Năng lượng và phát triển bền vững
KS Đặng Đình Cung , Kiều bào Pháp

Phát triển bền vững là một chiến lược phát triển kinh tế xã hội nhằm thỏa mãn nhu
cầu hiện nay mà không làm nguy hại đến khả năng những thế hệ sau đáp ứng được
nhu cầu của họ. Một vế của chiến lược bền vững là cung ứng và tiêu thụ năng
lượng. Làm gì để vẫn còn có thể tiếp tục cung ứng nă
ng lượng khi những nguồn
năng lượng không tái tạo sẽ cạn và tiêu thụ năng lượng ra sao để không vi phạm
quá đáng đến môi trường tự nhiên ?
Trong bài này, chúng tôi xin mang một số yếu tố đóng góp vào giải đáp vấn đề này
bằng cách trình bày những nguồn năng lượng và những công nghệ hiện có hay
đang được khai triển để đối phó với triển vọng những nguồn năng lượng hóa thạch
m
ột ngày nào đó sẽ không còn nữa. Chúng tôi chỉ trình bày những giải pháp khả
thi trên phương diện kinh tế kỹ thuật và hậu quả của chúng.
Những số liệu chúng tôi dẫn chứng và dùng để tính và vẽ các họa đồ trong bài này
do EIA ( Energy Information Administration, Sở Thông tin Năng lượng ) , IEA (
International Energy Agency, Cơ quan Năng lượng Quốc tế ), UNEP ( United
Nations Environment Program, Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc ) và
WEC cung cấp. Chúng tôi cập nhật kinh nghiệm cá nhân về năng lượng từ những
sách giáo khoa mớ
i được xuất bản, từ những thông số kỹ thuật do ADEME (
Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, Cơ quan môi trường và
Tự chủ Năng lượng ) và IFP ( Institut Français du Petrole, Viện Năng luong Dầu
Pháp ) cung cấp và, chủ yếu, từ báo cáo "2007 Survey of Energy Resources" của
WEC ( World Energy Council, Hội đồng Năng lượng Thế giới ) .
Các sách báo chuyên môn dùng nhiều đơn vị năng lượng khác nhau. Để tiện việc
so sánh và để dùng một đơn vị nhiều người biết đến và quen dùng, trong bài này
chúng tôi chuyển nh
ững số liệu đã được công bố sang đơn vị TWh (têra watt giờ,

trong những giai đoạn biến chế hay vận chuyển.
Có loại dạng năng lượng cùng một lúc được coi là năng lượng cơ
bản và năng
lượng trung gian hay năng lượng khả dụng. Khí tự nhiên là một năng lượng cơ bản,
khi đã được nén và làm lỏng để đốt trong một lò hơi để sản xuất điện và hơi nước
nén thì gọi là năng lượng trung gian và khi đã được mang tới nhà để dùng trong
nhà bếp hay lò sưởi thì gọi là năng lượng khả dụng. Và cũng có nhiều loại năng
lượng vừa đượ
c coi là năng lượng trung gian vừa được coi là năng lượng khả dụng.
Điện là năng lượng trung gian vì được sản xuất từ một lò phản ứng hạt nhân hay
một lò hơi cổ điển nếu dùng để nạp điện một bình ắcquy và được coi là năng lượng
khả dụng nếu dùng để chạy một động cơ hay nung một lò sưởi.
Phân biệt dạng năng lượng nào là năng lượng cơ bản, dạng nào là năng lượng trung
gian và d
ạng nào là năng lượng khả dụng là một việc cốt yếu để nghiên cứu tính
khả thi của một hệ thống sản xuất và tiêu thụ năng lượng.
Nhu cầu năng lượng cơ bản của nhân loại tăng đều đặn 2,1 phần trăm mỗi năm từ
năm 1996 để đến năm 2005 dạt 454 Quad ( 133400 TWh ). Sau khi tiêu hao trong
những quy trình biến chế thì chỉ còn có 314 Quad (92000 TWh) năng lượng khả
dụng.
Bảng 1 cho thấy những khác biệt giữa khối lượng các năng lượng cơ bản và năng
lượng khả dụng. Tỷ dụ :
• Một phần lớn của 33800 TWh than đã được dùng để sản xuất điện, khí đốt, dầu
tổng hợp và những nguyên liệu của ngành hóa chất nên chỉ còn lại có 7700 TWh
than đã được thanh lọc và hợp cách ở dạng năng lượ
ng khả dụng,
• Tất cả uranium U-235 đã được biến đổi thành hơi nước và, sau đó, một phần nhỏ
hơi nước đã được dùng ở dạng năng lượng khả dụng và phần lớn còn lại dùng để
sản xuất điện qua một tuabin hơi nên không có uranium ở dạng năng lượng khả
dụng,

