tăng lên 45% vào năm 2030. So sánh chi tiết hơn trong giai đoạn từ 2015 - 2024, trong khi công suất điện hàng năm của năng lượng tái tạo đã tăng đến 140% thì công suất điện từ nhiên liệu hóa thạch chỉ tăng 16%, cho thấy việc chuyển dịch từ năng lượng không tái tạo sang tái tạo đang trở thành xu hướng chung của toàn thế giới, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong điều kiện nguồn năng lượng hóa thạch là có hạn và sẽ sớm cạn kiệt nếu không được khai thác hợp lý. 

Ngoài ra, lưới điện quốc gia khi kết hợp với nhiều nguồn năng lượng bền vững khác sẽ đảm bảo được tính ổn định và liên tục, cung cấp năng lượng hiệu quả hơn cho các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, thương mại.

Chống biến đổi khí hậu toàn cầu

Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, cơ cấu năng lượng toàn cầu gần như bị chi phối bởi nhiên liệu hóa thạch. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến khí hậu toàn cầu cũng như sức khỏe của con người. 

Theo thống kê, có đến ¾ lượng khí thải nhà kính là do việc đốt nhiên liệu không tái tạo để sản xuất năng lượng. Nhiên liệu hóa thạch cũng là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nghiêm trọng tại một số quốc gia khiến ít nhất 5 triệu người tử vong mỗi năm.

Cơ quan Năng lượng quốc tế ước tính, để đạt được mức phát thải ròng về 0 vào năm 2050, 90% điện năng toàn cầu cần được tạo ra từ năng lượng tái tạo chứ không phải nhiên liệu hóa thạch. Năng lượng tái sinh cũng đóng vai trò then chốt trong việc giảm ô nhiễm không khí, giảm nóng chảy băng, chống cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, cải thiện sức khỏe cộng đồng và ít gây ô nhiễm tiếng ồn. 

Tạo ra việc làm 

Ứng dụng năng lượng tái tạo vào sản xuất năng lượng có thể tạo ra hàng triệu việc làm mỗi năm trên toàn thế giới. Thống kê cho thấy, ngành năng lượng tái tạo tạo ra được việc làm gấp 3 lần ngành nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Điều này có tiềm năng mang lại những tác động tích cực đến nền kinh tế quốc gia nói chung và các ngành công nghiệp liên quan nói riêng. 

Đáp ứng nhu cầu điện mới

Một trung tâm dữ liệu Al có thể tiêu thụ điện năng tương đương với mức tiêu thụ của 100.000 hộ gia đình. Vì vậy, công ty công nghệ lớn nên chuyển sang sử dụng 100% năng lượng tái tạo cho các trung tâm dữ liệu để tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

Phát triển kinh tế vùng miền

Lưới điện quốc gia không phải lúc nào cũng thuận lợi tiếp cận đến các vùng sâu, vùng xa, vùng nông thôn, nhất là những khu vực có địa hình hiểm trở, nguồn tài nguyên thiên nhiên ít ỏi. Lúc này, sản xuất điện từ năng lượng tái tạo là giải pháp khả thi và hiệu quả hơn, giúp tận dụng nguồn tài nguyên dồi dào và miễn phí, kéo gần khoảng cách vùng miền cũng như phát triển kinh tế đặc trưng của từng khu vực.

Cựu Tổng thư ký Liên Hợp Quốc Ban Ki-moon từng nhấn mạnh, năng lượng tái tạo có khả năng nâng nước nghèo lên một tầm thịnh vượng hơn, qua đó khẳng định tầm quan trọng của nguồn năng lượng tự nhiên này đối với các nước đang phát triển. 

Công nghệ năng lượng tái tạo

Công nghệ năng lượng tái tạo là khái niệm liên quan đến việc sử dụng và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như: mặt trời, gió, thủy điện, sinh khối… Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp năng lượng tái tạo trong vài năm trở lại đây, công nghệ này được coi là giải pháp hữu ích nhằm sử dụng hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên tự nhiên dồi dào. 

Một số công nghệ kỹ thuật năng lượng tái tạo phổ biến hiện nay gồm: 

• Năng lượng mặt trời (Solar Energy): Bằng cách sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời đặt trên mái nhà, bề mặt đất hoặc khu vực cao nhất của công trình, các tế bào quang điện có trong tấm pin sẽ hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi thành điện năng sử dụng trong gia đình hoặc doanh nghiệp. Công nghệ năng lượng mặt trời rất phù hợp để lắp đặt tại các vùng hẻo lánh, vùng sâu vùng xa, nơi lưới điện quốc gia khó tiếp cận hoặc rất yếu. Ngoài ra, tàu thủy và máy bay cũng có thể trang bị các tấm pin mặt trời để tạo ra điện năng cấp cho các thiết bị điện tử. 

