Cách Mạng Công nghệ Thứ Hai ?

( chiếu theo Khoa học Phổ thông- Popular Science số tháng 7 năm 2009 )

Cuối tháng 6 năm 2009 , quốc hội Hoa Kỳ đã chấp thuận với một vài dung hòa chương trình phát triễn năng lượng tương lai cho Hoa Kỳ của  chánh quyền Obama,  mà tác giả chánh là bộ trưởng bộ Năng lượng Hoa Kỳ, dân Mỹ gốc Tàu , Steven Chu, người đã đoạt giải Nobel vật lý  học và là người tranh đấu không hề nao núng tí nào cho việc thay đổi khí hậu . Mục tiêu cuối cùng của hành động thay đổi  nghiêm túc khí hậu, theo Chu, là kích thích  một cuộc Cách Mạng Công Nghệ Thứ Hai.  Dự luật muốn thực hiện những phương cách  theo thời gian nghị trình sau đây : năm 2011 sẽ  khởi sự bán đấu giá mỗi tứ cá nguyệt tài trợ các khí nhà kiếng ; năm 2020 , 20% điện ở Hoa Kỳ sẽ là nguồn tái sinh; năm 2023  tổng số phát thải  CO₂  từ các nhiên liệu chuyên chở  phải hạ thấp  5%  so với các mức 2005  ;năm 2025 phát thải các nhà máy điện chạy than đá không được quá 1 100 cân Anh một megawatt- giờ; năm 2030  phát thải khí nhà kiếng  phải ít hơn 42 % mức 2005 ; năm 2039 hydrofluorocarbons phải xuống mức 85 % ít hơn các mức năm 2006 ;năm 2050 mọi phát thải phải đạt mục tiêu cuối cùng là 83 % ít hơn các mức 2005 .

             Steven Chu năm nay 61 tuổi, cha mẹ sinh trưởng ở Trung Quốc , nhưng di cư sang Hoa Kỳ tiếp tục nghiên  cứu ở MIT. Chu là con trai thứ hai trong ba con trai của ông bà Chu.  Cả 3 anh em dòng họ Chu này,  đều có bằng cấp tiên tiến  của Harvard, Yale, MIT, Berkeley và UCLA.  Chánh quyền Obama đã dành cho Chu  một ngân khoản to lớn để hoạt động . Ngân sách Bộ Năng lượng Hoa Kỳ - DOE năm 2010  chỉ là  26.3 tỉ đô la, tăng khiêm tốn 5 % so với ngân sách chánh quyền Bush cấp cho DOE . Nhưng Chu còn được tài trợ thêm 36 tỉ đô la theo ngân qủi khích lệ -stimulus fund . Tổng cọng ngân sách bộ DOE  tăng trên 250%. Hành động đầu tiên của bộ trưởng Chu là  tuyên bố cấp 1.2 tỉ đô la  cho các dự án khảo cứu và xây cất cho các la bô quốc gia ( Hoa Kỳ ) tỉ như Lawrence Berkeley.  Năm 1997,  cả ba nhà vật lý học  khảo sát  các nguyên tử  « tẩm « lạnh - cooling atoms chia se giải Nobel về vật lý học.  Hai nhà vật lý kia là William Phillips thuộc Viện Quốc Gia Hoa Kỳ  về Mẩu Mực và Kỷ thuật - National Institute of Standard  and Technologies   và Claude Cohen Tannoudji  của Trường Sư Phạm Cao Đẳng - Ecole Normale Superieure ở Paris. Còn Chu làm khám phá ở La Bô Bell Labs  và sau đó ở Viện Đại học  Stanford.  Giai thoại khám phá đoạt giải Nobel của Chu xảy ra trong một cơn bảo tuyết nặng nề ở bang New Jersey.  Mọi người  đã ra về, trừ riêng Chu . ( một điều hiếm có ở Bells, vì  ai nấy đều có khuynh hướng  quây quần nhau,  bàn cải khoa học mọi giờ khắc ).  Và bổng nhiên, Chu nhận thức là thay vì chụp bắt một nguyên tử  và tẩm lạnh nó, bạn có thể  tẩm lạnh nguyên tử,  rồi mới chụp bắt nó  đã tẩm lạnh.