Nhiệt năng 9 3137 0 0
Tổng cộng 133370 92013 809 526
Khi tính hiệu suất một năng lượng thì phải tính hiệu suất năng lượng của mỗi khâu
chế biến từ những dạng năng lượng cơ bản khởi đầu qua những dạng trung gian
cho đến dạng khả dụng.
Tỷ dụ hiệu suất một lò sưởi điện không phải là 100 phần trăm mà phải bằng hiệu
suất nhà máy điện nhân với hiệ
u suất mạng tải điện từ nhà máy đến nơi tiêu dùng.
Tải điện có thể làm mất đến 10/15 phần trăm điện phát từ nhà máy. Một nhà máy
thủy điện có hiệu suất 90/95 phần trăm, nhưng một nhà máy điện hạt nhân chỉ bằng
khoảng 30 phần trăm. Như vậy một động cơ gia dụng như máy rôbốt xay và băm
thực phẩm ch
ỉ có hiệu suất 10/20 phần trăm nếu điện được sản xuất từ một nhà
máy nhiệt điện và tối đa 80 phần trăm nếu điện được sản xuất từ một nhà máy thủy
điện.
Cũng như thế, khi tính ô nhiễm của một dạng năng lượng thì phải tính ô nhiễm
sinh ra từ mỗi giai đoạn chế biến dẫ
n đến dạng năng lượng khả dụng. Tỷ dụ nói
rằng xe ôtô chạy bằng pin nhiên liệu hydrô không ô nhiễm khí quản vì chỉ thải ra
có hơi nước là không đúng. Những xe ôtô loại này chưa chắc gì sẽ thân thiện với
môi trường hơn xe thuần túy động cơ nhiệt chạy bằng sản phẩm dầu hiện đại. Cho
tới nay người ta sản xuất khí hydrô bằng phương pháp cải hóa khí methan bằng hơi
nước (steam reforming of natural gas). Phương pháp này sinh ra nhiều khí di oxyd
cacbon, một khí gây ra hiệu ứng nhà kính. Hơi nước cũng là một khí gây ra hiệu
ứng nhà kính. Nếu tất cả những xe ôtô một thành phố chạy bằng pin hydrô thì một
lượng hơi nước lớn sẽ sinh ra một cách tập trung ở gần mặt đất và ở nơi đông dân
cư. Chưa ai biết hơi nước này sẽ ảnh hưởng đến điều kiện sinh sống và sứ
c khỏe
dân chúng ra sao.
Trữ lượng