• Năng lượng gió (Wind Energy): Để chuyển đổi năng lượng từ gió thành điện, một động cơ gió (tuabin gió) sẽ được sử dụng để thu thập năng lượng của sức gió. Các trạm điện gió thường được lắp đặt trên đất liền hoặc gần biển để khai thác được sức gió tốt nhất. 

• Năng lượng thủy điện (Hydropower): Các nhà máy thủy điện thường tận dụng sự chuyển động của nước từ sông hoặc 1 số dòng khác để tạo ra năng lượng mekanik, sau đó chuyển đổi thành điện. Vị trí thuận lợi để xây dựng nhà máy thủy điện là trên các con sông lớn hoặc các nguồn nước lớn. 

• Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy): Công nghệ này sử dụng một bơm nhiệt để thu thập nhiệt từ lòng đất, sau đó chuyển đổi thành điện hoặc dùng để sưởi ấm/ làm mát và sản xuất nước nóng. 

• Năng lượng sinh khối (Biomass Energy): Trước khi được sử dụng để tạo ra điện, các vật liệu hữu cơ như cây trồng, rơm rạ, rác thải sinh học, gỗ,... sẽ được chế tạo thành than và bột củi, sau đó được đốt để tạo hơi nước và khí thải. Hơi nước này được dùng để vận hành tuabin, trong khi khí thải được điều chỉnh để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường. Năng lượng sinh khối có thể sản xuất nhiều loại năng lượng khác nhau như điện, nhiên liệu đốt cho xe, nhà máy…

Ngoài ra, còn một số công nghệ năng lượng tái tạo mới nhất đang được áp dụng ở các quốc gia phát triển như:

• Lưu trữ năng lượng mặt trời: Công nghệ phát triển pin ngày nay có thể lưu trữ năng lượng mặt trời đến 18 năm. 
• Sử dụng ánh sáng để phát triển vật liệu thế hệ mới: Bằng việc mô phỏng và dự đoán hiệu ứng của ánh sáng đối với vật liệu ở quy mô nguyên tử, các nhà khoa học có cơ sở để phát triển các vật liệu tiết kiệm năng lượng hơn. 
• In 3D sản xuất các bộ phận của tuabin gió: Giúp các nhà xây dựng tạo ra các chân đế bê tông chắc chắn hơn cho các tuabin gió, từ đó có thể linh hoạt tăng giảm kích thước của tháp tuabin và giảm chi phí vận chuyển. 

Ứng dụng của năng lượng tái tạo

Điện là nguồn năng lượng không thể thiếu trong mọi khía cạnh sản xuất - sinh hoạt khác nhau của đời sống. Tương ứng, điện năng lượng tái tạo cũng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 

Trong công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, năng lượng tái tạo hoàn toàn có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch để cung cấp năng lượng cho các nhà máy, xưởng sản xuất, khu công nghiệp, giúp giảm chi phí vận hành và giảm tác động tiêu cực đến môi trường. 

Ngoài ra, năng lượng sinh khối cũng được dùng làm nhiên liệu đốt cho hệ thống cấp hơi nhiệt của một số nhà máy, góp phần sử dụng hiệu quả hơn nguồn năng lượng tái sinh và thúc đẩy quá trình chuyển dịch xanh tại các ngành công nghiệp. 

Trong nông nghiệp

Điện từ năng lượng mặt trời có thể hỗ trợ vận hành hệ thống tưới tiêu, chiếu sáng, sưởi sấy trong nông nghiệp theo cách tiết kiệm hơn lưới điện quốc gia. 

Trong giao thông vận tải

Điện từ năng lượng mặt trời, gió hiện là một trong những nguồn cung cấp năng lượng chính cho phương tiện giao thông chạy điện hoặc hybrid, không chỉ tiết kiệm chi phí vận hành so với đổ xăng thông thường mà còn góp phần phát triển ngành công nghiệp EV bền vững. 

Trong giáo dục và nghiên cứu

Sự phát triển của năng lượng tái tạo thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển các giải pháp khai thác tiềm năng vô hạn của nguồn năng lượng này, từ đó tạo ra các ngành nghề mới, lĩnh vực mới, cũng như phát hiện được các ứng dụng mới của năng lượng tái sinh. 

