BỨC TRANH NĂNG LƯỢNG THẾ GIỚI

Những vấn đề tồn tại

Thế giới vào những năm đầu của thế kỷ thứ 21 đang đứng trước nhiều vấn đề cần phải đối mặt. Trong đó, vấn đề được xem là nóng bỏng nhất và thu hút sự quan tâm của tất cả các nhà khoa học cũng như Chính Phủ các quốc gia hiện là hiện tượng ấm lên toàn cầu do tác động của hiệu ứng nhà kính và sự khủng hoảng về năng lượng. Theo dự báo của Cơ quan thông tin về năng lượng (EIA) vào năm 2004, trong vòng 24 năm kể từ năm 2001 đến năm 2025, mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới có thể tăng thêm 54% (ước tính khoảng 404 nghìn triệu triệu Btu[i] năm 2001 tới 623 Btu vào năm 2025) mà nhu cầu chủ yếu sẽ rơi vào các quốc gia có nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ, ví dụ như Trung Quốc hay Ấn Độ ở châu Á.

Các cuộc chiến để giành giật nguồn tài nguyên thiên nhiên đặc biệt là dầu mỏ, khí tự nhiên, nguồn nước đang có xu thế ngày càng gia tăng trên thế giới như cuộc tranh chấp gần đây. Đầu tháng 4/2005 nổ ra bất đồng giữa Trung Quốc và Nhật Bản về quyền lợi khai thác dầu khí trên vùng biển Hoa Đông, một khu vực đang tranh chấp giữa hai quốc gia; Trong khi Tokyo phản đối việc Trung Quốc thăm dò khu vực này và cho rằng hoạt động đó vi phạm vùng đặc quyền kinh tế của Nhật thì Bắc Kinh lại khẳng định các cuộc thăm dò khai thác khí tự nhiên gần vùng biển phía tây của Nhật, là "quyền lợi tự nhiên". Do không đạt được thỏa thuận chung về thăm dò khai thác ở vùng này, trung tuần tháng 7 năm 2005, Chính phủ Nhật đã quyết định cho Công ty Dầu khí Teikoku quyền được phép thăm dò trên vùng tranh chấp này. Động thái này của Tokyo làm nóng lên thêm mối quan hệ giữa hai nước vốn đã hết sức căng thẳng sau một loạt các sự kiện bất đồng gần đây có liên quan đến tranh chấp tài nguyên cũng như lịch sử. Phía Trung Quốc cũng đề nghị Tokyo đàm phán để cùng chia sẻ quyền thăm dò ở vùng biển chung nhưng không được chấp nhận.

Thế giới ngày càng nổi cộm lên cuộc chơi tranh giành các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là dầu lửa, tuyến đường vận chuyển cũng như thị trường sản xuất và tiêu thụ dầu lửa, thường xảy ra ở các khu vực có nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú nhưng lại có tình hình chính trị không ổn định như ở Trung Đông, Châu Phi…

Dân số tăng nhanh và tốc độ đô thị hóa chóng mặt trên toàn cầu cũng là một yếu tố ảnh hưởng mạnh đến nhu cầu về năng lượng. Theo dự đoán, dân số thế giới sẽ tăng từ khoảng 5,5 tỷ người trong năm 1993 lên tới 7 tỷ người vào năm 2010 trong đó dân số của các nước thuộc tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OEDC) tăng lên khoảng 100 triệu người ước tính vào khoảng 7%. Dân số ở các nước còn lại (ROW_Rest of the World) sẽ tiếp tục tăng lên và vượt qua mức 78% trong năm 2010. Do vậy, dù mức tăng trưởng kinh tế ở những nước này phân bố đều ra cho số dân thì thu nhập bình quân đầu người vẫn giảm, cho dù tổng sản phẩm quốc nội có tăng lên. Khi dân số tăng thì số dân sống ở khu vực thành thị của các nước ROW cũng tăng lên cộng thêm với quá trình đô thị hóa sẽ làm cho các đòi hỏi về năng lượng tăng cao, như năng lượng sử dụng cho thắp sáng, công nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ…

11.2. Vài nét chung về nhu cầu năng lượng của thế giới

Về vấn đề này, có 3 điểm chúng ta cần lưu ý. Một là, nhu cầu về năng lượng của thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập kỷ qua. Thứ hai là, nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lượng cho đến năm 2010. Thứ ba là, nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của từng khu vực trên thế giới cũng không giống nhau.

Hình 11.4 chỉ ra mức tiêu thụ các nguồn năng lượng khác nhau trên thế giới theo nguồn năng lượng. Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ tất cả các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh. Giá của các năng lượng hóa thạch dùng cũng vẫn rẻ hơn so với các nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo hay năng lượng các dạng năng lượng hoàn nguyên khác (renewable energy). Các nguồn năng lượng hóa thạch trên thế giới đang dần cạn kiệt, thêm nữa là những vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình khai thác đã dẫn đến việc khuyến khích sử dụng năng lượng hoàn nguyên để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường (Hình 11.5 cho thấy lượng khí thải CO₂ sinh ra trong quá trình sử dụng năng lượng hóa thạch) và tránh gây cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch. Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể về vấn đề này, nên dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiên liệu chủ yếu để nhằm thỏa mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính điều đó sẽ dẫn đến sự cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch trong một thời gian không xa. Hình 11.6 minh họa tình hình tiêu thụ năng lượng cơ bản của thế giới phân theo nguồn năng lượng từ năm 1970-2025.

11.2.1 Nhu cầu về dầu mỏ

Nguồn tài nguyên thiên nhiên từ biển đã trở thành tiêu điểm cạnh tranh quốc tế. Dầu mỏ vẫn được coi là nguồn năng lượng chính cho toàn thế giới tới năm 2025. Hình 11.7 thống kê nhu cầu tiêu thụ các loại năng lượng của thế giới. Thống kê của IEO2004 cho thấy, với nhu cầu đòi hỏi về dầu mỏ tăng lên 1,9% mỗi năm thì trong vòng 24 năm tới, mức tiêu thụ 77 triệu thùng/ngày năm 2001 sẽ tăng lên tới 121 triệu thùng/ngày vào năm 2025, mà nhu cầu lớn nhất sẽ là từ Mỹ và các nước đang phát triển ở châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc… Các quốc gia này có thể sẽ chiếm tới 60% nhu cầu của thế giới. Ở đây, chúng tôi xin được đưa ra một vài ví dụ về một số quốc gia với nhu cầu tiêu thụ năng lượng hàng đầu của thế giới.

Mỹ là quốc gia đứng đầu trên thế giới về sức tiêu thụ năng lượng. Nhu cầu về dầu mỏ của Mỹ tăng lên khoảng 1,5% mỗi năm kể từ năm 2001 và sẽ đạt tới 28,3 triệu thùng/ngày vào năm 2025. Theo báo cáo của IEO2004, nhu cầu về năng lượng dùng trong ngành vận tải của Mỹ từ 26,6 nghìn triệu triệu Btu trong năm 2001 sẽ tăng lên 41,2 nghìn triệu triệu Btu vào năm 2025, tức là tăng từ 28% lên 30% so với tổng nhu cầu về năng lượng trên toàn nước Mỹ (Hình 11.8). Chỉ riêng đối với ngành vận tải hàng không nội địa và quốc tế, mức tiêu tốn năng lượng trung bình đã tăng khoảng 1,8% mỗi năm, từ 2,97 nghìn triệu triệu Btu cho năm 2001 lên tới 4,3 nghìn triệu triệu Btu vào năm 2005. Năng lượng dùng để chuyên chở cho ngành xe lửa cũng tăng 0,9% mỗi năm, từ 0,5 nghìn triệu triệu Btu đạt tới 0,57 Btu.

Ví dụ thứ hai là về Nhật Bản, quốc gia châu Á có nền kinh tế đứng thứ hai thế giới. Nhật là một quốc gia có trình độ kỹ thuật tối tân hiện đại nhưng hầu như không có tài nguyên khoáng sản nên phải nhập khẩu dầu mỏ từ Trung Đông, Indonesia, nhập khẩu than từ Trung Quốc, khoáng sản từ các nước khác. Sau khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất (năm 1973), Nhật Bản đã đặt chiến lược dự trữ dầu mỏ lên vị trí hàng đầu, ví dụ như xây các kho dự trữ quốc gia cũng như bù lỗ hàng trăm triệu yên cho dân dự trữ dầu để đảm bảo việc duy trì nguồn cung cấp dầu mỏ ổn định khi xảy ra khủng hoảng đồng thời duy trì quan hệ với các quốc gia ở Trung Đông để đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng lâu dài cũng như góp phần duy trì và đảm bảo an ninh thông suốt cho tuyến đường vận chuyển dầu mỏ từ eo biển Đài Loan tới Malacca, Ấn Độ Dương và vịnh Ba Tư.

Một quốc gia khác có vai trò hết sức quan trọng nữa ở châu Á là Trung Quốc, nước có sức tiêu thụ dầu thô đứng thứ 2 thế giới. Năng lượng sử dụng trong ngành vận tải ở Trung Quốc tăng 5,3% mỗi năm, từ 4,1 nghìn triệu triệu Btu trong năm 2001 có thể sẽ tăng lên 14 nghìn triệu triệu Btu vào năm 2025 (Hình 11.9), với nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ, vì vậy, khoảng 2/3 nhu cầu về dầu mỏ của Trung Quốc sẽ được sử dụng cho ngành vận tải. Thị trường ô tô chở khách tăng 10 lần kể từ năm 1990-2000. Thêm nữa, nhu cầu về xe hơi bùng nổ vào năm 2002 do sự cạnh tranh giá cả dẫn tới việc lượng xe hơi nhập khẩu tăng vọt sau khi thuế nhập khẩu giảm do Trung Quốc gia nhập WTO tháng 12 năm 2001. Tờ Thời Báo Bắc Kinh đã viết rằng, mức nhiên liệu tiêu thụ trên 1 cây số đối với xe hơi ở Trung Quốc lớn hơn 10-20% so với ở các nước phát triển. Ngành công nghiệp hàng không phát triển mạnh thứ hai trong các phương tiện vận tải. Nhu cầu về xe bus cũng như các xe có trọng tải cao sẽ tăng lên cùng với việc phát triển cơ sở hạ tầng để chuẩn bị cho Thế Vận Hội sắp tới ở Bắc Kinh vào năm 2008. Nhu cầu nhiên liệu ngày càng lớn khiến Trung Quốc trở thành một trong những quốc gia nhập khẩu và tiêu dùng nhiên liệu hàng đầu thế giới. Hiện nay Trung Quốc đã trở thành quốc gia lớn thứ 2 thế giới về nhập khẩu dầu lửa. Dự tính năm 2005, mỗi ngày Trung Quốc nhập khẩu 2,5 triệu thùng, năm 2010 nhập khẩu 3,3 triệu thùng/ ngày, năm 2030 nhập khẩu 7,3 triệu thùng/ ngày. Một số học giả cho rằng trong tương lai, Trung Quốc, chứ không phải là Mỹ, Nhật Bản hay các nước công nghiệp phát triển khác, sẽ chi phối giá cả thị trường nguyên liệu toàn thế giới. Trung Quốc đã đầu tư khai thác dầu mỏ ở Indonesia, Nam Mỹ, châu Phi, Úc. Bắc Kinh thậm chí đã hậu thuẫn cho Công ty Dầu khí Hải ngoại Trung Quốc CNOOC, công ty dầu khí lớn thứ 3 tại Trung quốc trong việc mua lại hãng dầu khí Unocal, tập đoàn dầu khí lớn thứ 9 của Mỹ và buộc Nhà Trắng phải can thiệp để ngăn chặn việc mua bán này. Tập đoàn Unocal vừa ký một dự án tiền khả thi với PetroVietnam trong việc khai thác khí đốt ở lô B, thềm lục địa Tây Nam Việt Nam với kế hoạch xây dựng một hệ thống dẫn khí từ ngoài biển vào phục vụ các nhà máy khí, điện đạm ở Kiên Giang hồi đầu tháng 6/2005 vừa qua. Và cũng trong ngày 26/7/2005, Trung Quốc đã quyết định dành 2 tỷ USD đầu tư cho quá trình tái thiết Angola, một đất nước có nguồn dầu mỏ khá dồi dào, nhưng vừa trải qua nội chiến cho việc xây dựng các hạ tầng cơ sở nhằm tranh thủ sự ủng hộ của Chính Phủ nước này trong việc giành quyền ưu tiên để có thị phần khai thác cũng như mua dầu mỏ. Hơn bất cứ một nước nào khác, Trung Quốc hiện đang là một đối trọng rất lớn với Mỹ trong cuộc tranh giành thị phần năng lượng khi liên tiếp mở rộng và tiếp cận sang các nước Trung Đông, Trung Á bằng cách hỗ trợ, hợp tác với các nước trong những khu vực này xây dựng cơ sở hạ tầng, các đường ống dẫn dầu hay hỗ trợ các dự án thủy điện. Không những vậy Trung Quốc còn bắt tay với Nga, Ấn Độ hay qua mặt Mỹ để vươn tới tiếp cận các nguồn dầu mỏ xa hơn ở Châu Phi và Châu Mỹ.

Nhu cầu về năng lượng cho ngành vận tải của Ấn Độ với mức tăng trưởng khoảng 4,4% mỗi năm từ 1,9 nghìn triệu triệu Btu trong năm 2001 lên 5,3 nghìn triệu triệu Btu ở thời điểm năm 2025 và chiếm khoảng 20% tổng mức tiêu thụ năng lượng trên toàn lãnh thổ. Các quốc gia khác như Úc, New Zealand, các nước Đông, Tây Âu, cho dù có mức tăng dân số chậm thì cũng có nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ và các năng lượng khác ngày càng tăng cao.

Lấy thêm một ví dụ điển hình là nước Nga, một nước lớn về sản xuất dầu mỏ trên thế giới, Nga trở thành nguồn cung cấp dầu mỏ quan trọng cho phương Tây. Nga đã thu được nhiều lợi ích khi giá dầu quốc tế tăng lên và đòi hỏi ngày càng nhiều về dầu lửa của Trung Quốc, Nhật Bản.

Tuy nhiên, Nga cũng gặp khó khăn trong việc khai thác dầu mỏ ở vùng biển Caspi. Vùng biển này nối liền hai đại lục Âu, Á, nằm ở giữa khu vực Trung Á, Kavkaz và Iran, có diện tích mặt nước biển 44 vạn km² (dài 1.440 km, rộng 278 km), được coi là "Vịnh Ba Tư thứ hai của thế kỷ 21", với trữ lượng dầu đã thăm dò khoảng 7 - 10 tỉ tấn, phần lớn tập trung ở vùng thềm lục địa gần Azecbaizan và Kazakhstan.

Mặc dù nhu cầu về năng lượng cho các ngành đặc biệt là ngành vận tải chỉ tăng có 3,1% hàng năm nhưng cũng thay đổi từ 3,9 nghìn triệu triệu Btu (năm 2001) tới mức 8,0 nghìn triệu triệu Btu vào năm 2025 (Hình 11.10).