thác còn lại
22 91 4 ?
(*) Với giá thị trường 130 USD/kg
Trữ lượng ghi trên bảng 2 là những trữ lượng đã được chứng minh và đã được
công bố, nghĩa là không kể đến những trữ lượng tiềm tàng chưa được phát hiện và
những trữ lượng mà các công ty mỏ và các quốc gia thường giấu không công bố.
Những đối tác này thường công bố những số liệu về trữ lượng của họ một cách
không trung thực để có thế mạnh khi thương lượng những hợp đồng cung ứng
năng lượng. Những thông tin về trữ lượng uranium thường sai hơn là thông tin về
trữ lượng những năng lượng hóa thạch. Ngoài ra, uranium được khai thác để đầu
cơ nhiều hơn là để đáp ứng nhu cầu tr
ước mắt. Do đó, những số liệu về trữ lượng
thực ra không chính xác. Tỷ dụ, tờ Oil & Gas Journal ước lượng trữ lượng dầu thô
của Bắc Mỹ là 213 tỷ thùng còn theo tờ World Oil thì trữ lượng đó chỉ bằng 46 tỷ
thùng. Hai ước lượng của khác nhau tới 153 phần trăm (bảng 3).
Bảng 3 – Ước lượng về trữ lượng dầu thô và khí tự nhiên của hai tờ báo chuyên
môn (EIA)
Vùng và
lãnh thổ
Dầu thô Tỷ
thùng
Dầu thô Tỷ
thùng
*
Khí tự
nhiên Nghìn
tỷ feet khối
*
* A B Sai biệt (%) A B
Sai

bằng những năng lượng hóa thạch sang những áp dụng chạy bằng điện và ngành
điện hạt nhân vẫn tiếp tục dùng uranium với công nghệ PWR (Ressurized Water
Reactor, Lò Phản ứng Nước Nén).
2. Trữ lượng của mọi khoáng vật tùy ở giá th
ị trường thế giới. Trữ lượng trên bảng
2 là trữ lượng tính theo giá dầu năm 2005. Bây giời giá dầu thô lên đến hơn 120
USD một thùng. Với lợi nhuận cao hơn, những hãng mỏ quốc tế có thể tìm kiếm
và khai thác thêm những mỏ nhỏ hơn, có hàm lượng khoáng sản thấp hơn, nằm sâu
hơn dưới mặt đất, ở xa bờ biển hơn và khai thác tốn kém hơn. Tỷ dụ, người ta đ
ã
biết trước rằng dưới đáy biển Bắc Hải, giữa Tô Cách Lan và Na Uy, có dầu. Nhưng
phải chờ đến khi giá dầu tăng mạnh vào những năm 1970 để những hãng dầu đầu
tư vào những dàn khoan dầu ở giữa biển và biến vùng biển Bắc Hải này thành một
"Trung Đông thứ hai". Trữ lượng uranium trên thế giới là 3 297 nghìn tấn nếu một
kilô uranium trị giá 130 USD nhưng sẽ chỉ là 1 947 nghìn tấ
n nếu một kilô
uranium trị giá dưới 40 USD.
3. Nhịp tiêu thụ cũng tùy ở giá năng lượng trên thị trường quốc tế. Khi giá năng
lượng tăng thì nhịp tiêu thụ năng lượng giảm. Những đối tác tiêu thụ năng lượng sẽ
tìm cách tiết kiệm bằng những phương pháp tăng hiệu suất, chuyển sang một loại
năng lượng khác rẻ hơn hay chuyển sang một công nghệ tiêu thụ ít n
ăng lượng
hơn. Năng lượng tiết kiệm đó sẽ trở lại thị trường làm giảm nhịp khai thác năng
lượng.
4. Những lò phản ứng hạt nhân hiện đại chỉ tiêu thụ đồng vị uranium U 235, nghĩa
là 0,7 phần trăm những hạt nhân uranium tự nhiên. Với những công trình nghiên
cứu phát triển đang được tiến hành, trong hai chục ba chục năm nữa thì có thể tận
dụng
được tất cả những hạt nhân uranium tự nhiên và khai thác thêm tiềm năng của
những hạt nhân thorium. Lúc đó nhân loại có thể lùi tới hơn một chục thế kỷ thời

t triệt để than đã
được đẩy vào trong lò đốt. Do đó những cơ sở tiêu thụ than thải ra nhiều bụi, tro và
những khí có hiệu ứng nhà kính, đặc biệt khí di oxyd cacbon. Một nhà máy điện
than 1.000 MWe mỗi năm thải ra 7 triệu tấn di oxyd cacbon, 200.000 tấn di oxyd
sulfur và 200.000 tấn tro xỉ. Nhờ những chương trình nghiên cứu phát triển đang
được tiến hành, chương trình công nghệ than sạch (CCT, Clean Coal Technology),
các chuyên gia hy vọng sẽ mau chóng cải thiện tình trạng tồi tệ này.