Trong sinh hoạt

Năng lượng tái tạo đang hiện diện thường xuyên hơn trong cuộc sống hàng ngày, thông qua việc sử dụng điện từ các tấm pin năng lượng mặt trời để đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng… 

Như vậy, sử dụng năng lượng tái tạo trong các ngành kinh tế và đời sống sinh hoạt hàng ngày đang trở thành bước ngoặt để thế giới chuyển đổi sang một tương lai sạch hơn và bền vững hơn. 

Phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam

Trong khoảng 10 năm tới, tốc độ tăng trưởng của lĩnh vực năng lượng tái tạo ở Việt Nam dự kiến đạt 20%. Tính riêng điện gió và điện mặt trời, 2 ngành này có thể đóng góp từ 70-80 tỷ USD vào GDP cả nước, đồng thời tạo ra khoảng 105 nghìn việc làm cho người lao động. 

Đánh giá này dựa trên tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam là rất lớn. Cụ thể, Việt Nam có tổng số nắng lên đến 2.500 giờ/năm, với tổng lượng bức xạ hàng năm đạt 230-250 kcal/cm2, rất thuận lợi để khai thác nguồn năng lượng mặt trời. Ngoài ra, 39% diện tích nước ta có tốc độ gió trung bình năm ở độ cao 65m lớn hơn 6m/s, quy đổi thành tổng công suất 512 GW, cho thấy tiềm năng về điện gió cũng vô cùng phong phú. Bên cạnh đó, điện sinh khối, địa nhiệt cũng là 2 nguồn năng lượng tái tạo có thể khai thác tốt. 

Theo cam kết của Thủ tướng Chính phủ tại COP26, Việt Nam sẽ đạt mức phát thải ròng về 0 vào năm 2050. Do vậy, phát triển năng lượng tái tạo không chỉ là xu hướng mà đã trở thành yêu cầu bắt buộc. Trước mắt, việc chuyển đổi từ xe xăng sang xe điện, trong đó khuyến khích mô hình trạm sạc năng lượng mặt trời chính là giải pháp sử dụng năng lượng tái tạo hiệu quả ở nước ta.

Câu hỏi thường gặp về năng lượng tái tạo

Câu hỏi 1: Năng lượng tái tạo có phải là năng lượng sạch, năng lượng xanh không?

Trả lời: Thực tế, 3 thuật ngữ này thường được sử dụng chuyển đổi với nhau nhưng vẫn có sự khác biệt về bản chất giữa năng lượng sạch, năng lượng xanh và năng lượng tái tạo. Cụ thể: 

• Năng lượng sạch tạo ra điện không phát thải nhưng quá trình sản xuất, bảo trì có thể phát sinh “chi phí carbon”.
• Năng lượng xanh có nguồn gốc hoàn toàn từ tự nhiên, thường tác động thấp hoặc gần như không tác động đến môi trường trong quá trình tạo ra và sử dụng. 
• Trong khi hầu hết các nguồn năng lượng xanh đều có thể tái tạo thì không phải nguồn năng lượng tái tạo nào cũng được tính là năng lượng xanh. 

Câu hỏi 2: Năng lượng tái tạo có phải là năng lượng bền vững không?

Trả lời: Trên lý thuyết, năng lượng tái tạo có thể được coi là năng lượng bền vững do tác động tích cực của nguồn năng lượng này đến sự tồn tại của con người. Tuy nhiên trong thực tế, có một số nguồn năng lượng tái tạo không được xếp vào năng lượng bền vững như năng lượng sinh khối là nguyên nhân gây ra nạn phá rừng. 

Câu hỏi 3: Nhược điểm lớn nhất của năng lượng tái tạo là gì?

Trả lời: Năng lượng tái tạo có nhược điểm lớn là tính không liên tục. Ví dụ, năng lượng mặt trời thường chỉ thu được vào ban ngày, lý tưởng nhất là những ngày không mây, sản lượng gió có thể thay đổi đáng kể theo ngày hoặc theo tháng. Điều này đặt ra thách thức đối với các cơ sở kinh doanh, sản xuất khi thoát ly khỏi lưới điện quốc gia bởi điện mặt trời, điện gió có khả năng sẽ không cung cấp đủ năng lượng trong điều kiện thời tiết không thuận lợi.

Giải pháp hiệu quả nhất được áp dụng hiện nay là tích hợp điện từ năng lượng tái tạo với điện từ nhiên liệu hóa thạch của các nhà máy điện, giúp các doanh nghiệp, nhà máy chuyển đổi linh hoạt giữa các nguồn điện khác nhau. Hoặc có thể sử dụng hệ thống pin lưu trữ dạng lớn để cấp điện vào những ngày mưa bão, thiên tai nhưng giải pháp này khá tốn kém.