11.2.2 Diễn biến của giá dầu thế giới trong thời gian gần đây

Theo số liệu của tập đoàn BP (British Petroleum, Anh Quốc) công bố gần đây, tổng trữ lượng dầu đã thăm dò của thế giới năm 2003 lên tới 1.150 tỉ thùng, tăng 9,4% so với năm 2002, trữ lượng dầu thế giới tăng 70% trong 20 năm qua, khu vực Trung Nam Mỹ, trữ lượng dầu đã thăm dò tăng 203%, khu vực Trung Đông tăng 86% và châu Phi tăng 75%. Tuy nhiên, với đà phục hồi kinh tế của các nước phát triển và sự trỗi dậy của các nước đang phát triển, nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng, kéo theo giá dầu tăng vọt. Bảng 11.1 là điểm qua về diễn biến của tình hình biến động giá dầu thô thế giới trên hai sàn giao dịch chính tại New York và London kể từ tháng 12 năm 2004 cho đến trung tuần tháng 7 vừa qua.

Nhìn vào bảng diễn biến tình hình giá dầu thô (Bảng 11.1) chúng ta có thể thấy rằng, chỉ trong vòng cuối năm 2004 đến nửa đầu năm 2005, giá dầu đã leo thang đến mức chóng mặt và tăng giá gấp 1,5 lần, từ hơn 40 USD/thùng dầu thô lên tới xấp xỉ hay vượt qua ngưỡng 60 USD, thậm chí có những phiên giao dịch (như phiên giao dịch vào ngày 7/7/2005), giá dầu tăng cao đến mức kỷ lục 61,28 USD/thùng (dầu thô ngọt nhẹ giao ngay) trên thị trường New York; còn dầu Brent khai thác từ biển Bắc (North Sea) trên sàn giao dịch London cũng đạt tới ngưỡng 59,85 USD/thùng. Giá giao dịch dầu thô ngày 7/7/2005 là mức giá cao nhất kể từ khi được đưa lên sàn giao dịch New York từ năm 1983 đến nay, tuy nhiên mức giá giao dịch này vẫn còn thấp hơn so nhiều so với mức giá dầu thô cao kỷ lục 90 USD/thùng trong cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu và lạm phát phi mã trên toàn thế giới năm 1980.

Vậy tại sao giá dầu lại leo cao đến mức như vậy chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn? Những nguyên nhân chủ quan và khách quan nào dẫn đến tình hình này? Tình hình giá dầu liệu có ổn định trở lại hay với đà này sẽ giống như một số nhà phân tích đang lo ngại, đó là giá dầu có thể lên tới 100 USD/thùng và đẩy thế giới vào một cuộc khủng hoảng năng lượng chưa từng có. Bằng những thông tin thu thập được từ tài liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, từ các bản tin của OPEC, AFP. Reuters, AP, BBC và những hiểu biết của chúng tôi về tình hình chính trị, xã hội cũng như về mặt chuyên môn tích lũy được qua học hỏi kinh nghiệm các chuyên gia, chúng tôi xin tổng hợp nên một số những nguyên nhân chính gây ra diễn biến tăng đột ngột của giá dầu thế giới, gồm có các nguyên nhân sau:

1. Sự gia tăng dân số thế giới: Đây chính là một nguyên nhân vô cùng quan trọng trong việc đẩy giá dầu lên cao. Như đã nêu ở phần trên, ước tính dân số thế giới sẽ tăng lên 7 tỷ người vào năm 2010 trong đó dân số của các nước thuộc tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OEDC) tăng lên khoảng 100 triệu người ước tính vào khoảng 7%. Dân số ở các nước còn lại (ROW_ Rest of the World) sẽ tiếp tục tăng lên và vượt qua mức 78% trong năm 2010. Dân số tăng cao sẽ kéo theo hàng loạt các nhu cầu về năng lượng cho sinh hoạt hàng ngày, giao thông vận tải, đô thị hóa… Bảng 11.2 chỉ ra phân bố dân số thế giới theo khu vực.

2. Yếu tố thời tiết cũng là một nguyên nhân gây tác động đến giá dầu. Mùa đông lạnh giá với những trận bão tuyết vừa qua ở Bắc, Đông Bắc Mỹ và châu Âu làm nhu cầu nhiên liệu dùng cho sưởi ấm tăng mạnh. Hay tác động của các cơn bão như bão Ivan, Emily ở Mỹ, các cơn bão nhiệt đới cũng làm ảnh hưởng đến diễn biến giá dầu.

3. Những bất ổn chính trị trên thế giới kể từ sau cuộc chiến tranh Iraq. Trong thời gian gần đây, tình hình bất ổn chính trị, các cuộc bạo động, biểu tình liên tiếp xảy ra ở Trung Đông với các cuộc bạo động, đánh bom cũng như bầu cử ở Iraq, cuộc bầu cử ở Iran, bạo động ở Nigieria mà tiêu điểm là việc tấn công sứ quán nước ngoài hay như tấn công trực tiếp vào nhà máy lọc dầu (ngày 25/1/2005) đã làm sản lượng khai thác vàng đen giảm 35.000 thùng/ngày và trở thành nguyên nhân chính đẩy giá dầu thế giới tăng cao ở thời điểm đó. Những nước hiện nay hay xảy ra bạo động lại chính là những nước nằm trong OPEC, là tổ chức kiểm soát trên 40% lượng dầu thô xuất khẩu của toàn thế giới nên có thể nói tình hình chính trị ở những nước này là vô cùng nhạy cảm với diễn biến của giá dầu. Các cuộc đình công của công nhân kỹ thuật ở Na Uy hay việc một số nhà máy lọc dầu của Mỹ phải tạm thời đóng cửa do sự cố kỹ thuật.

4. Tuyên bố cắt giảm 1 triệu thùng dầu kể từ tháng 1/2005 của OPEC cũng là một động thái đẩy giá dầu tăng cao. Sau khi OPEC cam kết giữ bình ổn giá dầu và tăng sản lượng khai thác lên 500.000 thùng/ngày (thời điểm 21/6/2005), giá dầu đã hạ nhiệt đi một chút nhưng các chuyên gia phân tích đều cho rằng sự hạ nhiệt đó chỉ mang tính chất tạm thời vì cho dù OPEC có giữ cam kết để hạ nhiệt cơn sốt dầu mỏ bằng việc đẩy sản lượng khai thác lên 30 triệu thùng/ngày (tin ngày 6/7/2005), sản lượng khai thác cao nhất trong vòng 25 năm qua, thì nguồn cung vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu. Thêm vào đó sự hạn chế về khả năng lọc dầu của các nhà máy lọc dầu trên thế giới cũng góp thêm một nguyên nhân không nhỏ.

5. Ngoài ra, những lo ngại về nguồn cung hạn hẹp đã dẫn tới việc đầu cơ tích trữ dầu. Trong những phiên giao dịch liên tiếp giữa và cuối trung tuần tháng 7/2005, giá dầu thô luôn xấp xỉ hay vượt qua ngưỡng 60 USD/thùng và hầu như không có dấu hiệu hạ nhiệt. Thêm vào đó, việc Trung Quốc, nước có mức tiêu thụ dầu thô lớn thứ hai trên thế giới quyết định thả nổi đồng nhân dân tệ (NDT) ngay trong ngày 21/7/2005 đã làm cho giá dầu thô loại ngọt nhẹ giao tháng 9 trên sàn giao dịch New York tăng 1,52 USD/thùng lên mức 58,65 USD/thùng. Dầu Brent trên sàn giao dịch London vào tháng 9 cũng tăng 1 USD lên mức 56,72 USD/thùng. Việc thả nổi giá đồng NDT cũng làm cho các hoạt động nhập khẩu dầu thô của nước này tăng nhanh và tác động đến thị trường dầu lửa thế giới.

Với một số những tác nhân tương quan lẫn nhau mà chúng tôi vừa nêu trên thì thị trường năng lượng và cuộc chiến năng lượng trên thế giới sẽ ngày càng nóng bỏng và gay gắt và giá dầu cũng sẽ khó có khả năng hạ nhiệt, cho dù OPEC có tăng sản lượng dầu lên cao bao nhiêu đi chăng nữa, thì nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm mà chúng ta gọi là “vàng đen” này cũng sẽ đứng trên bờ vực của sự cạn kiệt và đẩy thế giới vào một sự khủng hoảng trầm trọng về năng lượng. Chỉ mới từ tháng 12/2004 đến trung tuần tháng 7/2005, giá dầu thô đã tăng từ khoảng 40 USD lên trên dưới 61 USD/thùng, tăng hơn 50% so với cùng kỳ năm trước, và liệu giá dầu có dừng lại ở đây, hay như các chuyên gia dự đoán là có thể còn tăng tới 100 USD/ thùng. Vấn đề nóng bỏng này sẽ chỉ có thể được làm “hạ nhiệt” đi nếu như chúng ta tìm ra được một nguồn năng lượng mới thay thế nó hoặc tận dụng và tìm cách khai thác triệt để các nguồn năng lượng tuần hoàn sẵn có trong tự nhiên như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời hay các nguồn năng lượng có thể tái tạo lại (renewable energy).

Giá dầu tăng cũng tác động không nhỏ đến nền kinh tế thế giới. Mặc dù chưa đạt đến mức độ cao kỷ lục như năm 1980 (90 USD/thùng) trong cuộc khủng hoảng lạm phát kinh tế toàn cầu, nhưng giá dầu tăng cao sẽ nảy sinh nhiều vấn đề xã hội như cắt giảm nhân công, thu hẹp phạm vi kinh doanh… đặc biệt trong các lĩnh vực giao thông hay các lĩnh vực có đòi hỏi năng lượng cao và tất nhiên sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến người tiêu dùng và có thể gây lạm phát gia tăng ở nhiều quốc gia dẫn đến lạm phát toàn cầu. Theo nhận định của các chuyên gia ở Viện nghiên cứu của tập đoàn tài chính Merrill Lynch thì “Giá dầu tăng cao, đồng tiền trượt giá tất yếu sẽ dẫn đến lạm phát”. Một điều mà ta có thể nhìn thấy ngay trước mắt đó là việc giá dầu tăng đã làm ảnh hưởng không tốt cho nền kinh tế châu Á vốn phụ thuộc vào nguồn dầu nhập khẩu, thậm chí còn có thể gây ra sự suy thoái kinh tế. "Giá dầu cao đã ảnh hưởng tới tăng trưởng của các nền kinh tế châu Á", Andy Xie, nhà kinh tế của Morgan Stanley Hong Kong, viết trong một bản báo cáo công bố trong tuần đầu tháng 7/2005. "Nếu giá dầu không hạ, châu Á có thể rơi vào suy thoái trong thời gian ngắn" (VnExpress).

Ngay cả ở một nước có nền kinh tế đứng thứ hai thế giới như Nhật Bản, giá dầu tăng cũng làm cho các chi phí nhập khẩu hàng hóa tăng theo. Giá bán sỉ cũng như bán lẻ của hầu hết tất cả các mặt hàng nhập khẩu tại Nhật gần đây, theo quan sát trực tiếp của chúng tôi tại Nhật Bản đã tăng cao hơn rất nhiều so với cùng kỳ năm ngoái, hoặc so với thời điểm đầu năm 2005. Theo nguồn tin của BBC vào trung tuần tháng 7/2005 vừa qua, thâm hụt tài khoản vãng lai thương mại của Nhật Bản đã tăng 19,5% trong tháng 5/2005, lên tới 1.380 tỷ yên. Mức nhập siêu của Nhật tăng 57,4% lên 474,3 tỷ yên trong khi đó xuất siêu chỉ tăng 1,7% với tổng giá trị là 4.580 tỷ yên.

Như vậy thì việc bình ổn giá dầu trong thời gian tới cũng như tìm kiếm được nguồn nhiên liệu mới có thể thay thế được nguồn nguyên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt chính là nhiệm vụ rất lớn và là mối quan tâm của tất cả các quốc gia trên thế giới trong việc giữ gìn một thế giới ổn định và phát triển, nhưng giải quyết vấn đề này bằng cách nào, như thế nào thì lại là một bài toán khó tìm ra lời giải và luôn mang tính thời sự nóng hổi ở khắp nơi trên toàn thế giới.

11.3 Vài nhận định về nguồn dự trữ tài nguyên thiên nhiên

Trong phần này chúng tôi sẽ phân tích về trữ lượng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch chính như dầu mỏ, khí tự nhiên, than đá dựa trên báo cáo về “Tình hình Năng lượng Thế giới” tháng 4/2004 của Cơ quan thông tin Năng lượng Quốc tế. Hình 11.11 là bản đồ phân bố trữ lượng dầu thế giới.

11.3.1. Dầu mỏ

Nguồn năng lượng hóa thạch đầu tiên mà chúng ta phải kể đến là dầu mỏ. Các vấn đề có liên quan đến dầu mỏ như trữ lượng, sản lượng khai thác, giá cả luôn luôn là tâm điểm chú ý của toàn thế giới. Bảng 11.3 cho biết ước tính trữ lượng dầu cụ thể của các khu vực trên thế giới kể từ năm 1995 đến 2025. Trữ lượng phát hiện “Proved reserves” được lấy trong đánh giá trữ lượng hàng năm trên thế giới xuất bản bởi Tạp chí Dầu và Khí. Những ước tính về sự tăng trữ lượng hoặc trữ lượng chưa được phát hiện được dựa trên cơ sở của báo cáo Đánh giá về Dầu mỏ Thế giới năm 2000 “World Petroleum Assessment 2000” bởi Liên đoàn khảo sát Địa chất Mỹ (USGS).

Nguồn dầu mỏ được chia ra thành 3 loại chính: trữ lượng phát hiện (Proved reserve: dầu đã được tìm thấy nhưng chưa khai thác); gia tăng trữ lượng (Reserve growth: sự tăng trữ lượng dầu mỏ do những yếu tố công nghệ dẫn tới việc tăng hệ số thu hồi dầu); và trữ lượng chưa được phát hiện (Undiscovered: dầu mỏ được xem có khả năng tìm thấy nếu tiến hành thăm dò). Từ Bảng 11.3, ta thấy rằng, trữ lượng dầu mỏ lớn nhất tập trung chủ yếu ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở Trung Đông, châu Phi, Trung và Nam Mỹ. Trữ lượng dầu mỏ của các nước OPEC chiếm tới 57% tổng trữ lượng của toàn thế giới (Bảng 11.4). Bước vào thế kỷ thứ 21, khi dân số tăng cao và nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng cao, không một ai trong chúng ta không hiểu được rằng, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang bị suy giảm nhanh chóng, cung không đủ đáp ứng cầu và làm cho giá nhiên liệu tăng cao. Cứ trên đà khai thác như hiện nay và dựa trên trữ lượng ước tính mà chúng ta đang nắm được thì nguồn dầu mỏ dự trữ cũng chỉ có thế đáp ứng cho thế giới một khoảng thời gian không dài nữa, chính vì vậy việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới để thay thế cho dầu mỏ và các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt là nhiệm vụ vô cùng thiết yếu. Hình 11.12 chỉ ra sản lượng dầu mỏ của các nước OPEC và ngoài OPEC.