Dầu thô được lọc thành những nhiên liệu kerozen, dầu xăng, dầu diezen và những
dầu đốt khác trước khi đưa vào sử dụng. Vì là một chất lỏng đã được lọc trước nên
những sản phẩm dầu cháy kỹ hơn than trong những lò đốt. Tuy nhiên, 60 phần
trăm dầu dùng cho giao thông vận tải và một nửa lượng sản phẩm dầu dùng cho
giao thông vận tải được đốt trong những máy nổ các phươ
ng tiện giao thông cá
nhân tập trung ở thành thị. So với những máy nổ dùng trong công nghiệp, những
máy nổ của các phương tiện giao thông vận tải có hiệu suất năng lượng rất kém. Vì
lẽ đó, ô nhiễm ở những thành thị chủ yếu bắt nguồn từ những sản phẩm dầu đốt
trong những phương tiện giao thông vận tải.
Khí tự nhiên được làm lỏng để có thể dược chở đến nơi tiêu thụ. Khi qua khâu làm
lỏng những chất bần tách ra khỏi khí methan và khí trở
thành một khí tinh khiết khi
ở dạng năng lượng khả dụng7. Tỷ dụ, nhờ khí tự nhiên Lacq (miền Tây Nam nước
Pháp) có nhiều lưu huỳnh, Pháp là nước sản xuất nhiều lưu huỳnh nhất thế giới
trong tất cả những năm mỏ Lacq được khai thác. Vì đưa vào sử dụng ở dạng tinh
khiết, khí tự nhiên là nguồn năng lượng hóa thạch cháy hữu hiệu nhất, ô nhiễm ít
nhất và hi
ện được ưa chuộng nhất trong mọi áp dụng.
Ngoài việc tài nguyên sẽ cạn, những chuyên gia lo ngại tiếp tục nếu đốt năng lượng
hóa thạch thì sinh ra khí có hiệu ứng nhà kính với hậu quả là biến đổi khí hậu. Để
đối phó với sự tăng sinh những khí có hiệu ứng nhà kính người ta nghĩ đến chuyện

thường dân sợ ảnh hưởng của năng lượng hạt nhân. Cho tới những năm gần đây,
sau những tai nạn Three Mile Island và Tchernobyl và dưới sự áp lực của dư luận,
không có một nhà máy điện hạt nhân nào được xây thêm nữa ở
những nước Tây
Âu. Điều này không ảnh hưởng mấy đến phát triển kinh tế thế giới nhờ giá những
năng lượng hóa thạch đã xuống rất thấp. Nhưng gần đây, đặc biệt ở các nước Á
Châu, có xu hướng muốn khai triển lại nguồn năng lượng hạt nhân vì người ta
nhận thấy rằng :
• Giá những năng lượng hóa thạch tăng lên tột đỉnh,

• Dùng những năng lượng hóa thạch gia tăng hiệu ứng nhà kính của khí quản làm
biến đổi khí hậu,
• Tai nạn Three Mile Island đã được kiềm chế dễ như là kiềm chế một tai nạn công
nghiệp thường khác, không có tử vong, không có thương vong và không có hậu
quả lâu dài gì về an toàn của dân chúng địa phương,
• Tai nạn Tchernobyl rút cục chỉ là hậu quả những người thiết kế và điều hành nhà
máy cũng như
lãnh đạo Nhà Nước Liên Xô vô trách nhiệm chứ không phải là do
bản tính rủi ro của năng lượng hạt nhân.
Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị
Thiết kế một hệ thống năng lượng không phải chỉ là một vấn đề kỹ thuật mà bao
gồm cả những vấn đề tài chính và địa dư chính trị.
Đặc điểm của những năng lượng c
ơ bản là những phương tiện chuyển chở, thuyên
chuyển, xử lý và lưu trữ đều là là những phường tiện chuyên môn, nghĩa là không
thể dùng được vào việc khác. Một nhà máy lọc dầu chỉ có thể lọc dầu thô chứ
không thể lọc được dầu khác. Một nhà máy lọc dầu được thiết kế để lọc một cách
tối ưu một loại dầu thô có một số đặc đ
iểm vật lý và hóa học nhất định. Nhà máy
có thể lọc một loại dầu khác nhưng sẽ có hiệu suất kém hơn. Một ống dẫn khí chỉ