            Steven Chu luôn luôn thích thú kể ra những thời gian khoa học trong quá khứ đã giúp thế giới tránh khỏi tai ương thảm khốc toàn cầu . Ông hay  trích dẫn  công trình của hai nhà đoạt giải Nobel là Fritz Haber  và Carl Bosch đã phát minh ra  phương cách cố định nitrogen ( chất đạm  ) chế tạo công nghệ  phân bón đạm hóa học và nhà di truyền học thực vật Nornam Borlaug, phát triễn  các giống lúa mì lùn cao năng  kháng bệnh  cây và cao năng ( mở đầu sau đó  cho lúa gao loại Thần Nông 8 lùn 1964-67, cao năng, kháng bệnh cháy lá - đạo ôn nhiệt đới và cháy  bìa lá vi khuẩn… ). Công trình của họ  đã biến đổi nông nghiệp mễ cốc , cứu  hàng triều người khỏi  chết đói.  Chu tin tưởng sâu đậm là khoa học và kỷ thuật có thể  và phải  tạo ra một dịch vụ tương tự ngày nay .  Ông nói :  cuộc cách mạng công ( kỷ ) nghệ thứ nhất ( I )  giúp chúng ta chuyễn dịch từ sức lực cơ bắp, con người và động vật qua sức lực sử dụng  nhiên liệu căn cứ trên carbon.  Hậu quả không tiên liệu  , không cố ý , là ô nhiễm không khí,  như  sulfur dioxide , oxides nitrogen ,  chất liệu hat - particulate matter, mù sương - smog.  Và nay chúng ta cũng sử dụng khoa học để làm sạch chúng . Nhưng thật ra còn một vấn đề nghiêm trọng hơn nữa : cách nào chúng ta  có được năng lượng chúng ta xài theo phương cách sách carbon hơn !

             Nguồn Năng lượng Tương lai

            1-Điện Mặt Trời - Solar Power  

            «  Điện Mặt Trời «  không còn là  những pannen quang điện thô sơ - chunky  photovoltaic panels .  Một loạt dụng cụ đã biến ánh sáng mặt trời  thành một năng lượng sử dụng được , tỉ như  phim mỏng mặt trời , nhiệt mặt trời ,sưởi ấm mặt trời hay nhiều hơn thế nữa.  Dù dùng điện này  cho toàn thể một dinh cơ phát triền hay chỉ để sưởi ấm căn nhà bạn , tiềm năng của nó thật là đồ sộ.  Hiện nay Hoa Kỳ sản xuất 12.4 GW(  1gigawatts là  môt ngàn triệu, một tỉ watts ) , nhưng sẽ cần vào năm 2050 khoảng 2 000 GW điện mặt trời.  ( để so sánh đập Đa Nhim sản xuất 400 000 KW hay 400 triệu W- watts một năm ,  đập Sơn La sắp khánh thành sẽ có công xuất  2.5 triệu KW hay 2 ,5 GW)

             Thiếu thốn những nguồn năng lượng ít carbon,  có vẽ mâu thuẩn khi bạn  nghĩ đến một ngôi sao gần  trái đất  tắm tràn hành tinh chúng ta 85 000  terawatts ( một tera  là một ngàn giga hay một ngàn tỉ  watts ) năng lượng một năm. Lẽ dĩ nhiên là chúing ta phải chụp bắt  nguồn này . Google tài trợ.một e-Solar, một họa kiểu điện  mặt trời tương đối rẻ tiền  và dạng  hửu hiệu bằng cách lọc sạch  tập trung nhiệt mặt trời ( CST ) , trong đó những dàn trải  gương ( kính ) lớn  tụ điểm ánh sáng,  tạo ra nhiệt lượng và cuối cùng là điên.  Các nhà đề xướng  tỉ như Bill Gross , Tổng Gíám Đốc Điều hành e-Solar nói là CST  có thể làm cho điện mặt trời  cạnh tranh nổi tổn phí điện than đá,  trong vòng 10 năm tới . Đây là  điều duy nhất  có thể  làm được ở kích thước terawatts .