Trong các nước sản xuất dầu mỏ ngoài OPEC, Việt Nam cũng được coi là một nước có tiềm năng lâu dài về sản xuất dầu mỏ mặc dù hoạt động tìm kiếm thăm dò chậm hơn so với mong đợi nhưng lượng dầu khí khai thác được từ các mỏ trên thềm lục địa Việt Nam được trông chờ là sẽ vượt quá 375.000 thùng/ngày vào năm 2015. Bảng 11.6 cho thấy sản lượng dầu của các nước không thuộc OPEC.

11.3.2. Khí tự nhiên

Cùng với dầu mỏ, gần đây, khí thiên nhiên đã và đang được coi là một trong những nguồn nhiên liệu có nhu cầu tiêu thụ rất lớn trên thế giới với nhu cầu hàng năm tăng nhanh nhất, trung bình 2,2% kể từ năm 2001 đến 2025, so với nhu cầu tiêu thụ tăng 1,9% đối với dầu mỏ hàng năm và 1,6% hàng năm đối với than. Nhu cầu tiêu thụ khí thiên nhiên vào năm 2025 ước tính sẽ là 151 nghìn tỷ feet khối, tăng lên gần 70% so với nhu cầu tiêu thụ của năm 2001 (khi đó là 90 nghìn tỷ feet khối, xem hình 11.13). Như vậy, mức tiêu thụ khí thiên nhiên trong tổng các loại năng lượng tiêu thụ sẽ tăng từ 23% năm 2001 lên 25% vào năm 2025.

Kể từ giữa những năm 1970, trữ lượng khí thiên nhiên của thế giới đã tăng lên hàng năm (Hình 11.14). Tại thời điểm ngày 1 tháng 1 năm 2004, trữ lượng khí tự nhiên phát hiện theo báo cáo bởi Tạp chí Dầu khí đã được ước tính vào khoảng 6.076 nghìn tỷ feet khối, tăng hơn 10% so với năm 2003. Hơn 3/4 trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới tập trung ở Trung Đông, Đông Âu và Liên Xô cũ (Hình 11.15), trong đó Nga, Iran và Qatar chiếm khoảng 58% (Bảng 11.6).

Cho dù mức độ tiêu thụ khí thiên nhiên tăng cao, đặc biệt là trong thập niên vừa qua, thì trữ lượng khí để sản xuất sản phẩm khí thiên nhiên ở hầu hết các khu vực vẫn còn khá lớn và ước tính sẽ dùng được trong khoảng 60,7 năm nữa. Trung và Nam Mỹ có trữ lượng khí tự nhiên đủ cho khoảng 68,8 năm; Các nước Cộng hòa thuộc Liên bang Xô Viết cũ khoảng 75,5 năm, châu Phi 88,9 năm còn riêng Trung Đông thì trữ lượng khí quy đổi khí thành phẩm đủ cung cấp cho hơn 100 năm nữa.

Liên Đoàn Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) đã đánh giá định kỳ tiềm năng sản xuất lâu dài các nguồn nhiên liệu trên thế giới (dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí thiên nhiên dạng lỏng) và theo ước tính gần đây nhất của Cơ quan này được phát hành trong Đánh giá về Dầu mỏ Thế giới năm 2000, một lượng còn lại đáng kể khí tự nhiên đã được phát hiện. Trữ lượng khí tự nhiên vẫn còn chưa được phát hiện ước tính trung bình khoảng 4.258 nghìn tỷ feet khối (Hình 11.16), gần gấp 2 lần dự đoán tiêu thụ ước tính trong IEO2004. Hơn một nửa trữ lượng khí tự nhiên chưa được phát hiện được cho là tập trung ở các nước Liên Xô cũ, Trung Đông và Bắc Phi; khoảng 1/3 (1.169 nghìn tỷ feet khối) còn nằm ở Bắc, Trung và Nam Mỹ; và khoảng 1/4 trữ lượng khí chưa được phát hiện trên thế giới nằm ở trong các mỏ dầu chưa được phát hiện.

Từ đây chúng ta cũng cần đặt ra vấn đề làm thế nào để khai thác được tiềm năng của khí tự nhiên để thay thế cho dầu mỏ trong thời gian trước mắt.

11.3.3. Than

Là nguồn nhiên liệu hóa thạch được sử dụng từ lâu nhất trên thế giới. Tổng trữ lượng than trên toàn thế giới được ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, đủ cung cấp cho khoảng 210 năm nữa với mức tiêu thụ như hiện nay (Hình 11.17). Mặc dù phân bố rộng rãi nhưng 60% trữ lượng than của thế giới tập trung ở 3 quốc gia: Mỹ (25%); Liên Xô cũ (23%) và Trung Quốc (12%). Bốn quốc gia khác là Úc, Ấn Độ, Đức và Nam Phi chiếm khoảng 29%. Trong năm 2001, 7 quốc gia này đã cung cấp tới 80% sản lượng than cho toàn thế giới.

Các đặc trưng về chất lượng và địa chất của trầm tích than cũng là các tham số rất quan trọng đối với trữ lượng than. Than là loại năng lượng hóa thạch hỗn tạp hơn rất nhiều so với dầu mỏ và khí tự nhiên và chất lượng của nó biến đổi theo từng khu vực hay thậm chí ngay bên trong cùng một vỉa than. Ví dụ như Úc, Mỹ hay Canada có chứa than với hàm lượng bitum rất cao dùng để sản xuất than cốc và 3 quốc gia này bán ra 81% than cốc cho thế giới năm 2002.

Một loại than có chứa hàm lượng Bitum thấp hơn gọi là “than nâu” hay than non, không có tính thương mại trên thị trường thế giới vì lượng nhiệt rất thấp. Năm 2001, than non chiếm khoảng 18% tổng sản lượng khai thác trên toàn thế giới. Ba nước đứng đầu về sản xuất than non đó là Đức (193 triệu tấn), Nga (110 triệu tấn), Mỹ (84 triệu tấn) với lượng than non sản xuất chiếm 41% tổng sản lượng của toàn thế giới năm 2001. Tình hình xuất nhập khẩu than trên thế giới theo khu vực trình bày trên Bảng 11.7.

Như vậy là chúng ta đã vừa điểm qua về khả năng cung cấp cũng như trữ lượng của các nguồn nhiên liệu chủ yếu được sử dụng trên thế giới. Đứng trước tình hình nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, các nước trên thế giới đang cố gắng khai thác thêm các nguồn nhiên liệu khác như hạt nhân, thủy lực, nguyên liệu gió, sinh học, năng lượng mặt trời, địa nhiệt, thủy triều hay pin năng lượng mà đã được đề cập ở phần B của tài liệu này. Trong phần C này chúng tôi chỉ nêu ra và phân tích kỹ hơn về những vấn đề nóng bỏng và những tồn đọng của cuộc chiến năng lượng đang diễn ra trên thế giới để nhằm đưa ra một cái nhìn tổng quan giúp cho việc cùng nhau tìm ra hướng đi chung để giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lượng trong tình hình hiện nay.

11.4. Năng lượng và các vấn đề về môi trường, thay đổi khí hậu

“Sản xuất và sử dụng năng lượng là nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi khí hậu”- Robert Priddle, Giám Đốc Điều Hành, Cơ quan nguyên tử Quốc Tế (IEA).

Khi đề cập về tình hình dự trữ, khai thác hay sử dụng các nguồn năng lượng nhất là nguồn năng lượng hóa thạch trên thế giới, chúng ta không thể bỏ qua những tác động trực tiếp cũng như gián tiếp của các hoạt động đó đối với môi trường. Hiện nay cũng như trong các thập kỷ sắp tới đây, việc làm sao để giảm thiểu khí nhà kính sinh ra trong quá trình sử dụng và đốt cháy năng lượng là một vấn đề vô cùng cấp thiết vì sự gia tăng lượng khí nhà kính sẽ gây ra sự thay đổi khí hậu toàn cầu do trái đất nóng lên và làm cho không khí trở nên ô nhiễm nặng nề. Trong phần này chúng ta sẽ đề cập đến các yếu tố do việc tiêu thụ năng lượng tác động lên môi trường, khí quyển do đó làm tăng các chất gây ô nhiễm cho không khí như chì, sulfur oxides, nitrogen oxides, các vật chất hữu cơ không ổn định. Ở nhiều quốc gia còn quan tâm đến cả việc giảm lượng thủy ngân tạo ra trong quá trình sản xuất điện năng để tránh gây ô nhiễm đất, sông ngòi, ao hồ và đại dương. Chúng ta sẽ đi theo 3 phần chính như sau: Lượng khí thải Carbon Dioxide trên toàn cầu gây ra do quá trình sử dụng năng lượng; Nghị định thư Kyoto về khí hậu, Giải pháp làm giảm ô nhiễm khi sử dụng năng lượng.

11.4.1. Khung cảnh toàn cầu về sự thải khí Carbon Dioxide (CO₂)

Tổng quan năng lượng năm 2004 (IEO2004) đã dự đoán về sự phát sinh khí thải CO₂ có liên quan tới năng lượng mà như đã nêu trên chủ yếu là khí thải carbon dioxide do con người gây ra trên toàn cầu (Hình 11.18). Căn cứ vào những kỳ vọng về tăng trưởng kinh tế khu vực và sự lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, trong IEO2004 đã cho thấy sự thải khí carbon dioxide trên toàn cầu sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều trong cùng một chu kỳ so với những năm 1990. Sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch tăng cao đặc biệt là ở những nước đang phát triển phải có trách nhiệm rất lớn đối với việc tăng rất nhanh lượng khí thải carbon dioxide bởi vì mức tăng trưởng kinh tế và sự gia tăng dân số cao hơn nhiều lần so với ở các nước công nghiệp hóa, mà cùng với nó sẽ là việc nâng cao mức sống, cũng như nhu cầu về năng lượng sử dụng trong quá trình công nghiệp hóa. Dựa vào Hình 11.19 về lượng khí thải CO2 trên toàn cầu, chúng ta có thể thấy rằng các nước đang phát triển sẽ chiếm đa phần trong việc sử dụng năng lượng trên thế giới. Thải khí nhà kính nhiều nhất trong số những nước này chính là Trung Quốc, quốc gia có tốc độ tăng trưởng thu nhập bình quân đầu người cũng như sử dụng nhiên liệu hóa thạch cao nhất.

Năm 2001, lượng khí thải CO₂ từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới 49% toàn cầu, tiếp theo sau đó là các nước đang phát triển chiếm 38%, các nước Đông Âu và Liên Xô cũ chiếm 13%. Tới năm 2025, các nước công nghiệp hóa được dự đoán là sẽ thải ra một lượng khí CO₂ chiếm 42% của lượng khí thải toàn cầu, trong khi đó lượng CO₂ thải ra ở các nước đang phát triển là 46%, Đông Âu và Liên Xô cũ vào khoảng 12% (Bảng 11.8). Dự đoán của IEO2004 cũng chỉ ra rằng, lượng khí thải CO₂ từ các nước đang phát triển có thể vượt trội hơn nhiều so với các nước công nghiệp hóa trong khoảng từ năm 2015 và 2020 (Hình 11.20).

Trong thế giới công nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO₂ năm 2001 là do sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó 31% lượng khí thải là do sử dụng than (Hình 11.21). Theo dự báo qua từng giai đoạn thì dầu vẫn là nguồn nhiên liệu chủ yếu gây ra khí thải CO₂ ở các quốc gia công nghiệp hóa vì nó vẫn là một phần quan trọng được sử dụng trong ngành vận tải. Sử dụng khí tự nhiên và lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng cũng được dự đoán là sẽ tăng lên, đặc biệt trong ngành công nghiệp điện và có thể lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng khí tự nhiên sẽ lên tới 24% vào năm 2025.

Dầu mỏ và than đã và đang được coi là năng lượng chính gây ra phần lớn lượng khí thải CO₂ ở các nước đang phát triển. Trung Quốc và Ấn Độ vẫn được cho là hai nước sử dụng nguồn than nội địa để dùng trong việc phát điện và các hoạt động công nghiệp. Hầu hết các khu vực đang phát triển vẫn sẽ tiếp tục sử dụng chủ yếu là dầu mỏ để đáp ứng các nhu cầu về năng lượng đặc biệt là năng lượng sử dụng trong lĩnh vực vận tải.

11.4.2. Nghị định thư Kyoto về cắt giảm khí nhà kính

Nhu cầu về năng lượng và cùng với nó là lượng khí thải CO₂ và các khí khác mà ta thường gọi chung là “khí nhà kính” đã và đang tăng lên trong suốt 50 năm qua. Sự tăng lên của lượng khí nhà kính này sẽ làm cho khí hậu toàn cầu ấm lên và kéo theo nhiều vấn đề khác liên quan. Sự thay đổi khí hậu là vấn đề quan tâm lớn nhất của toàn cầu có liên quan rất lớn đến việc sản xuất cũng như tiêu thụ năng lượng. Hội nghị của Liên Hợp Quốc về Sự thay đổi Khí hậu (UNFCCC) họp tại Kyoto tháng 12 năm 1997 đã đưa ra một thỏa thuận chung về khí hậu nhằm ngăn ngừa việc biến đổi khí hậu, gọi tắt là Nghị định thư Kyoto (Hình 11.22).

Nghị định thư Kyoto nêu rõ việc ngăn ngừa biến đổi khí hậu là trách nhiệm chung của tất cả các nước, song có phân biệt theo mức độ phát triển kinh tế, trong đó buộc 38 quốc gia công nghiệp[ii] phải hạn chế thải khí nhà kính (chủ yếu CO₂) để ngăn chặn hiện tượng nóng lên toàn cầu (Bảng 11.10). Theo đó, chậm nhất là vào năm 2012, 38 nước phải cắt giảm ít nhất là 5% lượng khí thải với năm 1990, riêng Mỹ phải giảm 7% vì nước này chỉ chiếm 6% dân số thế giới, nhưng nền sản xuất khổng lồ của họ lại gây ra 25% tổng lượng khí thải toàn cầu.

Để đạt được mục tiêu cắt giảm khí nhà kính như đã đề ra, các nước trong Annex I có thể tiến hành việc giám sát sự giảm lượng khí thải trong nước hay “phương thức linh hoạt” giữa các nước. Nghị định thư Kyoto về khí hậu sử dụng 3 cơ chế linh hoạt “flexible mechanisms” để giúp cho các nước đạt được chỉ tiêu cắt giảm khí nhà kính bằng một phương thức có hiệu quả thương mại nhất.