mỏ dầu ở Trung Đông đã được khai thác liên tục từ sau Thế chiến II cho tới nay.
Những nhà máy biến chế năng lượng có đời sống kỹ thuật tối thiểu là ba chục năm.
Những nhà máy điệ
n hạt nhân dự tính sẽ chạy trong bốn chục năm. Nhưng vì thấy
vẫn còn bền, chúng sẽ được sử dụng thêm hai chục năm nữa, tổng cộng sáu chục
năm.
Như thấy ở trên, những cơ sở hậu cần cho năng lượng lớn và không tương hợp với
nhau nên cần đến nhiều vốn. Mặc dù gần đây giá năng lượng lên thang mau, năng
lượng rút c
ục vẫn là một sản phẩm rẻ tiền. Một dự án năng lượng cần đến rất nhiều
vốn để sản xuất một thương phẩm sinh ra một lề thao tác (operational margin) nhỏ
nên phải chờ lâu mới hoàn được vốn. Trong ngành năng lượng, thời gian hoàn vốn
(payback time) này lâu tới hơn hai chục năm.
Vì thời gian hoàn vốn và đời sống kỹ thuật lâu, khi thiết kế một hệ th
ống hậu cần
cho ngành năng lượng thì phải tính tỷ số lợi nhuận dựa trên những dự báo kinh tế
kỹ thuật cho đến ba bốn chục năm hay hơn nữa. Những dự báo lâu năm như vậy
thường không chính xác. Dự báo làm sao cho thực tế nhất là nhân tố quan trọng
cho sự thành công hay thất bại của một dự án năng lượng. Cả về khả năng dự báo
kinh tế kỹ thuật và khả năng huy động vốn, chủ đầu tư dự án thường là một quốc
gia, với điều kiện quốc gia đó là một cường quốc công nghiệp, hay một tập đoàn
năng lượng tầm vóc quốc tế. Những tiểu quốc có tài nguyên năng lượng chỉ có thể
bán tài nguyên của mình cho một cường quốc công nghiệp hay cho một tập đoàn
siêu quốc gia.

Như mọi nguồn khoáng sản, nưng lượng cơ bản đặt ra vấn đề địa dư chính trị : có
nước có tài nguyên, có nước có nhu cầu, có nước có cả hai và có nước thiếu cả hai.
Trên thế giới có ít quốc gia có tài nguyên về một năng lượng cơ bản đủ để đáp ứng
nhu cầu nội địa của họ. Tình trạng này đặt ra vấn đề chuyển vận những năng l
ượng