             Mẩu mực nhà máy điện e-Solar  đầu tiên, công xuất 5 megawatts,  tên gọi là Sierra  ở phía Đông Bắc thành phố  Los Angeles,  gồm 25000 tấm gương  thu thập ánh sáng mặt trời  chiếu trên  gần 10 ha  đất đai  và làm nóng  các đơn vị  nồi đun sôi đầy nước , đặt trên đỉnh các tòa tháp nhà.   Nhiệt độ nóng lên khoảng 850 độ F , sản xuất hơi nước,  chạy một tua bin  tạo ra điện

            CST  đã xuất hiện từ năm 1980 , nhưng trong thập niên 1990 , công chúng không mấy thích thú , cho nên  CST bị  bỏ ngũ say, đông miên .  Nay dân gian laại  thích thú lớn mạnh hơn trước, và CST đã thức giấc .Một CST  megawatts  mới đã được thiết lập   năm 2006 , và năm 2007 đã có  100 loại CST này .  Viện Chánh Sách  Đất Lành - Earth Policy Institute  dự đoán là  thế giới sẽ thiết lập  gấp đôi CST mỗi 16 tháng, từ con số 457 megawatts năm 2007  đến 6400  megawatts  năm 2012. Hoa Kỳ  có ít nhất là 13 nhà máy CST  giai đoạn dự tính tiên tiến .  Phương pháp e- Solar  tương đối rẽ,  khác các loại  cạnh tranh   sử dụng   những gương parabol   đặt hàng,  để chụp bắt ánh sáng măt trời từ mọi góc cạnh, trong khi e- solar  sử dụng  những gương nhỏ, dẹp, mỗi một gương  kích thước một màn hình tivi cở lớn .  Theo dõi bằng máy computer  giúp cho mỗi gương  tụ điểm  vào góc tối hảo  suốt ngày.  Gương này rất dễ chế tạo  và chỉ cần 2 nhân công  cột chúng vào dàn giáo nhẹ tại chỗ.  Esolar  tiêu chuẩn là một dàn trải  46-megawatts , đủ điện thắp 30 000 nhà Hoa Kỳ và chỉ choáng một phần  tư dặm Anh vuông không gian, cho nên hảng khỏi phải tranh tụng đất đai lôi thôi.  Sierra chỉ là một nhà máy trình diễn , nhưng tháng 2 / 2009 , eSolar đã ký  một thương thảo xây dựng một nhà máy 1146 megawatts  ở  Tây Nam Hoa Kỳ ,và một  số nhà máy tổng cọng là 1 gigawatt ở Ấn Độ .    

      2- Thủy điện

Thủy điện qui ước nghĩ đến  những đập lớn như đập Hoover Dam ở Hoa Kỳ , đập Tam Điệp Trung Quốc, đập Hòa Bình , đập Sơn La ở Việt Nam …  Nhưng thủy điện chỉ cung cấp  7% điện ở Hoa Kỳ hiện nay, đồng thời  gây ra  những tai hại sinh thái rộng lớn  trước và sau đập,  phải sư/ dụng  nguồn thủy điện không qui ước  chụp bắt năng lượng  từ các chuyễn động  sóng , sông và thủy triều.  Hoa Kỳ hiện nay sản xuất 31 GW   và cần đến năm 2050 67 GW thủy điện.

             Kỷ thuật cần theo dõi : điện thủy động học - hydrokinetic power.