· Cơ chế Buôn bán khí thải quốc tế: Phương thức này cho phép các nước Annex I chuyển một lượng khí thải cho phép tới các nước khác trong Annex I bắt đầu từ năm 2008 với một mức giá cho phép. Ví dụ như một nước trong Annex I muốn giảm mức khí thải của mình năm 2010 xuống 10 triệu tấn CO₂ thì có thể bán lại chứng chỉ giảm lượng khí thải cho các nước sản sinh vượt trội lượng khí thải cho phép trong Annex I.

· Cơ chế Hợp tác thực hiện (JI): Phương thức này cho phép các nước trong Annex I thông qua Chính Phủ hay các tổ chức hợp pháp để đầu tư cho việc cắt giảm khí thải cho chính nước mình hay thu nhận các cách thực hiện từ các nước khác và áp dụng vào đất nước mình.

· Cơ chế phát triển sạch (CDM): Phương thức này tương tự như Hợp tác thực hiện nhưng việc cắt giảm khí thải có thể thực hiện cả ở các nước không nằm trong Annex I.

Việt Nam chúng ta dù dã đặt bút ký vào Nghị định thư Kyoto nhưng do là nước đang phát triển, chúng ta không bị bắt buộc giảm thải khí nhà kính, xong chúng ta cũng chủ trương tham gia và đẩy mạnh các dự án theo Cơ chế Phát triển sạch (CDM) và dự đoán chúng ta có thể thu được thêm khoảng 250 triệu USD từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải trong khoảng thời gian 2008-2012 tới. Chúng ta đã và đang tiến hành áp dụng CDM cho một số dự án tiêu biểu trong đó có dự án thu hồi khí đồng hành ở Mỏ dầu Rạng Đông.

Mục tiêu của Kyoto 1997 đó là làm giảm các khí thải độc hại như CO₂, methane, nitrous oxide, hydrofluorocarbons, perfluorocarbons và sulfur hexafluoride. Hiện nay thì lượng khí CO₂ vẫn chiếm thành phần chủ yếu trong các loại khí nhà kính ở hầu hết các nước Annex I, tiếp theo sau đó là methane và nitrous oxide[iii].

Nghị định thư Kyoto sẽ có hiệu lực sau 90 ngày kể từ khi có ít nhất 55 nước trong đó bao gồm cả các nước nằm trong Annex I, tạo ra tổng cộng 55% lượng khí nhà kính toàn cầu năm 1990, đặt bút phê chuẩn. Đến cuối năm 2003, 119 nước trên thế giới và Liên minh Châu Âu đã thông qua Hiệp định, bao gồm cả Canada, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Mexico, New Zealand và Nam Triều Tiên. 31 nước trong Annex I, thải ra 44,2% tổng lượng khí nhà kính năm 1990, đã đặt bút ký vào bản Hiệp ước. Sau nhiều hồi tranh cãi căng thẳng và gay cấn giữa Mỹ và các nước thành viên Annex I cũng như những cuộc nhóm họp căng thẳng cấp cao giữa các Bộ trưởng Môi trường của các nước trên thế giới, kể từ ngày 16/2/2005, Nghị định thư Kyoto đã chính thức có hiệu lực pháp lý sau khi Nga đồng ý phê chuẩn Hiệp định này. Chỉ riêng 2 quốc gia công nghiệp lớn là Mỹ và Úc không chịu phê chuẩn Nghị định thư Kyoto vì cho rằng việc phê chuẩn sẽ làm tổn hại đến nền kinh tế của họ. Hai quốc gia này cũng chỉ trích Kyoto 1997 vì đã không bắt hai nước đang phát triển mạnh là Trung Quốc và Ấn Độ tuân thủ theo Nghị định này. Theo nguồn tin ngày 28/7/2005 của BBC, Mỹ cùng 5 nước Châu Á- Thái Bình Dương đang dự thảo một Hiệp ước về khí hậu mới để cạnh tranh với Kyoto 1997, trong đó sẽ có mục chuyển giao công nghệ từ những nước công nghiệp sang những nước đang phát triển, nhưng các chi tiết của dự thảo này vẫn còn đang được giữ kín[iv].

Nhưng dù đã bắt đầu có hiệu lực, Nghị định thư Kyoto về cắt giảm khí nhà kính cũng không đủ sức để làm chậm bớt đi sự ấm lên toàn cầu, một thảm họa trước mắt của trái đất. Trái đất ấm lên sẽ làm băng ở Bắc Cực tan nhanh và gây ra lụt lội hay các tai biến thiên nhiên không lường trước được. Chính vì vậy, chúng ta cần có động thái tích cực và những biện pháp kiên quyết để ngăn chặn thảm họa này.

11.4.3. Giảm bớt ô nhiễm khi sử dụng năng lượng

Rất nhiều nước hiện nay đề ra những chính sách tại chỗ để hạn chế những khí thải khác CO₂ sinh ra do quá trình sử dụng năng lượng. Ô nhiễm không khí liên quan tới năng lượng đang gây chú ý đặc biệt gồm có nitrogen oxides, sulfur dioxide, chì, các chất thải dạng hạt, các chất thải hữu cơ có thể bay hơi… bởi vì chúng sẽ bay lên tầng ozone và hình thành tầng khói, gây mưa acid và nhiều vấn đề khác liên quan đến sức khỏe con người (Bảng 11.11). Nitrogen oxide sinh ra trong quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao như trong quá trình vận hành xe hơi, máy móc và các nhà máy phát điện. Sulfur dioxide sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa hàm lượng lưu hùynh cao dùng cho phát điện hay trong quá trình luyện kim, lọc dầu và các quá trình công nghiệp khác; lượng khí thải từ các nhà máy nhiệt điện phần lớn là sulfur oxide. Các chất thải hữu cơ bay hơi được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau như từ quá trình vận tải, nhà máy hóa chất, lọc dầu, các công xưởng. Để hạn chế lượng khí thải độc hại sinh ra do đốt cháy nhiên liệu, nhiều quốc gia đã chuyển từ việc sử dụng than sang sử dụng khí để phát điện. Để giảm lượng khí độc hại sinh ra trong quá trình vận tải, một số nước áp dụng công nghệ cao để tạo ra những loại máy móc hay ô tô đạt tiêu chuẩn cũng như hạn chế hàm lượng sulfur trong xăng, dầu để đảm bảo hạn chế đến mức tối đa lượng khí thải.

Chất thải chì được tạo ra trong quá trình máy móc vận hành sử dụng xăng pha chì. Ảnh hưởng độc hại của chì, đặc biệt là đối với trẻ em đã được nghiên cứu kỹ trong suốt 3 thập niên qua. Hầu hết các nước ở châu Phi, Liên Xô cũ, Trung Đông và Mỹ Latin là vẫn còn dùng xăng pha chì còn các nước khác, hiện nay đã chuyển sang dùng xăng không pha chì. Những nước vẫn còn dùng nhiên liệu pha chì thì xăng pha chì là nguyên nhân chủ yếu chiếm 90% khí thải có chì ở khu vực đô thị.

Thêm vào đó, ở nhiều nước chất thải có chứa thủy ngân sinh ra trong quá trình sử dụng năng lượng cũng đang trở thành một vấn đề đối với những nước công nghiệp. Lượng chất thải thủy ngân sinh ra do hoạt động của con người đối với các khu vực trên thế giới được trình bày trong Bảng 11.11. Trong vài thập kỷ qua, nhiều nước đã bắt đầu đánh giá tác động độc hại của thủy ngân đối với sức khỏe con người và môi trường. Thủy ngân là chất tích tụ bền vững trong cơ thể theo thời gian. Cá kiếm, cá hồi, các loài chim ăn cá và hải cẩu là những loài vật chịu ảnh hưởng nhiều nhất của việc tích tụ thủy ngân. Mặc dầu thủy ngân có mặt cả ở trên đất liền cũng như ở ngoài biển nhưng nó thường tập trung nhiều nhất trong hệ sinh thái biển. Chất thải chứa thủy ngân sinh ra trong quá trình sử dụng năng lượng đang trở thành mối quan tâm đặc biệt ở các nước công nghiệp. Nguồn gây ra thủy ngân do hoạt động của con người bao gồm các hoạt động như: đốt cháy năng lượng tĩnh, sản xuất kim loại màu, sản xuất gang, thép, xi măng, chế biến dầu khí và tiêu hủy rác. Trong những nguyên nhân vừa nêu trên thì việc phát điện, đốt cháy rác thải đô thị và chế biến dầu khí là có liên quan đến việc sử dụng năng lượng và hiện nay các nước đều đang tìm cách hạn chế lượng thủy ngân sinh ra do nhiệt điện, sử dụng than bằng cách thay thế nó bởi nguồn nhiên liệu khác, ví dụ như khí tự nhiên.

Và như vậy, để tóm tắt lại những gì mà chúng tôi vừa trình bày chi tiết ở trên, các vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu có thể được giải quyết phần nào nếu như chúng ta lưu ý đến mấy vấn đề sau trong quá trình sử dụng năng lượng:

· Cố gắng không sử dụng xăng dầu pha chì

· Kiểm soát và điều khiển lượng chất thải thủy ngân sinh ra trong quá trình sử dụng năng lượng.

· Xây dựng quy chế kiểm sóat các khí thải, sao cho hạn chế tới mức tối đa các khí thải độc hại.

Như vậy chúng tôi đã cố gắng trình bày những hiểu biết riêng của chúng tôi cũng như các kiến thức tham khảo được từ tài liệu Tổng quan về Năng lượng Thế giới của Cơ quan Năng lượng Quốc tế 4/2004, các bản tin của các Hãng thông tấn AP, AFP, Reuters, BBC, VnExpress, VNN đến thời điểm cuối tháng 7/2005. Mong sẽ đem lại một điều gì đó có ích cho các bạn để hiểu thêm về Toàn cảnh Bức tranh Năng lượng Toàn cầu.[v]

[i] Btu: British Thermal Unit, đơn vị nhiệt lượng Anh

[ii] Các nước trong Phụ chương I (Annex I) bao gồm: Úc, Áo, Bỉ, Bulgaria, Canada, Croatia, Cộng hòa Czech, Đan mạch, Estonia, Cộng đồng Châu Âu, Phần lan, Pháp, Đức, Hy lạp, Hungary, Iceland, Ireland, Ý, Nhật Bản, Latvia, Liechtenstein, Lithuania, Luxembourg, Monaco, Hà lan, New Zealand, Nauy, Bal an, Bồ Đào nha, Romania, Nga, Slovakia, Slovenia, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Ukraine và Mỹ.

Thổ Nhĩ Kỳ và Belarus cũng có tên trong Phụ Chương I nhưng không bị buộc phải tuân thủ theo Nghị định thư Kyoto. Nghị định thư Kyoto cũng đòi hỏi việc cắt giảm khí thải của 4 nước mà không có trong Phụ Chương I đó là: Croatia, Liechtenstein, Monaco và Slovenia.

Mặc dù Liên minh Châu Âu đã phê chuẩn Nghị định thư Kyoto nhưng vào thời điểm Nghị định thư được đề ra thì vẫn được viết theo tên cũ là Cộng đồng Châu Âu nên tên gọi này vẫn được sử dụng trong hầu hết các tài liệu liên quan đến Nghị định thư Kyoto.

[iii] Nitrous oxide (N₂O); nitrogen dioxide (NO₂); nitrogen oxides (NO_x); nitric oxide (NO)

[iv] Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, Nhật Bản, Úc và Mỹ thải ra gần 1/2 lượng khí nhà kính của toàn thế giới_ BBC News_ “Các nước đều không muốn các Chính sách khí hậu làm ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng kinh tế”

Bùi Thanh Huyền (http://vngg.energy.googlepages.com/buctranhthegioi)

HYDROGEN & PIN NHIÊN LIỆU

“Tôi tin rằng một ngày nào đó, nước sẽ được sử dụng như nhiên liệu, rằng hydrogen và oxy, hai thành phần tạo nên nước, được sử dụng đơn lẻ hay kết hợp, sẽ cung cấp một nguồn nhiệt và ánh sáng vô tận với mức độ mà than đá không thể so sánh được. Tôi tin rằng khi các mỏ than cạn kiệt, chúng ta sẽ sưởi ấm mình nhờ năng lượng từ nước. Nước sẽ là “than đá” của tương lai.” Jules Vernes (1874).

Hơn một trăm năm trước, Jules Verne trong cuốn tiểu thuyết viễn tưởng “Hòn đảo huyền bí” đã từng dự báo rằng nước sẽ là nguồn năng lượng của tương lai, giống như than đá đang thịnh hành thời bấy giờ vậy. Từ đó, một ý niệm đã được gợi mở, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học về một nguồn năng lượng lý tưởng, sạch và gần như vô tận cho con người: nước và một thành phần của nó, hydrogen.

Ngày nay, điều tiên đoán năm xưa đang dần trở thành hiện thực khi nhiều nước phát triển trên thế giới đã bắt đầu hoạch định mục tiêu hướng đến nền kinh tế hydrogen (hydrogen economy) trong chiến lược năng lượng của mình. Nền kinh tế hydrogen là gì? Nó đem lại những lợi ích nào cho cuộc sống? Tiến trình đi đến một nền kinh tế hydrogen có gặp những khó khăn cản trở nào không? Bài viết này cố gắng giải đáp lần lượt phần nào các câu hỏi đó, từ khái quát sơ lược các vấn đề kỹ thuật cơ bản, những công nghệ sản xuất, lưu trữ, ứng dụng hydrogen cho đến những nỗ lực hiện nay trên toàn cầu nhằm hướng đến viễn cảnh năng lượng sạch và bền vững trong tương lai.

15.1. Từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch đến nền kinh tế hydro

Như đã đề cập ở các phần trước, thế giới chúng ta đang bị phụ thuộc nặng nề vào một nền kinh tế nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu của đa số các phương tiện giao thông hiện tại: xe hơi, xe lửa, máy bay… là xăng dầu. Hơn nữa, một tỉ lệ khá cao các nhà máy điện là nhiệt điện dùng dầu hỏa, khí thiên nhiên hay than đá. Nếu không có nhiên liệu hóa thạch, nền kinh tế cùng với các phương tiện giao thông liên lạc, vận tải, sẽ rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ. Gần như toàn bộ nền kinh tế, chính xác hơn là toàn bộ xã hội hiện đại đã phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Trong khi nhiên liệu hóa thạch đóng một vài trò quan trọng trong việc đưa xã hội đến mức phát triển như ngày nay thì nó cũng tồn tại những vấn đề nhức nhối lớn: ô nhiễm không khí, các vấn đề môi trường như tràn dầu, nguy hiểm và nóng bỏng hơn cả là vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu cùng với sự nóng lên của trái đất. Ngoài ra, nhiên liệu hóa thạch chỉ là nguồn tài nguyên hữu hạn không thể được tái tạo, và nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch còn làm cho một số nước không có nhiều tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nước vốn có nguồn dầu dồi dào ở vùng Trung Đông, từ đó dẫn đến nhiều hệ quả chính trị và kinh tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ.