ước hay đã ký nhưng đã rút lui,
• Một số nước có đủ kiến thức công nghệ và đủ thiết bị công nghiệp để có thể mau
chóng sản xuất vũ khí hạt nhân khi cần đến.
Phản ứng của cộng đồng thế giới tùy ở thái độ của Hoa Kỳ đối với nhữ
ng nước đó.
Nam phi và Libya chịu áp lực không nổi đã phải ký hiệp ước. Israel, Pakistan và
Ấn độ đã khai triển thành công vũ khí hạt nhân thì được coi như là việc đã rồi.
Những tiểu quốc như Triều Tiên và Iran thì bị cấm vận kể cả về những sản phẩm
và dịch vụ không dính líu gì đến năng lượng hạt nhân.
1. IEA (International Energy Agency, Cơ quan Năng lượng Quốc tế) là một bộ
ph
ận của OECD (Organization for Economic Co operation and Development, Tổ
chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế). Bộ phận này làm tư vấn cho 27 thành viên của
OECD trong việc bảo đảm nguồn cung ứng năng lượng đáng tin cậy, phải chăng và
sạch. Địa chỉ Internet :
EIA (Energy Information Administration, Sở Thông tin Năng lượng) là một bộ
phận của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Địa chỉ Internet :
UNEP (United Nations Environment Program, Chương trình Môi trường Liên hiệp
quốc) là một bộ
phận của Liên hiệp quốc. Địa chỉ Internet :
WEC (World Energy Council, Hội đồng Năng lượng Thế giới) là một tổ chức bao
gồm gần một trăm quốc gia với mục đích xúc tiến việc cung ứng và sử dụng bền
vững tất cả các loại năng lượng để mang lại nhiều lợi ích nhất cho mọi người. Địa
chỉ Internet : www.worldenergy.org/.
2. ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, Cơ quan
môi trườ
ng và Tự chủ Năng lượng) là một bộ phận của chính phủ Pháp. Địa chỉ
Internet : www2.ademe.fr.
IFP (Institut Français du Petrole, Viện Năng luong Dầu Pháp) là một trường kỹ sư
và một trung tâm nghiên cứu Pháp.

thông,
Sinh khối cellulo sợi gồm gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị, phụ phẩm và phế liệu chế
biến gỗ, phế liệu chế biến thực phẩm, phần hữu cơ của rác đô thị,… Nhân loại đã
biết dùng những nguồn năng lượng này từ thời thượng cổ rồi. Tiềm năng năng
lượng từ gỗ là 5 600 đến 6 000 TWh mỗi năm, trong đó 5 000 TWh dướ
i dạng củi
gỗ và 400 TWh dưới dạng than củi. Vì cung ứng những nguồn năng lượng này ít
qua những kênh thương mại nên ước tính tiềm năng của chúng không được chính
xác. Ngoài việc đốt củi hay than củi để thổi cơm và đun nước sinh khối cellulo sợi
được đốt, đơn độc hay phụ trợ cho những năng lượng khác, để sản xuất điện và hơi
nước. Nhiều đô th
ị các nước công nghiệp được cung ứng nước nóng gia dụng nhờ
những lò đốt rác đô thị. IEA ước tính, năm 2005, 135 TWh điện đã được sản xuất
từ sinh khối rắn, 23 TWh từ rác đô thị và 25 TWh từ những nguồn sinh khối rắn
khác.
Sinh khối có glucid gồm những hạt ngũ cốc, củ cải đường, mía đường,… Chúng
được tiêu hóa dị khí (anaerobic digestion), ươm men, chưng cất hay thủy phân acid
(acid hydrolysis) để
biến thành khí, chủ yếu khí methan, dùng làm năng lượng.
Chúng tham gia vào việc cung ứng năng lượng cho gia đình, cho những cộng đồng
nhỏ. Sau khi được lọc kỹ, khí methan có thể được chộn vào mạng phân phối khí
đốt đô thị.
Sinh khối chứa dầu gồm cây cải dầu, dừa dầu, hoa hướng dương,… Dầu của những
thực vật này được ép và lọc để biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiên liệu lỏ
ng này có
thể được dùng nguyên chất hay pha trộn với sản phẩm dầu trong ngành giao thông
vận tải.
Ô nhiễm
Đốt phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị là một phương pháp
hủy chúng để bảo vệ môi trường tự nhiên. Người ta còn sáng chế nhiều phương

lượng đặt ra vấn đề chọn lựa chính trị : cung ứng lương thực hay cung ứng năng
lượng cho nhân loại. Cho tới nay những chuyên gia chưa nhất trí.
Thủy năng
Tiềm năng
Bảng 4 trình bày tiềm năng của thủy năng. Nhờ quan sát vệ tinh, những số liệu trên
bảng này chính xác hơn những số liệu về năng lượng không tái tạo của bảng 2.
Bảng 4 – Tiềm năng và công suất của thủy năng (WEC, 2005)