Hàng năm, thế giới tiêu thụ 35 tỷ thùng dầu.
Sự lệ thuộc kinh khủng vào nhiên liệu hoá thạch này
đang làm ô nhiễm Trái Đất và một ngày, chúng sẽ cạn kiệt.
Các nhà khoa học ước tính chúng ta đã dùng hết 40% trữ lượng dầu.
Theo một số liệu gần đây,
cứ đà này, khoảng 50 năm nữa, ta sẽ cạn kiệt dầu và khí đốt,
và khoảng 100 năm đối với than đá.
Mặt khác, chúng ta lại có nguồn nắng, nước và gió dồi dào.
Đây đều là những năng lượng tái tạo,
nghĩa là chúng sẽ không bao giờ cạn.
Nếu ta có thể chuyển sự lệ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch
sang sử dụng mỗi năng lượng tái tạo thì sao?
Ta đã cân nhắc điều đó hàng thập kỷ nay,
thế mà năng lượng tái tạo vẫn chỉ đáp ứng 13% nhu cầu của chúng ta.
Lí do là, để đạt được 100%, ta cần đến một nguồn năng lượng rẻ
và dễ khai thác.
Đó là một thử thách rất lớn,
ngay cả khi bỏ qua yếu tố chính trị để tập trung vào khoa học và công nghệ.
Ta có thể hiểu rõ vấn đề hơn khi hiểu được cách ta sử dụng năng lượng.
Ứng dụng năng lượng toàn cầu là một hệ thống phức tạp,
mỗi dạng nhiên liệu sẽ cần một giải pháp khác nhau.
Nhưng giờ đây, ta chỉ tập trung vào hai nguồn năng lượng quen thuộc nhất:
điện và nhiên liệu lỏng.
Điện cung cấp năng lượng cho lò sưởi, thang máy, máy tính,
và mọi thiết bị dùng trong sinh hoạt, kinh doanh, và sản xuất.
Trong khi đó, nhiên liệu lỏng đóng vai trò quan trọng
trong hầu hết các loại hình vận tải.
Đầu tiên, hãy xem xét trữ lượng điện.
Tin vui là công nghệ của ta đã đủ tiến bộ
để thu được toàn bộ năng lượng tái tạo,
và đó là một nguồn vô tận.
Mặt trời liên tục tỏa ra
khoảng 173 triệu tỷ wat năng lượng mặt trời đến Trái Đất,
gấp 10 ngàn lần nhu cầu hiện tại của ta.
Và theo tính toán, cần có một bề mặt có diện tích vài trăm nghìn cây số vuông
để có thể đáp ứng lượng điện năng sử dụng hiện tại của con người.
Vậy sao không xây dựng nó?
Vì có những rào cản khác,
như hiệu suất và hệ thống truyền tải điện.
Để tối ưu hóa hiệu suất,
các trạm năng lượng phải được xây ở nơi có mặt trời chiếu sáng quanh năm,
như sa mạc.
Nhưng những nơi đó lại rất xa khu vực đông dân cư,
nơi có nhu cầu năng lượng cao nhất.
Vẫn có nhiều dạng năng lượng tái tạo khác có thể khai thác
như thủy điện,
địa nhiệt,
và nhiên liệu sinh khối,
nhưng chúng đều bị hạn chể về tính sẵn có và địa điểm khai thác.
Theo nguyên tắc, một mạng lưới truyền tải điện năng
với mạng điện giăng khắp toàn cầu
sẽ giúp ta truyền tải năng lượng từ nơi chúng được tạo ra
đến nơi cần sử dụng.
Nhưng xây dựng một hệ thống có quy mô như thế đắt không tưởng.
Chúng ta vẫn có thể giảm chi phí bằng những công nghệ tiên tiến
giúp hấp thụ năng lượng hiệu quả hơn.
Hệ thống hạ tầng để truyền tải điện cũng cần thay đổi toàn diện.
Hiện tại, năng lượng hao phí ở mức 6-8% trên tổng lượng điện năng truyền đi
vì đường dây kim loại có điện trở sẽ toả năng lượng.
Dây càng dài, điện trở càng lớn, càng mất nhiều năng lượng.
Vật liệu siêu dẫn có thể là giải pháp.
Chúng có thể truyền điện mà không gây bất kỳ hao phí nào.
Không may là, chúng chỉ hoạt động trong điều kiện được làm lạnh,
điều này tốn năng lượng, nên sẽ phản lại mục tiêu ban đầu.
Để hưởng lợi từ công nghệ đó,
ta cần tìm ra những vật liệu siêu dẫn mới
có thể hoạt động ở nhiệt độ thường.
Còn nhiên liệu lỏng từ dầu vốn cực kì quan trọng thì sao?
Một thách thức khoa học chính là cất trữ năng lượng tái tạo
ở dạng có thể dễ dàng vận chuyển.
Gần đây, ta có bước tiến trong việc sản xuất pin Li-ion,
với trọng lượng nhẹ và mật độ năng lượng cao.
Nhưng thậm chí một ký pin loại tốt nhất cũng chỉ trữ được 2,5 mega Jun,
thấp hơn 20 lần so với năng lượng mà một ký xăng cung cấp.
Để có thể cạnh tranh được, xe hơi cần nhiều pin để trữ nhiều năng lượng hơn
mà không tăng giá thành.
Điều này càng khó khăn đối với phương tiện lớn, như thuyền và máy bay.
Để nạp năng lượng cho một máy bay xuyên Đại Tây Dương,
chúng ta cần khoảng một tấn pin.
Điều này cũng cần một bước nhảy vọt về công nghệ về vật liệu mới,
với mật độ năng lượng cao hơn,
khả năng lưu trữ tốt hơn.
Một giải pháp tiềm năng sẽ là tìm những cách hiệu quả
để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học.
Điều này đã được thí nghiệm,
nhưng hiệu suất vẫn rất thấp để có thể tung ra thị trường.
Để tìm ra một giải pháp đột phá, ta sẽ cần rất nhiều sự sáng tạo,
cải tiến, và những động lực mạnh mẽ.
Việc chuyển hướng chỉ sử dụng năng lượng tái tạo là một vấn đề phức tạp
bao gồm mảng công nghệ, kinh tế, và chính trị.
Những ưu tiên giải quyết thách thức phụ thuộc vào những giả định cụ thể
mà ta phải tạo ra khi cố giải quyết vấn đề đa diện như thế này.
Nhưng có rất nhiều lý do để lạc quan rằng chúng ta sẽ làm được.
Các nhà khoa học hàng đầu thế giới đang nghiên cứu những vấn đề này
và không ngừng tạo ra đột phá.
Nhiều chính phủ và doanh nghiệp cũng đang đầu tư vào công nghệ
giúp khai thác mọi năng lượng quanh ta.