Giữa bối cảnh đó, khái niệm về một nền kinh tế hydro dựa trên nguồn năng lượng sạch, dồi dào phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại xuất hiện như một giải pháp đầy tiềm năng. “Nền kinh tế hydro” là một hệ thống lưu trữ, phân phối và sử dụng năng lượng dựa trên nhiên liệu chính hydrogen. Thuật ngữ này được tập đoàn General Motors đặt ra năm vào 1970. Nền kinh tế hydrogen hứa hẹn đẩy lùi tất cả những vấn đề do nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch đã gây ra.

Một cách tóm tắt, những lợi ích chính của nền kinh tế hydrogen là:

- Không gây ô nhiễm: khi hydrogen được sử dụng trong pin nhiên liệu, nó là một công nghệ hoàn toàn sạch. Sản phẩm phụ duy nhất sinh ra là nước, do đó sẽ không làm nảy sinh những vấn đề đáng lo ngại như tràn dầu ...

- Không thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính: quá trình điện phân nước tạo hydrogen không hề tạo nên khí nhà kính nào. Đó là một quá trình lý tưởng và hoàn hảo – điện phân hydrogen từ nước, hydrogen lại tái kết hợp với oxygen để tạo ra nước và cung cấp điện năng trong pin nhiên liệu.

- Không phụ thuộc về kinh tế: không dùng dầu mỏ cũng có nghĩa là không phải phụ thuộc vào các thùng dầu nhập khẩu từ nước ngoài.

- Hydrogen có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau: nhất là từ các nguồn năng lượng tái sinh.

Như vậy, những lợi ích về mặt môi trường, kinh tế và xã hội của hydrogen là rất đáng kể và ý nghĩa. Tất cả những thế mạnh này đã tạo nên cú hích mạnh mẽ hướng nhân loại tiến đến nền kinh tế hydrogen.

15.2. Sản xuất hydrogen

Hydrogen là nguyên tố phổ biến nhất, cấu thành đến 90% vật chất của vũ trụ (75% theo trọng lượng). Mặt Trời, hầu hết các ngôi sao và một số hành tinh như Jupiter ("sao" Mộc - hành tinh lớn nhất Thái Dương hệ) được tạo nên chủ yếu bởi hydrogen. Phản ứng tổng hợp hạt nhân giữa các đồng vị của hydrogen, deuterium và tritium đã cung cấp nguồn năng lượng khổng lồ cho mặt trời và các ngôi sao, nhờ đó duy trì sự sống.

Hydrogen là thành viên nhỏ nhất và có cấu trúc đơn giản nhất trong gia đình các nguyên tố hóa học, chỉ gồm một proton và một electron. Phân tử hydrogen chứa hai nguyên tử hydrogen, là khí không màu, không mùi, không vị, rất dễ cháy. Hydrogen có trọng lượng nhỏ nhất trong các loại khí và hydrogen dạng nguyên chất gần như không tồn tại trong tự nhiên.

Trên Trái Đất, hydrogen phần lớn ở dạng kết hợp với oxygen trong nước, hay với carbon và các nguyên tố khác trong vô số các hợp chất hữu cơ tạo nên cơ thể mọi loài động thực vật. Khác với các nguồn năng lượng cơ bản (ví dụ như dầu mỏ có thể bơm trực tiếp từ lòng đất lên rồi sử dụng), hydrogen là nguồn năng lượng thứ cấp, tức là chúng không thể được khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ một nguồn sơ cấp ban đầu. Điều này là một điểm bất lợi, nhưng đồng thời lại là điểm mạnh của hydrogen do người ta có thể sản xuất khí hydrogen từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt từ các nguồn năng lượng tái sinh.

Có ba phương pháp cơ bản tạo ra hydro:

+ Phương pháp chuyển hóa hydrocarbon (nhiên liệu hóa thạch, sinh khối) bằng nhiệt (Reforming)

+ Phương pháp điện phân nước (Electrolysis)

+ Phương pháp sinh học (Biological method)

15.2.1 Hóa nhiệt nhiên liệu hydrocarbon

a) Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước (Natural gas steam reforming)
Quá trình này gồm hai bước chính.

Trước hết, khí thiên nhiên (với thành phần chủ yếu là methane) được tách carbon và chuyển hóa thành hydrogennhờ hơi nước dạng siêu nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác thích hợp ở nhiệt độ khoảng 900°C.

CH₄ + H₂O => CO + 3 H₂ (15.1)

Carbon mono-oxide sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen.

CO + H₂O => CO₂ + H2 (15.2)

Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen. Tuy nhiên phương pháp này không được áp dụng để tạo một nguồn năng lượng mà chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các ngành hóa chất, phân bón, tinh lọc dầu mỏ v.v.

b) Khí hóa hydrocarbon nặng (Gasification heavy hydrocarbon)

Thuật ngữ hydrocarbon nặng là để nói đến dầu mỏ và than đá. Than đá trước khi khí hóa phải được nghiền thành dạng bột rồi hòa trộn với nước. Thông thường, nhiên liệu được hóa nhiệt ở khoảng 14000C với oxygen hay không khí (oxygen hóa không hoàn toàn), tạo ra hỗn hợp gồm hydrogen, carbon mono oxide (CO) và vài sản phẩm phụ. CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen, tương tự như bước thứ hai của quá trình hóa nhiệt khí thiên nhiên.

Rõ ràng đây không phải là phương pháp tối ưu. Bất lợi lớn nhất của nó là sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu và đồng thời cũng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho quá trình. Nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên hữu hạn, thêm vào đó, việc đốt chúng tạo ra khí carbonic gây hiệu ứng nhà kính. Do đó phương pháp này xét về lâu dài không bền vững.

Tuy vậy, phương pháp sản xuất khí hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch đã và sẽ còn chiếm ưu thế trong tương lai gần. Lý do chính yếu là do trữ lượng nhiên liệu hóa thách còn tương đối dồi dào, nhất là đối với khí thiên nhiên. Hơn nữa, những công nghệ này (phương pháp sản xuất hydrogen công nghiệp từ khí thiên nhiên nói riêng và nhiên liệu hóa thạch nói chung) đã khá quen thuộc trong công nghiệp hóa chất, trong khi cơ sở hạ tầng cho việc phát triển sản xuất hydrogen từ các nguồn khác còn thiếu thốn. Vì vậy, một khi nhiên liệu hóa thạch vẫn còn rẻ thì phương pháp này vẫn có chi phí thấp nhất. Thêm vào đó, để hạn chế mặt tiêu cực này của nhiên liệu hóa thạch, ta có thể dùng công nghệ tách khí carbonic rồi thu hồi và chôn lấp chúng (Xem thêm Chương 13).

c) Quy trình hiện đại tạo ra hydrogen từ khí thiên nhiên mà không thải ra CO₂

Từ những năm 1980, Kværner - một tập đoàn dầu khí của Na Uy đã phát triển công nghệ mang tên "Kværner Carbon Black and Hydrogen Process" (KCB&H). Nhà máy đầu tiên dựa trên quy trình Kværner hiện đại này đặt ở Canada và bắt đầu sản xuất vào tháng 6 năm 1999. Quy trình cung plasma - Kværner ở nhiệt độ cao (16000C) tách hydrogen và than hoạt tính từ hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ hay khí thiên nhiên mà không thải ra CO2.

Than đen tinh khiết này được dùng trong sản xuất vỏ xe hơi và dùng như chất khử trong công nghiệp luyện kim. Nhờ một số tính chất đặc biệt mà chúng còn có thể dùng để lưu trữ hydrogen (ống carbonnano).

d) Khí hóa sinh khối và nhiệt phân (biomass gasification and pyrolysis)

Sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất hydrogen. Đầu tiên, sinh khối được chuyển thành dạng khí qua quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao có tạo ra hơi nước. Hơi nước chứa hydrogen được ngưng tụ trong các dầu nhiệt phân và sau đó có thể được hóa nhiệt để sinh ra hydrogen. Quá trình này thường tạo ra sản lượng hydrogen khoảng từ 12%-17% trọng lượng hydrogen của sinh khối. Nguyên liệu cho phương pháp này có thể gồm các loại mảnh gỗ bào vụn, sinh khối thực vật, rác thải nông nghiệp và đô thị v.v. Do các chất thải sinh học được sử dụng làm nguyên liệu như vậy, phương pháp sản xuất hydrogen này hoàn toàn tái tạo được (renewable) và bền vững.

15.2.2. Điện phân nước

Phương pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí hydrogen và oxygen. Quá trình gồm hai phản ứng xảy ra ở hai điện cực. Hydrogen sinh ra ở điện cực âm và oxygen ở điện cực dương:

Phản ứng trên cathode: 2 H₂O + 2e- => H₂ + 2 OH^- (15.3)

Phản ứng trên anode: 2 OH^- => H₂O + ½ O₂ + 2e- (15.4)

________________________________________________________

Tổng quát: 2 H₂O + điện năng => 2 H₂ + O₂ (15.5)

Sau đây là một số các dạng điện phân phổ biến:

a) Điện phân thông thường

Quá trình tiến hành với chất điện phân là nước hay dung dịch kiềm. Hai phần ode và cathode được tách riêng bởi màng ngăn ion (microporous) để tránh hòa lẫn hai khí sinh ra.

b) Điện phân nước áp suất cao

Điện phân nước áp suất cao có thể sinh ra hydrogen ở áp suất đến 5 MPa. Quá trình vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và hoàn thiện dần.

c) Điện phân nước ở nhiệt độ cao

Ưu điểm của phương pháp này là đưa một phần năng lượng cần thiết cho quá trình điện phân ở dạng nhiệt năng, nhiệt độ 800-10000C vào quá trình, do đó có thể hạn chế bớt lượng điện năng tiêu thụ. Nhiều nghiên cứu đã hướng đến việc thu nhiệt từ các chảo parabol tập trung năng lượng mặt trời hay tận dụng nhiệt thừa từ các trạm năng lượng.

d) Quang điện phân (photoelectrolysis)

Các panel mặt trời, chất bán dẫn (ứng dụng hiện tượng quang điện), chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng. Khí hydrogen được sinh ra khi dòng quang điện này chạy qua thiết bị điện phân đặt trong nước. Sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện dùng trong điện phân nước, tương tự, chúng ta cũng có thể sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, thủy điện để điện phân nước tạo ra hydrogen. Như thế việc sản xuất hydrogen sẽ là một quá trình sạch (không khí thải), tái sinh và bền vững.

15.2.3. Phương pháp sinh học
Một số tảo và vi khuẩn chuyên biệt có thể sản sinh ra hydrogen như là sản phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất của chúng. Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydrogenvà oxygen. Hiện tại, phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Ví dụ của phương pháp này là việc ứng dụng một loại tảo đơn bào có tên Chlamydomonas reinhardtii. Các nghiên cứu cho thấy loại tảo này chứa enzyme hydrogenase có khả năng tách nước thành hai thành phần hydrogen và oxygen. Các nhà khoa học đã xác định được cơ chế quá trình, điều này có thể giúp mang lại một phương pháp gần như vô hạn để sản xuất hydrogen sạch và tái sinh. Cơ chế này đã phát triển qua hàng triệu năm tiến hóa giúp tảo tồn tại trong môi trường không có oxygen. Một khi ở trong chu trình này, tảo "thở" bằng oxygen lấy từ nước và giải phóng ra khí hydrogen.

Gần đây, các nhà khoa học tại trung tâm năng lượng hydrogen của trường ĐH tiểu bang Pennsylvania cũng đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo ra hydrogen từ quá trình vi khuẩn phân hủy các chất thải hữu cơ sinh học, như nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp v.v. Ứng dụng nghiên cứu này sẽ mở ra triển vọng to lớn đầy hữu ích, vừa kết hợp xử lý nước thải và vừa sản xuất hydrogen cung cấp cho pin nhiên liệu vi khuẩn (micro-fuel cell), tạo ra điện năng.

15.3. Lưu chứa hydrogen

Với vai trò "chuyên chở" năng lượng (energy carrier) hơn là một nguồn năng lượng cơ bản, giống như điện năng, hydrogen giúp cho việc phân phối, sử dụng năng lượng được thuận tiện. Thêm vào đó, khác với điện năng, hydrogen còn có thể lưu trữ được lâu dài. Về cơ bản có ba phương thức lưu trữ hydrogen như sau:

(i) Lưu chứa hydrogen trong các bình khí nén áp suất cao.

(ii) Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng.

(iii) Lưu chứa hydrogen trong hợp chất khác (hấp thụ hóa học, hấp phụ trong hợp chất khác như với các hyđrua kim loại hay ống carbon nano rỗng).

15.3.1. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí nén

Hydrogen có thể được nén trong các bình chứa với áp suất cao. Các loại bình chứa khác nhau về cấu trúc tùy theo dạng ứng dụng đòi hỏi mức áp suất như thế nào. Phần lớn các bình ứng dụng tĩnh có mức áp suất thấp hơn. Trong khi đó, yêu cầu cho các ứng dụng di động lại khá khác biệt bởi sự hạn chế về không gian lưu trữ. Đối với các ứng dụng này, áp suất trong bình được tăng lên đến 700 bar để chứa được càng nhiều hydrogen càng tốt trong một không gian giới hạn.

Các bình áp suất chứa khí nén thường làm bằng thép nên rất nặng. Các bình áp suất hiện đại được làm từ những vật liệu composite và nhẹ hơn nhiều.

15.3.2. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng

Hydrogen chỉ tồn tại ở thể lỏng dưới nhiệt độ cực lạnh, 20⁰K hay âm 235⁰C. Nén, làm lạnh (hóa lỏng) hydrogen tiêu tốn khá nhiều năng lượng, do đó tổn thất năng lượng hao hụt đến khoảng 30% khi dùng phương pháp này. Tuy nhiên, ưu điểm của việc lưu trữ hydrogen dưới dạng lỏng là tốn ít không gian nhất, do hydrogen có tỉ trọng năng lượng theo thể tích cao nhất khi hóa lỏng. Vì thế mà cách này đặc biệt thích hợp với các ứng dụng di động như các phương tiện giao thông. Hiện tại người ta đã sản xuất được những robot tự động để “tiếp” nhiên liệu (re-fuelling). Với các dạng lưu trữ tĩnh, cách thức này chỉ được dùng khi hydrogen thực sự cần thiết phải ở dạng lỏng, ví dụ như trong các trạm nhiên liệu hay khi cần vận chuyển hydrogen đường dài (bằng tàu biển chẳng hạn). Ngoài ra, với tất cả các ứng dụng khác ta nên tránh dùng cách lưu trữ này bởi sự tiêu tốn khá nhiều năng lượng cần để hóa lỏng.