              Tương lai thủy điện đang hình thành  sau dòng chảy từ một nhà máy thủy điện tiêu chuẩn ỏ Hastings , bang Minnesota , Hoa Kỳ.  Tuy nhiên đây  không phải là thủy điện mà là  điện thủy động học , tạo ra vì chuyễn động  của dòng nước chảy tự do.  Thiết lập mùa đông nhiệt độ -30^o F  và mở nút tháng giêng 2009 ,  nhà máy dẫn đạo  Hydro Green căn cứ ở thành phố Houston , bang Texas là  nhà máy dự trù chạy thủy động  học môn bài liên bang đầu tiên ở Hoa Kỳ. Tỉ như một tua bin gió dưới nước, nó sẽ sản xuất điện  bằng cách   sử dụng  dòng chảy tốc độ cao, phóng ra   từ một đập thủy điện  hiện hửu  để chạy  một  quạt 3 cánh , rộng  3.6 m .  Được xem như thể là  một thủy động học «  nước sông chảy - run-of-the river «    , kỷ thuật HydroGreen tương tự  các tua bin  được sử dụng   để dùng  làm điện thủy triều - tidal power ở Âu Châu ; ngoại trừ  nó được tối hảo  lên để hoạt động  trong nước chảy theo một chiều ( các tua bin thủy triều  dùng nước chảy vào và chảy ra   ) .  Để tạo điện  tiện nghi thích ứng , tua bin sẽ được phối hợp   thành những dàn trải .  Chúng còn  có thể sử dụng  trên các sông chảy tự do, nhưng  cặp đôi chúng v\ới  các đập thủy điện hiện hửiu  sẽ làm tiến trình  cấp môn bài  của Ủy Ban  Điều hòa Năng lượng Hoa KỲ dễ dàng hơn  và cung cấp điện  gần kề mạng lưới tải điện.  Hydro Green nói rằng  kỷ thuật có thể  tạo ra điện  rẽ hơn  điện gió  ( 4- 7 xu Mỹ một kilowatt- giờ , so với 10 xu một kw-giờ điện gió )

            Mục đích chánh của nhà máy  là sản xuất  100KW , đủ để cung cấp điện cho 40 gia cư  Hoa Kỳ và để giải đáp   vài câu hỏi cần thiết, căn bản: cách nào   làm cánh quạt đủ mạnh   để chịụ đựng được  dòng nước chảy thường xuyên ? ( một công ty khác  tên gọi là Verdant, đã thiết lập  một dự án thủy động học  thí nghiệm  tại  Sông Đông, thành phố New York  năm 2007,  nhưng các chong chóng quay - rotors đã bị đớp mất vài ngày sau đó ) ;  cách nào thăng bằng được  hiện diện của một tua bin  trên hệ thống sinh thái địa phương  chẳng hạn ;  và  nhà máy thủy động học có ảnh hưởng  gì đến   sỉ số cá ?  Mùa xuân 2009 , Hydro Green lao đầu vào một nghiên cứu  trị giá 500 000 đô la  để qui định  ảnh hưởng của tua bin trên 6 loài cá  sông. Và một  tua bin sản xuất  150 KW  sẽ được thiết lập và chạy máy. 

            3- Nhiên liệu sinh học   

            Ethanol là  nhiên liệu sinh học - biofuels dùng rộng rải nhất ngày nay . Thế nhưng ethanol không phải là  thuốc bách bệnh tiêu tán cho tai họa năng lượng thế giới.  Các nhà khảo cứu đang tranh dành  biến đổi  những vật liệu  hửu cơ  hửu hiệu  tỉ như cỏ roi - switch grass, mía, tảo - algae, nước thải ống cống và ngay cả phế thải  y khoa,   thành nhiên liệu  ít phát thải , dùng vào chuyên chở và tạo điện.  Họ cũng đang   tìm cách hoàn mỹ  phương cách chuyễn  rong tảo như  tảo rong đuôi ngựa- sargassum ( xem hình )  thành nhiên liệu sinh học hay  dùng  vi trùng, vi khuẩn   như methylcoccus ( xem hình ) biến carbon dioxide  thành methane , thành phần chánh của khí dầu thiên nhiên.

