"Chúng ta đang sống ở một thế giới chìm đắm trong nguồn năng lượng lớn hơn gấp 5000 lần so với mức chúng ta có thể tiêu thụ" - đó là nhận định của Peter Diamandis, CEO tập đoàn Zero Gravity, một công ty hàng không của Hoa Kỳ.

Trên thực tế, năng lượng luôn là một bài toán nan giải với mọi quốc gia. Nhân loại đã tìm cách tạo ra năng lượng từ than đá, rồi dầu mỏ và khí đốt. Nhưng đó đều là những tài nguyên hữu hạn - nghĩa là sẽ đến lúc bị cạn kiệt, đồng thời gây ra nhiều tác hại đến môi trường. Chính bởi vậy, chúng ta phải tìm đến những nguồn năng lượng khác, xanh hơn, bền vững hơn. Là gió, nước, Mặt trời, và cả năng lượng hạt nhân.

Trở lại với nguồn năng lượng gấp "5000 lần mức nhân loại tiêu thụ" mà Diamandis nói đến, nó chính là năng lượng Mặt trời. Nhưng tại sao với một nguồn cung dồi dào như thế, nhân loại vẫn phải chật vật vì năng lượng?

Để thu được năng lượng từ ngôi sao chủ của Thái dương Hệ, chúng ta cần đến các tấm quang năng (solar panel - pin Mặt trời), và đặt chúng ở những nơi có nhiều ánh sáng nhất. Và trong số những nơi có nhiều ánh sáng nhất, hẳn phải kể đến sa mạc Sahara.

Thực ra thì chẳng cần đến 5000 lần. Mỗi ngày, lớp cát trên sa mạc Sahara có thể đạt đến nhiệt độ 80 độ C. Với diện tích trải dài tới 9 triệu kilomet vuông, nó tiếp nhận khoảng 22 triệu terawatt (1 terawatt = 1 tỉ kilowatt) năng lượng từ Mặt trời mỗi năm. Con số này lớn hơn mức con người có thể tiêu thụ tới 100 lần, vậy là quá đủ rồi.

Vậy câu hỏi là, tại sao không phủ pin Mặt trời lên bề mặt sa mạc Sahara? Như vậy chẳng phải bài toán năng lượng sẽ được giải quyết mãi mãi hay sao?

Mọi chuyện phức tạp hơn bạn tưởng

Các tấm quang năng hoạt động khi các phân tử ánh sáng chạm vào bề mặt, mang đến năng lượng đủ để đẩy các electron ra khỏi liên kết ổn định. Electron sau đó sẽ tìm cách ổn định trở lại, và quá trình ấy sẽ tạo ra điện.

Với công nghệ ngày càng phát triển, pin Mặt trời ngày nay đang chạm đến thời kỳ đỉnh cao. Bằng lớp phủ cho phép nhiều phân tử ánh sáng va chạm với electron hơn, cùng sự phát triển của chuỗi cung ứng toàn cầu, pin Mặt trời có thể tạo ra nhiều năng lượng nhất từ trước đến nay với mức giá thấp hơn 89% so với 1 thập kỷ trước. Và qua đó, Mặt trời trở thành nguồn điện năng rẻ tiền nhất thế giới.

Nhiều quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập, Mỹ... đã tìm cách đưa pin Mặt trời vào sa mạc, với diện tích dao động từ 15 - 55 kilomet vuông. Ở thời điểm Mặt trời đứng bóng, các tấm pin này sẽ tạo ra điện đủ để cung cấp cho hàng trăm ngàn dân.

Tuy nhiên, những "trang trại Mặt trời" này có một vấn đề: chúng nóng khủng khiếp. Những sóng ánh sáng mà pin không thể chuyển hóa sẽ bị hấp thụ dưới dạng nhiệt năng, qua đó làm giảm hiệu quả của pin Mặt trời. Họ phải sử dụng một nguồn năng lượng lớn để vận hành các thiết bị làm mát - như quạt gió hoặc dẫn nước - nhưng lượng nhiệt tại các trang trại này vẫn lớn hơn rất nhiều so với cát tự nhiên.