15.3.3. Lưu chứa hydrogen nhờ hấp thụ hóa học

Hydrogen có thể được giữ trong nhiều hợp chất nhờ liên kết hóa học. Và khi cần thiết, phản ứng hóa học sẽ xảy ra để giải phóng chúng, sau đó hydrogen được thu thập và đưa vào sử dụng trong pin nhiên liệu. Các phản ứng hóa học thay đổi tủy theo hợp chất dùng để lưu trữ hydrogen. Ví dụ như: với NH₃BH₃, hydrogen được giải phóng nhờ nhiệt ở 100-300⁰C; hay hydrogen có thể được giải phóng qua quá trình thủy phân (tác dụng với nước) của các hydride như LiH, LiBH₄, NaBH₄... Với phương pháp này, ta có thể điều chỉnh được lượng hydrogen sinh ra theo nhu cầu.

15.3.4. Lưu chứa hydrogen trong các hyđrua kim loại (metal hydride)

Phương pháp này sử dụng một số hợp kim có khả năng độc đáo, có thể hấp phụ hydrogen. Các hợp kim này hoạt động giống như miếng xốp có thể hút nước vậy, chúng “hút bám” hydrogen, tạo nên các hyđrua kim loại. Khi một hyđrua kim loại được “lấp kín” dần với các nguyên tử khí hydrogen, nó sẽ tỏa nhiệt, do đó, khi muốn giải phóng hydrogen, ta sẽ phải cung cấp nhiệt cho nó.

Công thức tổng quát của quá trình hấp phụ và nhả hấp hyđrua kim loại:

M + xH₂ <=> MH_2x (15.6)

Phương pháp này có thể chứa được một lượng rất lớn thể tích khí hydrogenhấp phụ vào kim loại. Tuy nhiên, lượng hydrogen hấp phụ chỉ chiếm khoảng 1% - 2% tổng trọng lượng bình chứa (kim loại). Vì thế mà các bình chứa dạng này khá nặng và vì vậy chúng không thể sử dụng trong các ứng dụng di động.

Ưu điểm của phương pháp này là hầu hết các hyđrua kim loại có thể hoạt động ở áp suất bình thường, do đó xét về mặt sử dụng và an toàn, đây là những điểm thuận lợi của việc lưu trữ hydrogen nhờ các hyđrua kim loại. Muốn giải phóng khí hydrogen cần cung cấp nhiệt, vì thế, trường hợp các thùng chứa bị bể vỡ chẳng hạn thì hydrogen vẫn giữ kết nối trong kim loại mà không bị hao hụt.

Lưu trữ hydrogen bằng các hyđrua kim loại hiện nay đang được ứng dụng nhiều trong các tàu ngầm.

15.3.5. Lưu chứa hydrogen trong ống carbon nano rỗng

Phương pháp này về nguyên tắc tương tự như hyđrua kim loại trong cơ chế lưu giữ và giải phóng hydrogen. Vật liệu carbon nano này có thể tạo nên một cuộc cách mạng trong công nghệ lưu trữ hydrogen trong tương lai. Cách đây vài năm, các nhà khoa học đã khám phá được đặc tính hữu ích của carbon nano là có thể chứa được những lượng lớn hydrogen trong các vi cấu trúc than chì dạng ống. Hydrogen có thể chui vào trong ống, cũng như vào khoảng trống giữa các ống. Lượng hydrogen hấp thụ phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, nên về nguyên tắc, người ta có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ, rồi bơm hydrogen vào để lưu trữ, hay đẩy hydrogen ra để sử dụng. Vấn đề hiện nay là phải tìm ra các loại ống nano carbon chứa được nhiều hydrogen. Ngoài ra, ta cũng cần vật liệu với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với nhiều loại bụi than khác.

Ưu điểm mang tính đột phá của công nghệ nano này chính là lượng lớn hydrogen mà nó có thể lưu chứa được, hơn nữa, so với cách lưu trữ bằng hợp kim thì ống carbon nano cũng nhẹ hơn. Ống carbon nano có thể chứa được lượng hydrogen chiếm từ 4% - 65% trọng lượng của chúng. Hiện nay, công nghệ này đang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, hứa hẹn một phương thức lưu trữ hydrogen đầy tiềm năng, nhất là cho các ứng dụng pin nhiên liệu di động và nhỏ gọn như máy tính xách tay, máy ảnh, điện thoại di động...v.v.

Ngoài ra, còn một phương pháp lưu trữ hydrogen khác tuy ít phổ biến nhưng cũng khá thú vị, đó là chứa hydrogen trong các vi cầu bằng kính.

15.3.6. Lưu chứa hydrogen trong các vi cầu thủy tinh (glass microsphere)

Các khối cầu thủy tinh rỗng tí hon có thể được dùng như một phương thức lưu trữ hydrogen an toàn. Những vi cầu rỗng này được làm nóng dẻo, gia tăng khả năng thấm của thành thủy tinh, rồi được lấp đầy khi được đặt ngập trong khí hydrogen với áp suất cao. Các khối cầu này sau đó được làm nguội, "khóa lại" hydrogen bên trong khối thủy tinh. Khi ta tăng nhiệt độ, hydrogen sẽ được giải phóng ra khỏi khối cầu và sử dụng. Phương pháp vi cầu này rất an toàn, tinh khiết và có thể chứa được hydrogen ở áp suất thấp, vì thế gia tăng giới hạn an toàn.

15.4. Vấn đề an toàn

Hydrogen là khí không màu, không mùi, không vị và rất hoạt động. Khi hydrogen cháy nó mang mối nguy hiểm tiềm ẩn bởi ngọn lửa của nó không thể nhận thấy bằng mắt thường. Do đó nó có thể lan đi mà người ta không thể nhận biết để cảnh báo. Tuy nhiên, trong chừng mực nào đó, hydrogen cháy an toàn hơn các nhiên liệu hóa thạch thông thường. Hydrogen có tốc độ bừng cháy rất cao và tiêu tán mau. Do đó, những vụ cháy, thậm chí bắt nguồn từ hydrogen lỏng, thường bùng lên rất nhanh rồi hết. Theo tính toán của các nhà khoa học cho thấy ở một vụ cháy xe cộ liên quan đến xăng dầu, đám cháy có thể kéo dài hai mươi đến ba mươi phút, trong khi đó, ngọn lửa từ đám cháy của chiếc xe chạy bằng lượng hydrogen tương đương chỉ kéo dài từ một đến hai phút!

Hydrogen khi bị đốt cháy sinh ra nhiệt và hơi nước. Do không có carbon, hơn nữa hơi nước lại là chất hấp thụ nhiệt nên hydrogen cháy tỏa nhiệt ít hơn nhiều so với khi các hydrocarbon cháy và đám cháy không lan đi, chỉ có những vật trực tiếp bị đốt dưới ngọn lửa đó mới bị cháy nặng. Những vật khác ở gần ngọn lửa sẽ khó mà tự bắt cháy được. Vì thế mà mối nguy hiểm về khói độc và việc cháy lan kéo dài đối với hydrogen đã được giảm đi đáng kể. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong vấn đề cứu hỏa.

Tỉ trọng thấp và khả năng khuếch tán nhanh cho phép hydrogen thoát nhanh vào khí quyển nếu như có sự rò rỉ xảy ra. Trong khi đó, propane và xăng dầu, với tỉ trọng cao và khả năng khuếch tán thấp, dễ tụ lại gần mặt đất, làm gia tăng rủi ro cháy nổ. Hydrogen phải đạt đến nồng độ 4% trong khí quyển mới gây nguy hiểm, khi đó khả năng bắt lửa của hydrogen sẽ tăng lên nhanh. Mặc dù nồng độ 4% xem như không cao, nhưng nếu so sánh với nồng độ cần đạt để bốc cháy của xăng dầu chỉ có 1%, hydrogen cho thấy mức rủi ro cháy nổ thấp hơn đáng kể.

Hydrogen không độc và không ăn mòn. Xăng và dầu rất độc với con người và sinh vật nếu như vô tình chúng bị rò rỉ ra môi trường bên ngoài. Trong khi đó, nếu hydrogen bị thoát ra, chúng sẽ bay hơi gần như hoàn toàn và chỉ để lại nước đằng sau.

15.5. Ứng dụng nhiên liệu hydrogen

Chúng ta đã khá quen thuộc với hình ảnh hydrogen như là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp hóa học: chế tạo ammonia, methanol, lọc dầu, phân bón, luyện kim, mỹ phẩm, chất bán dẫn v.v. Thế nhưng, không chỉ có vậy, hydrogen còn là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng với nhiều ưu điểm thuận lợi về môi trường và kinh tế. Hydrogen là nguồn năng lượng sạch, gần như không phát thải khí ô nhiễm mà chỉ sinh ra hơi nước. Từ nước qua quá trình điện phân ta lại có thể thu được hydrogen. Vì vậy, hydrogen là nguồn năng lượng gần như vô tận hay có thể tái sinh được. Hơn nữa, xét về mặt trọng lượng, hydrogen có tỉ trọng năng lượng cực kỳ cao. Trên thực tế, nhờ hai đặc tính nhẹ và tỉ trọng năng lượng cao này, hydrogen đã được dùng làm nhiên liệu cho tên lửa từ những buổi ban đầu của công nghệ du hành không gian.

Khi dùng làm nhiên liệu, hydrogen có thể được đốt trực tiếp trong các động cơ đốt trong, tương tự như trong các loại phương tiện giao thông chạy bằng xăng dầu phổ biến hiện nay. Hydrogen cũng có thể thay thế khí thiên nhiên để cung cấp năng lượng cho các nhu cầu dân dụng hàng ngày như đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng...v.v.Mặt khác, hydrogen còn có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu, nhờ quá trình điện hóa để tạo ra điện năng. Bên cạnh những ưu điểm của hydrogen như đã nêu trên (sạch, tái sinh...), pin nhiên liệu còn chạy rất êm, không gây ra tiếng động, chấn động như động cơ đốt trong. Do dựa trên cơ chế của quá trình điện hóa tạo ra điện năng chứ không phải quá trình đốt như ở động cơ đốt trong, pin nhiên liệu còn đạt hiệu suất sử dụng cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong, vì thế mà tiết kiệm năng lượng hơn. Với những ưu thế vượt trội đó, pin nhiên liệu đang ngày càng được quan tâm và dự đoán sẽ trở nên nguồn nhiên liệu đầy triển vọng, một thành phần chủ chốt của nền kinh tế hydrogen trong viễn cảnh tương lai.

15.6. Pin nhiên liệu

Trong khi thế kỉ 19 được mệnh danh là thế kỉ của động cơ hơi nước và thế kỉ 20 là thế kỉ của động cơ đốt trong thì ta có thể nói, thế kỉ 21 sẽ là kỉ nguyên của pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu hiện nay đang dần được phổ biến trên thị trường, dự đoán sẽ tạo nên cuộc cách mạng năng lượng trên thế giới trong tương lai. Pin nhiên liệu có thể sử dụng hydrogen làm nhiên liệu, mang đến triển vọng cung cấp cho thế giới một nguồn điện năng sạch và bền vững.
Tương tự như ắc quy, pin nhiên liệu là một thiết bị tạo ra điện năng thông qua cơ chế phản ứng điện hóa. Điểm khác biệt nằm ở chỗ, pin nhiên liệu có thể tạo ra dòng điện liên tục khi có một nguồn nhiên liệu cung cấp cho nó, trong khi đó, ắc quy cần phải được nạp điện lại (sạc) sau một thời gian sử dụng. Vì thế mà pin nhiên liệu không chứa năng lượng bên trong, nó chuyển hóa trực tiếp nhiên liệu thành điện năng, trong khi ắc quy cần phải được nạp điện lại từ một nguồn bên ngoài.

Mỗi pin nhiên liệu gồm có hai điện cực âm (cathode) và dương (anode). Phản ứng sinh ra điện năng xảy ra tại hai điện cực này. Giữa hai điện cực còn chứa chất điện phân, vận chuyển các hạt điện tích từ cực này sang cực khác, và chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng. Các module pin nhiên liệu thường kết nối với nhau, song song hay trực tiếp để tạo ra các thiết bị có mức công suất phát điện khác nhau và lớn hơn.

Hai nhiên liệu cơ bản cần thiết cho pin nhiên liệu vận hành chỉ đơn giản là hydrogen và oxygen. Lợi thế hấp dẫn của pin nhiên liệu là ở chỗ nó tạo ra dòng điện sạch, rất ít ô nhiễm, do sản phẩm phụ của quá trình phát điện cuối cùng chỉ là nước, không hề độc hại.
Các phản ứng hóa học tạo ra dòng điện chính là chìa khóa trong cơ chế hoạt động của pin nhiên liệu. Có nhiều loại pin nhiên liệu và mỗi kiểu vận hành một cách khác nhau nhưng cùng chung nguyên tắc cơ bản. Khi những nguyên tử hydrogenđi vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy ra ở anode sẽ lấy đi electron của chúng. Những nguyên tử hydrogenl úc này bị ion hóa và mang điện tích dương. Electron điện tích âm sẽ chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều.Oxygen đi vào cathode và, trong một số dạng pin nhiên liệu, chúng sẽ kết hợp với các electron từ dòng điện và những ion hydrogen vừa đi qua chất điện phân từ anode; ở một số dạng pin nhiên liệu khác, oxygen lấy electron rồi đi qua chất điện phân đến anode, gặp và kết hợp với các ion hydrogen tại đó.

Chất điện phân đóng vai trò quyết định chủ chốt. Nó phải chỉ cho phép những ion thích hợp đi qua giữa anode và cathode; vì nếu electron tự do hay các chất khác cũng có thể đi qua chất điện phân này, chúng sẽ làm hỏng các phản ứng hóa học. Dù cùng gặp ở anode hay cathode, kết hợp với nhau, hydrogen và oxygen cuối cùng cũng tạo ra nước, thoát ra khỏi pin. Pin nhiên liệu sẽ liên tục phát điện khi vẫn được cung cấp hydrogen và oxygen. Dưới đây là sơ đồ mô tả hai phản ứng cơ bản trong pin nhiên liệu mà phản ứng tồng quát của chúng chính là phản ứng nghịch của quá trình điện phân nước:

Phản ứng trên anode: 2 H₂ => 4 H⁺ + 4e^- (15.7)

Phản ứng trên cathode: O₂ + 4 H⁺ + 4e^- => 2 H₂O (15.8)

__________________________________________________________

Tổng quát: 2 H₂ + O₂ => 2 H₂O + năng lượng (điện) (15.9)

Phản ứng hóa học tổng quát cho pin nhiên liệu còn tương tự như phản ứng hóa học mô tả quá trình hydrogen bị đốt cháy với sự hiện diện của oxy, tức cũng là sự kết hợp giữa khí hydrogenvà oxygen tạo nên năng lượng; điểm làm nên sự khác biệt quan trọng giữa hai quá trình đó nằm ở cơ chế phản ứng - phản ứng cháy tạo ra nhiệt trong khi phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu sinh ra điện năng. Pin nhiên liệu chuyển đổi trực tiếp hóa năng thành điện năng, quá trình này không liên quan đến sự chuyển hóa nhiệt thành cơ năng nên không phải là đối tượng của định luật nhiệt động lực học giới hạn hiệu suất tối đa của các động cơ nhiệt thông thường (Carnot) . Do đó, hiệu suất pin nhiên liệu có thể vượt được giới hạn Carnot, thậm chí ngay cả khi vận hành ở nhiệt độ tương đối thấp.