             Năm ngoái  các nhà khảo cứu viện  đại học Penn State  khám phá ra cách  làm ra methane từ  carbon dioxide .  Then chốt là sử dụng  vi sinh vật  tạo methane - methanogens microorganisms .  Kỷ sư Bruce Logan  khám phá ra là các vi sinh vật này sản xuất ra methane  không cần gì khác, khi  đưa vào bất ngờ một dòng điện  trong nước và carbon dioxide .  Xây đắp một tế bào nhiên liệu quanh vi trùng, và nếu điện  chạy linh kiện là một nguồn tái sinh được như gió hay mặt trời chẳng hạn,  tiến trình  có cơ cung cấp  một nhiên liệu đốt cháy được ma lại trung lập carbon

 Hoa Kỳ hiện sản xuất 643 000 thùng nhiên liệu sinh học một ngày . Năm 2050,  Hoa Kỳ dự tính  sản xuất  34 triệu thùng một ngày.

            Kỷ thuật cần theo dõi là tảo - algae

             Kênh đào ở thành phố Venise ( Venetia ), Ý,  sẽ cung cấp nay mai  một nguồn  điện xanh  cho cảng biển thành phố  và chứng minh là  năng lượng từ tảo có thể thỏa mãn  yêu cầu  điện thương mãi. Một nhà máy trị giá  272.6 triệu đô la Mỹ đang chờ đợi giấy phép của chánh quyền  tạo ra điện bằng cách  đốt cháy nhiên liệu  làm từ tảo các kênh đào .  Muốn làm ra điện ở nhà máy,   phải thu hoạch tảo  từ kênh , đem nuôi trồng ở kế những lò phản ứng sinh học - bioreactors  plastic 8.8 m ( và bón  với carbon dioxide tự  chính nhà máy, sấy khô  và ép tống ra- expeller  press để vắt dầu tựa như lipids  ra khỏi  sinh khối khô  và biến  nó thành diesel sinh học  nhờ cọng thêm dung dịch kiềm . Năm 2011 , nhà máy  sản xuất ra 40 megawatts , có thể  dùng cấp điện cho cảng biển  Venetia  và  chuyễn điện dư thừa  khoảng 33 megawatts  cho các tàu chở dầu và tàu du lịch , tất cả với phát thải  thực là con số zêrô.            

            Tuy nhiên dự án Venetia  không hửu hiệu phí tổn . Vì nó được họa kiểu  để chứng minh kỷ thuật và để hiến dâng cho thành phố Venetia  một nhảy vọt  ra khỏi luật lệ đỉnh và thương mãi  ( ô nhiễm ) nghiêm khắc hơn.  Cùng lúc,  những sáng kiến khác hứa hẹn  dùng điện tảo   khả năng dùng rẽ hơn. 34% phí tổn  tổng số đầu tư  là các máy ly tâm, nhưng nay đã có phương cách  rẽ hơn  phân chia tảo  từ nước nuôi trồng chúng. Tháng 3 năm 2009, hảng AlgaeVenture  Systems , bang Ohio , Hoa Kỳ tuyên bố  một phương pháp « lấy nước ra- dewater «  khỏi tảo  dùng hoạt động mao dẫn.  Một polymer  siêu hấp thu  kéo đi những phân tử nước  qua một màng mỏng, để lại tảo khô ran . Hảng nói rằng  tiến trình này làm giảm giá  sản xuất nhiên liệu sinh học ,từ 875 đô la xuống chỉ còn 192 đô la. Tiến triễn  trích dầu từ tảo và chuyễn biến thành diesel sinh học, sẽ làm giảm giá thêm nữa.

            Dù rằng hiện nay  chưa có đự tính nào  ở Hoa Kỳ xây dựng  một nhà máy  điện tảo thương mãi,  những hảng như  BioProcess Algae ,  hy vọng  thay đổi tình trạng này. Mới đây, BioProcess nhận một trợ cấp  để xây dựng một nhà máy kiểu mẩu dẫn đạo ở thị trấn Shenandoah, bang Iowa- Hoa Kỳ.  Nếu thành công,  những nhà máy kiểu mẩu này có cơ nhiên hậu  làm cho điện tảo  nội địa, sẽ là một cái gì không phải là hiếu kỳ , tò mò  mà thôi .     

Sẽ tiêp : kỷ thuật mới về điện gió, điện nguyên tử an toàn hơn thuộc thế hệ III+, IV và V,  điện nhiệt ngầm ,  và mạng lưới điện tương lai.

Trở về Trang Chính