Ở các trang trại Mặt trời ngày nay, vấn đề này không đến nỗi quá khó giải quyết. Nhưng nếu nhân rộng quy mô lên cỡ sa mạc Sahara, câu chuyện sẽ trở nên khác biệt, bởi nhiệt độ khủng khiếp trên sẽ tạo ra thay đổi lớn với khí hậu của cả khu vực. Các nhà máy điện Mặt trời vốn đã có ảnh hưởng nhất định với hệ sinh thái, nhưng ở quy mô lớn như Sahara, nó thậm chí có thể thay đổi toàn bộ cảnh quan của sa mạc và gây ra những ảnh hưởng cực lớn đến khí hậu.

Nói cách khác, phủ kín Sahara bằng pin Mặt trời là một câu chuyện... hoang đường.

Pin Mặt trời không phải là giải pháp duy nhất

Một số nhà máy điện Mặt trời trên thế giới đã thử một cách tiếp cận khác với nguồn năng lượng này, bằng việc sử dụng những tấm gương khổng lồ.

Như nhà máy năng lượng Noor tại Morocco đã phủ gương lên một phần diện tích khoảng 30 kilomet vuông của Sahara để thu năng lượng. Cơ chế của nó là phản lại ánh sáng vào một cột thu ở trên cao, có vai trò chuyển nhiệt năng thành điện. Dĩ nhiên, những tấm gương khổng lồ vẫn tạo ra thay đổi về nhiệt độ khá nguy hiểm cho động vật hoang dã, nhưng rủi ro thay đổi cảnh quan sa mạc thì thấp hơn rất nhiều.

Ngoài ra do đi từ nhiệt năng, các nhà máy điện kiểu này cần thời gian để làm nguội, nghĩa là vẫn có thể sản sinh năng lượng ngay cả khi tối trời.

Điện Mặt trời không đơn giản chỉ là đặt tấm pin lên là xong

Dù dùng pin hay gương, các nhà máy điện Mặt trời thực chất khá dễ lắp đặt để phù hợp với cơ sở hạ tầng năng lượng hiện có. Tuy nhiên, việc phân phối số điện này theo điện lưới lại là một bài toán khác mà chúng ta chưa giải được.

Đến nay, một số quốc gia đang tìm cách tạo ra mạng lưới điện kết nối toàn cầu. Một số trang trại thì trữ điện vào các bình ắc-quy khổng lồ, hoặc chuyển nó thành khí đốt sạch để sử dụng về sau. Dẫu vậy, đây đều là kỹ thuật có mức giá khá đắt đỏ, chưa hiệu quả trong thực tế.

Việc tạo ra pin Mặt trời cũng không hẳn là một quá trình "sạch", khi nó phải dựa vào việc khai thác tài nguyên gây hại cho môi trường - cụ thể là đất hiếm - và quy trình vận chuyển sản sinh quá nhiều carbon của chuỗi cung ứng toàn cầu.

Nhưng thật may, điện Mặt trời có thể tồn tại ở nhiều quy mô khác nhau, từ các trang trại khổng lồ đến quy mô hộ gia đình nhỏ lẻ. Những dự án lắp điện Mặt trời ở nông thôn có thể tạo ra một nguồn năng lượng bổ sung cho điện lưới người dân đang sử dụng. Và bởi pin Mặt trời được cấu tạo với ít thành phần, việc lắp đặt hay thay thế cũng đều sẽ rất nhanh chóng.

Trên thực tế, sự linh hoạt này cũng là lý do vì sao điện Mặt trời đã rẻ đi rất nhiều và gia tăng mức phổ biến suốt 1 thập kỷ qua.

Nguồn: Ted-Ed