15.7. Các loại pin nhiên liệu Pin nhiên liệu cũng có một số kiểu khác nhau, chủ yếu ở chất điện phân mà chúng sử dụng. Trong khi có chất chỉ cho phép proton (H⁺) đi qua thì có chất khác chỉ cho các phân tử phức tạp đi xuyên qua màng. Các chất điện phân chúng sử dụng cũng được lấy làm tên gọi để phân biệt các dạng pin nhiên liệu khác nhau, ví dụ như: AFC - pin nhiên liệu kiềm, PEMFC - pin nhiên liệu màng trao đổi proton), PAFC - pin nhiên liệu axit phosphoric, MCFC – pin nhiên liệu muối carbonate nóng chảy, SOFC – pin nhiên liệu oxit rắn… Mỗi dạng pin nhiên liệu có chế độ vận hành và những ứng dụng khác nhau sẽ được lần lượt giới thiệu dưới đây.

a) AFC (Alkaline Fuel Cell) - pin nhiên liệu alkali (kiềm).

Pin nhiên liệu alkali (kiềm) vận hành với khí hydrogen nén và oxy, dùng dung dịch kiềm KOH làm chất điện phân. Hiệu suất pin khoảng 70%, và hoạt động ở từ 150 đến 200 độ C. Công suất đầu ra khoảng từ 300W đến 5kW. Do nhỏ, nhẹ, hiệu suất cao nên phần lớn loại pin nhiên liệu alkali này thường được dùng trong các phương tiện xe cộ, giao thông.

Phản ứng trên anode: 2 H₂ + 4 OH^- => 4 H₂O + 4e^- (15.10)

Phản ứng trên cathode: O₂ + 2 H₂O + 4e^- => 4 OH^- (15.11)

________________________________________________________

Tổng quát: 2 H₂ + O₂ => 2 H₂O + năng lượng (điện) (15.12)

Pin nhiên liệu alkali đã từng được NASA chọn sử dụng trong các chương trình không gian như đội tàu Con Thoi và các phi thuyền Apollo, chủ yếu bởi vì năng lượng sinh ra đạt hiệu suất đến 70%. Điều thú vị là, không chỉ cung cấp năng lượng dưới dạng điện năng, pin nhiên liệu alkali còn cung cấp nước uống cho các phi hành gia. Nó đòi hỏi nhiên liệu hydrogen tinh khiết và chất xúc tác điện cực bằng Platin (bạch kim). Vì thế mà pin nhiên liệu alkali vẫn còn khá đắt đỏ để thương mại hóa cho các sản phẩm thông thường. Tuy nhiên, một số công ty đang tìm cách giảm giá thành và tăng tính đa dụng của loại pin nhiên liệu này.

Tháng 7/1998, công ty “xe cộ không phát thải” ZEVCO (the Zero Emission Vehicle Company) đã tung ra chiếc taxi mẫu đầu tiên tại London nước Anh . Chiếc taxi sử dụng một bộ pin nhiên liệu alkali 5kW, chất xúc tác cobalt được thay cho bạch kim (platin) để giảm chi phí, xe chạy không sinh ra khí độc và vận hành rất êm, gần như không gây tiếng động như những taxi chạy bằng động cơ đốt trong thông thường.

b) MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) - pin nhiên liệu muối carbonate nóng chảy.

MCFC dùng các muối carnonate của Na và Mg ở nhiệt độ cao làm chất điện phân. Hiệu suất pin đạt từ 60 đến 80%, vận hành ở nhiệt độ khoảng 650⁰C. Các đơn vị có công suất đầu ra 2 MW được kết hợp với nhau và có thể thiết kế cho công suất đến 100 MW. MCFC dùng chất xúc tác điện cực nikel nên không đắt lắm so với xúc tác điện cực bạch kim của AFC. Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng có mặt hạn chế về vật liệu và an toàn. Bên cạnh đó, ion carbonate từ chất điện phân sẽ bị sử dụng hết trong phản ứng, đòi hỏi phải tiếp thêm khí carbonic bù vào.

Phản ứng trên anode: CO₃^2- + H₂ => H₂O + CO₂ + 2e^- (15.13)

Phản ứng trên cathode: CO₂+ ½ O₂ + 2e^- => CO₃^2- (15.14)

Tổng quát: H₂(k) + ½ O₂(k) + CO₂ (cathode) => H₂O(k) + CO₂ (anode)+ điện năng (15.15)

Pin nhiên liệu MC vận hành ở nhiệt độ khá cao, vì thế đa số các ứng dụng của nó là các nhà máy, trạm phát điện lớn (ứng dụng tĩnh). Nhiệt độ cao của quá trình vận hành có thể được tận dụng tạo nên thêm một nguồn năng lượng bổ sung từ nhiệt thừa để sưởi ấm, dùng cho các quá trình công nghiệp hay động cơ hơi nước sinh ra thêm điện năng. Nhiều nhà máy nhiệt điện chạy bằng gas đã áp dụng hệ thống này, gọi là cogeneration (phát điện kết hợp). Nhật Bản, Hoa Kỳ đã ứng dụng công nghệ này, xây dựng các nhà máy điện pin nhiên liệu MC từ thập kỉ 90 của thế kỉ trước.

c) PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) – pin nhiên liệu axit phosphoric.

PAFC dùng axit phosphoric làm chất điện phân, cơ chế phản ứng như sơ đồ (15.7)-(15.9). Hiệu suất pin có thể đạt từ 40 đến 80%, và nhiệt độ vận hành nằm trong khoảng 150 đến 200 độ C. Các pin nhiên liệu PAFC hiện tại có công suất đến 200 kW, và thậm chí 11 MW đã được thử nghiệm. PAFC có thể chịu được nồng độ CO khoảng 1,5%, do đó mở rộng khoảng chọn lựa loại nhiên liệu mà chúng có thể sử dụng. PAFC đòi hỏi điện cực bạch kim, và các bộ phận bên trong phải chống chịu được ăn mòn axit.

PAFC được phát triển, kiểm tra thực nghiệm từ giữa thập kỉ 60 và 70 của thế kỉ trước, là dạng pin nhiên liệu đầu tiên được thương mại hóa trên thị trường nên đến ngày nay PAFC đã có được nhiều cải tiến đáng kể nhằm giảm chi phí và tăng tính ổn định, chất lượng hoạt động. Hệ thống PAFC thường được cài đặt cho các tòa nhà, khách sạn, bệnh viện, các thiết bị điện (các ứng dụng tĩnh tương đối lớn) và công nghệ này đã được phổ biến ở Nhật Bản, châu Âu và Hoa Kỳ.

d) PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) – pin nhiên liệu màng trao đổi proton.

PEMFC, (còn gọi là “Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell” - pin nhiên liệu màng điện phân polymer) có cơ chế phản ứng như sơ đồ (15.7)-(15.9). Pin nhiên liệu PEM hoạt động với một màng điện phân bằng plastic mỏng. Hiệu suất pin từ 40 đến 50%, và vận hành ở nhiệt độ thấp, chỉ chừng 80⁰C. Công suất dòng ra khá linh hoạt có thể chỉ là 2 kW cho các ứng dụng nhỏ, di động hay cả trong khoảng từ 50 đến 250 kW cho các ứng dụng tĩnh lớn hơn. Vận hành ở nhiệt độ thấp nên PEM thích hợp cho các ứng dụng trong gia đình và xe cộ. Tuy nhiên, nhiên liệu cung cấp cho PEM đòi hỏi phải được tinh sạch (không lẫn nhiều tạp chất) và PEM cũng cần xúc tác bạch kim đắt tiền ở cả hai mặt màng điện phân, gia tăng chi phí.

PEMFC lần đầu tiên được sử dụng vào thập kỉ 60 của thế kỉ trước trong chương trình không gian Gemini của NASA, đến nay pin nhiên liệu PEM đã được phát triển với những hệ thống công suất thông thường từ 1 W đến 2 kW. Người ta tin rằng PEMFC sẽ là dạng pin nhiên liệu thích hợp nhất cung cấp năng lượng cho các xe cộ, phương tiện giao thông, và cuối cùng về lâu dài sẽ thay thế các động cơ đốt trong chạy bằng xăng dầu, diesel. So với các dạng pin nhiên liệu khác, PEMFC sinh ra nhiều năng lượng hơn với cùng một thể tích hay khối lượng nhiên liệu cho trước. Hơn nữa, nhiệt độ vận hành dưới 100⁰C cho phép khởi động nhanh. Những ưu điểm này cùng với khả năng thay đổi linh hoạt, nhanh chóng công suất đầu ra đã làm cho pin nhiên liệu PEM trở thành ứng cử viên hàng đầu cho các loại xe hơi hay những ứng dụng di động khác như máy tính xách tay…v.v.

Mặt khác, do chất điện phân là vật liệu rắn (màng), chứ khôn phải là chất lỏng như những dạng pin nhiên liệu khác, việc nút kín các khí phát ra từ điện cực cũng đơn giản hơn và do đó làm giảm chi phí sản xuất. Màng điện phân rắn cũng ít gặp khó khăn trong khi vận hành, ít bị ăn mòn hơn so với các dạng chất điện phân khác, dẫn đến kéo dài tuổi thọ của pin hơn.

e) SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) – pin nhiên liệu oxit rắn

SOFC sử dụng một hợp chất oxit kim loại rắn (như calcium hay zỉconium) làm chất điện phân. Hiệu suất đạt được khoảng 60% và vận hành ở nhiệt độ từ 600⁰C đến cả 1000⁰C. Được phát triển từ cuối những năm 50 của thế kỉ trước, đây là dạng pin nhiên liệu vận hành ở nhiệt độ cao nhất hiện nay. Nhiệt độ cao cho phép pin có thể sử dụng được nhiều loại nhiên liệu đầu vào, như khí thiên nhiên, sinh khối hydrocarbon (trích xuất lấy hydrogen trực tiếp mà không cần phải qua chuyển hóa nhiệt). Công suất đầu ra của pin đến 100 kW. Vận hành ở nhiệt độ cao như vậy, chất điện phân là vật liệu oxit rắn, mỏng và cho phép ion oxygen (O^2-) đi qua.

Phản ứng trên anode: 2 H₂ + 2 O^2- => 2 H₂O + 4 e^- (15.16)

Phản ứng trên cathode: O₂ + 4e^- => 2 O^2- (15.17)

__________________________________________________________

Tổng quát: 2 H₂ + O₂ => 2 H₂O + năng lượng (điện) (15.18)

Cũng giống như pin nhiên liệu muối carbon nóng chảy, do vận hành ở nhiệt độ khá cao như vậy nên dạng pin nhiên liệu này thường ứng dụng giới hạn trong các hệ thống tĩnh khá lớn và nhiệt thừa có thể được tái tận dụng để tạo thêm nguồn điện bổ sung.
5 dạng pin nhiên liệu trên đã được ứng dụng trên thực nghiệm từ lâu. Ngoài ra, một số dạng pin nhiên liệu khác hứa hẹn nhiều triển vọng vẫn đang còn trong những bước đầu giai đoạn nghiên cứu cũng sẽ được tiếp tục giới thiệu dưới đây.

f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp

Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những bước ban đầu nhưng đã thể hiện được một số thành công trong những ứng dụng như điện thoại di động và máy tính xách tay (laptop), đem lại triển vọng đầy tiềm năng cho tương lai. DMFC tương tự như PEMFC ở chỗ chất điện phân là polymer và điện tích vận chuyển là ion hydrogen (proton). Tuy nhiên, với DMFC, methanol lỏng (CH₃OH) bị oxygen hóa trong nước ở anode, sinh ra khí carbonic, ion hydrogen đi qua chất điện phân và phản ứng với oxygen từ không khí và các electron từ dòng điện tạo thành nước ở anode, hoàn thành chu trình.

Phản ứng trên anode: CH₃OH + H₂O => CO₂ + 6 H⁺ + 6e^- (15.19)

Phản ứng trên cathode: 3/2 O₂ + 6 H⁺ + 6e^- => 3 H₂O (15.20)

____________________________________________________________________

Tổng quát: CH₃OH + 3/2 O₂ => CO₂ + 2 H₂O + năng lượng (điện) (15.21)

Khi mới bắt đầu phát triển từ đầu những năm 90 của thế kỉ trước, DMFC lúc ấy chưa được chú ý nhiều bởi hiệu suất và mật độ năng lượng thấp cũng như một số vấn đề khác. Tuy nhiên những cải tiến trong chất xúc tác và những phát triển gần đây đã gia tăng mật độ năng lượng lên gấp 20 lần và hiệu suất cuối cùng đã có thể đạt được đến 40%.

DMFC đã được thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ từ 50⁰C-120⁰C. Với nhiệt độ vận hành thấp và không đòi hỏi phải qua bước chuyển hóa thành hydrogen mà có thể dung trực tiếp nhiên liệu methanol, DMFC trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng cỡ từ rất nhỏ đến trung bình như điện thoại di động và các sản phẩm tiêu dùng khác.

Một trong những nhược điểm của DMFC đó là nhiệt độ vận hành thấp đòi hỏi chất xúc tác phải hiệu lực hơn, có nghĩa lượng xúc tác bạch kim đắt đỏ cần dùng cũng lớn hơn so với dạng PEMFC thông thường. Ngoài ra, methanol còn là một chất độc. Vì thế mà một số công ty đã bắt tay vào việc phát triển các pin nhiên liệu sử dụng ethanol trực tiếp (DEFC – direct ethanol fuel cell). Hiệu suất của DEFC hiện nay mới chỉ khoảng một nửa so với DMFC, nhưng dự đoán khoảng cách này sẽ ngày càng được rút ngắn trong tương lai.

g) RFC (Regenerative Fuel Cell) – pin nhiên liệu tái sinh.

RFC là một hệ thống vận hành thành một chu trình kín và có thể trở thành nền tảng cơ bản cho nền kinh tế hydrogen dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo. Pin nhiên liệu sinh ra điện năng, nhiệt và nước từ hydrogen và oxygen sẽ được sử dụng khắp nền kinh tế, cung cấp năng lượng cho các nhà máy, xe cộ, phương tiện giao thông vận chuyển và cho các nhu cầu dân dụng của hộ gia đình. Hydrogen được sinh ra từ điện phân nước, tách nước thành hai thành phần hydrogen và oxy; quá trình sử dụng năng lượng tái tạo từ các nguồn tự nhiên như gió, mặt trời hay địa nhiệt.

Một hệ thống như vậy sẽ không đòi hỏi bất cứ dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, nhưng sẽ cần có một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen đến các pin nhiên liệu để sử dụng. Tuy nhiên hiện tại chúng ta vẫn chưa có được một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen như vậy. NASA đang tiến hành dự án phát triển một hệ thống pin nhiên liệu tái sinh nhẹ và hiệu quả để sử dụng trên chiếc máy bay tên là Helios có thể bay ở độ cao hơn 30 km. Chiếc máy bay trước đây chạy bằng các panel năng lượng mặt trời. Mục tiêu của dự án là tích hợp cả hai hệ thống năng lượng mặt trời và pin nhiên liệu tái sinh.

Hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp năng lượng cho máy bay suốt ban ngày và sinh ra nguồn hydrogen bổ sung, hydrogen được lưu trữ để cung cấp cho pin nhiên liệu sử dụng vào ban đêm. Một hệ thống như vậy dùng hoàn toàn năng lượng sạch và bền vững, có thể giúp chuyến bay kéo dài được trong nhiều ngày.

h) ZAFC (Zinc-Air Fuel Cell) – pin nhiên liệu kẽm/không khí

ZAFC vừa có những đặc tính của pin nhiên liệu vừa mang những tính chất của pin ắc quy. Chất điện phân trong ZAFC là chất sứ rắn dùng ion hydroxyl (OH-) làm chất mang điện tích. Để đạt được hiệu suất điện/nhiên liệu cao vớI các nhiên liệu hydrocarbon và một độ dẫn cao cho chất mang điện tích, ZAFC vận hành ở 7000C. Điện cực dương, anode, được làm từ kẽm và được cung cấp hydrogen hay thậm chí cả các hydrocarbon. Điện cực âm, cathode, được tách khỏi nguồn không khí cấp vào nhờ một điện cực phân tán khí GDE (gas diffusion electrode), một màng thẩm thấu cho phép oxygen không khí đi qua. Ở cực âm, oxygen phản ứng với hydrogen để tạo nên ion hydroxyl và nước.

Phản ứng trên anode: CH₄ + H₂O => CO₂ + 6 H⁺ + 6e^- (15.22)

Zn + OH^- => ZnO + H + e^- (15.23)

Phản ứng trên cathode: O₂ + 2 H⁺ + 2e^- => 2 OH^- (15.24)

O₂ + 4 H⁺ + 4e^- => 2 H₂O (15.25)

____________________________________________________________________

Tổng quát: CH₄ + 2 O₂ => CO₂ + 2 H₂O + năng lượng (điện) (15.26)

Nhiệt độ vận hành cao của ZAFC làm cho nó có khả năng chuyển hóa nhiệt hydrocarbon trực tiếp, không cần một thiết bị chuyển hóa bên ngoài để tạo ra hydrogen. Một thuận lợi khác của việc hoạt động ở nhiệt độ cao này đó là nhiệt thừa có thể được tận dụng để tạo ra hơi nước áp suất cao, hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại.

Chất điện phân của ZAFC cũng có một số ưu điểm trội hơn so với các chất điện phân khác. Nó không đòi hỏi nước bão hòa như màng polymer của PEMFC và do vậy không bị khô đi hết nên không cần các thiết bị để kiểm tra giám sát độ ẩm ở hai điện cực. Hơn nữa, vì là chất rắn, sự rò rỉ chất điện phân cũng không xảy ra như với các chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, do điện cực dương bằng kẽm sẽ bị hao mòn nên bộ phận này thỉnh thoảng cần được thay thế.

Bảng 15.1. So sánh các dạng pin nhiên liệu chính
(Nguồn: Types of fuel cell: http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html)

Dạng pin nhiên liệu	PEMFC	AFC	PAFC	MCFC	SOFC
Chất điện phân	Polymer hữu cơ rắn	Dung dịch kiềm	Dung dịch axit phosphoric	Muối carbonate nóng chảy của Li, Na và K	Oxit zirconium rắn
Nhiệt độ vận hành	60-1000C	90-1000C	175-2000C	600-10000C	600-10000C
Lĩnh vực ứng dụng	-Thiết bị điện cầm tay (di động, nhỏ) -Giao thông vận tải (xe cộ)	-Quân sự -Không gian	-Thiết bị điện -Giao thông vận tải	-Trạm phát điện (lớn)	-Trạm phát điện (lớn)
Ưu điểm	-Chất điện phân là rắn nên giảm thiểu những vấn đề ăn mòn và bảo trì. - Nhiệt độ vận hành thấp nên có thể được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng thông thường. - Khởi động nhanh	- Phản ứng ở cathode nhanh hơn trong chất điện phân kiềm	- Đạt hiệu suất lên đến 85% khi kết hợp phát điện và nhiệt (cogeneration) - Có thể sử dụng nhiên liệu không tinh khiết (lẫn tạp chất)	-Hiệu suất cao -Có thể dùng được nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau (linh hoạt) -Có thể dùng được các loại xúc tác khác nhau	-Hiệu suất cao -Có thể dùng được nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau (linh hoạt) -Có thể dùng được các loại xúc tác khác nhau -Chất điện phân là rắn nên giảm thiểu những vấn đề ăn mòn và bảo trì.
Nhược điểm	-Nhiệt độ thấp đòi hỏi xúc tác đắt tiền -Nhạy cảm cao với tạp chất của nhiên liệu (nếu có)	-Tốn chi phí cho việc khử CO2 khỏi nhiên liệu và dòng không khí	-Đòi hỏi xúc tác bạch kim (Platinium) -Cho dòng điện cường độ thấp -Nặng, kích cỡ to lớn	-Nhiệt độ cao làm tăng ăn mòn và có thể làm giòn vỡ cấu trúc của pin	-Nhiệt độ cao làm tăng ăn mòn và có thể làm giòn vỡ cấu trúc của pi

15.8. Viễn cảnh nền kinh tế hydrogen(hydrogen economy)
Chúng ta đang đứng trên ngưỡng cửa của buổi giao thời trọng đại, chuyển tiếp sang một thời kì năng lượng mới đa dạng hóa hơn. Cộng đồng quốc tế đã nhận ra hydrogen là một thành phần chủ chốt cho một hệ thống năng lượng sạch và bền vững. Hydrogen sẽ là chất mang năng lượng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ phát điện, đến vận tải, công nghiệp, dân dụng và thương mại. Trong tương lai, khi công nghệ đã hoàn thiện dần, hydrogen sẽ được sản xuất chủ yếu từ các công nghệ sạch như điện phân từ các nguồn tái tạo, hay chuyển hóa nhiệt từ các nguyên liệu hóa thạch ban đầu nhưng cùng với kỹ thuật thu hồi carbon. Hydrogen có thể được lưu trữ, chuyên chở bằng các phương tiện vận tải hay trong các đường ống dẫn khí, và được sử dụng trong pin nhiên liệu, động cơ, để tạo ra dòng điện mà không thải khí ô nhiễm và chỉ có nước là sản phẩm phụ chủ yếu.

Trước mắt và trong tương lai gần, hydrogen hầu như sẽ được sản xuất từ khí thiên nhiên bằng công nghệ chuyển hóa nhiệt quen thuộc. Các công nghệ còn đang trong giai đoạn hoàn thiện và phát triển dần hiện nay như sản xuất hydrogen bằng điện phân dùng năng lượng tái tạo, hay trực tiếp từ phương pháp quang sinh học, cùng với công nghệ than sạch… Tất cả sẽ ngày càng trở nên “chi phí – hiệu quả” hơn và góp phần hình thành một hệ thống sản xuất hydrogen nội địa đa dạng phong phú. Một trong những thế mạnh của hydrogen chính là ở chỗ nó có thể sản xuất được từ nhiều nguồn như vậy. Mỗi khu vực, tùy điều kiện của mình có thể có những cách kết hợp các nguồn khác nhau để tạo ra hydrogen. Cơ sở hạ tầng cho hệ thống lưu trữ, phân phối hydrogen cần được xây dựng dần. Nó có thể dựa trên những công nghệ tiên tiến về xây dựng đường ống dẫn dầu khí hiện tại.
Chúng ta có thể sử dụng hydrogen trong các động cơ đốt trong, tương tự như các động cơ trong các phương tiện giao thông dùng xăng dầu hiện nay, chỉ với một số thay đổi nhỏ về cấu trúc. Hydrogen cháy sạch hơn (không thải, sản phầm phụ chỉ là nước) và hiệu quả hơn xăng dầu thông thường, do đó các động cơ đốt trong dùng hydrogen đã và đang dần trở thành hiện thực trong bước chuyển tiếp công nghệ này.
Quan trọng hơn, đó là ứng dụng của hydrogen làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu, một công nghệ đầy triển vọng trong tương lai. Về cơ bản, pin nhiên liệu hydrogen vận hành tương tự như quá trình nghịch của phản ứng điện phân: khí hydrogenvà oxygen từ không khí kết hợp với nhau trong một phản ứng điện hóa có xúc tác để tạo nên dòng điện và nước sinh ra tinh khiết đến nỗi có thể uống được. Bên cạnh ưu điểm là không thải khí ô nhiễm, pin nhiên liệu còn vận hành êm ả, không gây chấn động hay tiếng động và có thể đạt được hiệu suất cao gấp hai đến ba lần động cơ đốt trong. Pin nhiên liệu còn có thể được kết nối từ nhiều module khác nhau nên có thể tạo được công suất đầu ra linh hoạt như ý muốn. Hơn nữa, pin nhiên liệu cũng có nhiều loại, nên nó có thể có nhiều kiểu ứng dụng phong phú khác nhau, từ các ứng dụng di động nhỏ như laptop - máy tính xách tay (50- 100 W) hay đến cả các trạm phát điện lớn với công suất cả trăm MW (1-200 MW). Một khi những công nghệ pin nhiên liệu trở nên hoàn thiện, chúng có thế được sản xuất và ứng dụng trực tiếp ngay trong các hộ gia đình, các thiết bị văn phòng, công nghiệp. Mặc dù tiềm năng pin nhiên liệu có thể phục vụ cho gần như mọi mặt của nền kinh tế, hiện tại, nó vẫn còn tương đối đắt đỏ so với động cơ đốt trong thông thường. Pin nhiên liệu cần phát triển hơn nữa, nâng cao độ bền và giảm giá thành để có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế.
Bước chuyển tiếp sang nền kinh tế hydrogen sẽ cần có thời gian và phải trải qua nhiều giai đoạn. Các giai đoạn được xác định bởi những tiến bộ về công nghệ và sự chấp nhận của thị trường. Thêm vào đó, việc giáo dục về an toàn hydrogen cũng cần được nỗ lực xúc tiến để đảm bảo và thuyết phục cộng đồng sẵn sàng cho hydrogen ngày càng trở nên phổ biến hơn. Nhà nước - chính phủ, công nghiệp và cộng đồng, tất cả sẽ đóng những vai trò quan trọng quyết định.
Nhà nước sẽ là người hỗ trợ chính cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ, cũng như trong việc phát triển các quy định luật pháp và tiêu chuẩn an toàn cho việc sử dụng hydrogen. Nhà nước cũng có thể sử dụng chính sách kích thích thị trường và khuyến khích các công nghệ năng lượng hydrogen. Vai trò của nền công nghiệp là xác định khi nào các công nghệ đã sẵn sàng cho bước chuyển tiếp vào thị trường, và thiết lập nên cơ sở sản xuất để cung cấp các thành phần của công nghệ. Công nghiệp cùng với cộng đồng, sẽ xác định những đòi hỏi của người tiêu dùng và sự chấp nhận của thị trường đối với các công nghệ này.
Bước chuyển tiếp sẽ đòi hỏi những nỗ lực đầu tư đáng kể ban đầu. Tuy nhiên, kết quả đạt được sẽ là một nền kinh tế ổn định và bền vững, sử dụng những nguồn tài nguyên tái tạo được sẵn có của địa phương để cung cấp nguồn điện năng và nhiên liệu sạch đáp ứng cho các nhu cầu năng lượng của chúng ta.

Phạm Thuỳ Dương (http://vngg.energy.googlepages.com/hydrogen)

PHỤ LỤC CHƯƠNG 15 - THẾ GIỚI HƯỚNG ĐẾN NỀN KINH TẾ HYDRO
Tài liệu tham khảo

1. Các link tài liệu trên trang blog Hydrogen and Fuel Cell
http://hydrogen-fuelcell.blogspot.com/2005/06/hydrogen-mc-lc.html

2. The National Hydrogen Association (U.S.A)
http://www.hydrogenassociation.com/

3. HyNet – The European Thematic Network on Hydrogen
http://www.hynet.info/

4. Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program, U.S Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy
http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/

5. How The Hydrogen Economy Works
http://auto.howstuffworks.com/hydrogen-economy.htm

6. A Basic Overview of Fuel Cell Technology
http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm

7. Powering the Future: Fuel Cells Promise Clean, Reliable Power
http://www.ctcase.org/bulletin/fuelcells.html

8. Types of fuel cells
http://www.fctec.com/fctec_types.asp

9. Common Types of Fuel Cells
http://www.moea.state.mn.us/p2/fuelcells-types.cfm

10. Hydrogen and Fuel Cell – Renewable Energy Policy Project
http://www.crest.org/hydrogen/index.html

11. Hydrogen Economy
http://www.hydrogenassociation.com/H2-Economy-Fact-Sheet.pdf

12. Cơn sốt chế tạo pin nhiên liệu
http://www.vnn.vn/khoahoc/xuhuong/2005/06/452131/

13. Pin nhiên liệu: Những nghiên cứu đầu tiên ở VN
http://www.vnn.vn/khoahoc/trongnuoc/2005/06/452101/

14. Biến nước thải sinh hoạt thành điện năng sạch
http://www.vnn.vn/khoahoc/xuhuong/2004/02/52761/

15. http://www.sciencedaily.com/releases/2005/04/050422165917.htm

16. Than nano "lỏng" made in Viet Nam
http://nguoivienxu.vietnamnet.vn/doisongnvx/hdvktrongnuoc/2005/07/471671/

Đọc thêm – các link hữu dụng

1. E-book: The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs (2004), The National Academies Press
http://www.nap.edu/books/0309091632/html/

2. Hydropole – Swiss Hydrogen Association
http://www.hydropole.ch/Hydropole/HYDROPOLE.htm

3. Bellona Report, "Hydrogen - Status and possibilities" (2002)
http://www.bellona.no/en/energy/hydrogen/report_6-2002/index.html

4. Fuel Cell Today
http://www.fuelcelltoday.com/

5. The Hydrogen Economy
http://www.physicstoday.org/vol-57/iss-12/p39.html

6. Fuel cells
http://library.thinkquest.org/04apr/00215/energy/fuel_cells/fuel_cells.htm#Fuel_cells

7. Energy Unbound
http://www.rps.psu.edu/hydrogen/unbound.html

8. The Hydrogen Economy – Energy and Economic Black Hole
http://www.culturechange.org/alt_energy.htm

9. Hyrogen and Fuel Cell Investors
http://www.h2fc.com/

10. Micro Fuel Cells – Super Cells
http://www.solve.csiro.au/1104/article6.htm