Có một số công nghệ carbon thấp có sẵn để tạo ra điện. Nhưng chúng có thực sự tốt hơn nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân?

Để trả lời câu hỏi đó, người ta cần so sánh không chỉ lượng phát thải của các nguồn năng lượng khác nhau mà còn lợi ích sức khỏe và các mối đe dọa đối với hệ sinh thái of năng lượng xanh.

Sản xuất điện chịu trách nhiệm về một phần tư phát thải khí nhà kính toàn cầu, và nhu cầu đã sẵn sàng tăng lên khi quần thể thiếu quan hệ kết nối với lưới điệnvà điện tử và xe điện sinh sôi nảy nở. Vì vậy, ngừng sự nóng lên toàn cầu sẽ đòi hỏi phải chuyển đổi sản xuất điện.

Nhưng điều quan trọng là phải tránh những cạm bẫy môi trường khác nhau trong quá trình chuyển đổi này, chẳng hạn như phá vỡ hệ sinh thái và động vật hoang dã hoặc gây ra ô nhiễm không khí.

Trong một bài nghiên cứu, chúng tôi đã phân tích tác động của sản xuất điện từ các nguồn tái tạo, phân hạch hạt nhân nhà máy điện và nhiên liệu hóa thạch, có và không có CO? nắm bắt và lưu trữ (CCS) công nghệ tách CO? và lưu trữ nó dưới lòng đất. Chúng tôi đã tính đến các tác động môi trường liên quan đến việc sản xuất, vận hành và tháo dỡ cơ sở vật chất cũng như việc sản xuất, vận chuyển và đốt nhiên liệu. Sau đó chúng tôi so sánh kịch bản cơ bản với kịch bản kịch bản điện carbon thấp điều đó sẽ ngăn nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng hơn hai độ C so với mức trước thời tiền sử của 2050 - điểm các nhà khoa học khí hậu cho biết sẽ tránh được biến đổi khí hậu nguy hiểm.

Nghiên cứu của chúng tôi khẳng định chắc chắn rằng nhiên liệu hóa thạch - chủ yếu là than đá - đặt một gánh nặng lớn lên môi trường và hầu hết các dự án năng lượng tái tạo có tác động liên quan đến ô nhiễm thấp hơn đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người. Tuy nhiên, không có nguồn năng lượng là không có tác dụng phụ môi trường bất lợi. Việc chọn nhà máy điện, thiết kế dự án và lựa chọn công nghệ là những vấn đề quan trọng mà các nhà đầu tư và chính phủ nên cân nhắc rất kỹ lưỡng.

Năng lượng mặt trời tỏa sáng

Thay thế các nhà máy năng lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng tái tạo, bao gồm năng lượng mặt trời, gió, thủy điện và địa nhiệt, sẽ làm giảm các loại ô nhiễm khác nhau. Mức độ khác biệt về ô nhiễm giữa hóa thạch và một số lựa chọn năng lượng tái tạo là tuyệt đẹp. Ví dụ, chúng tôi thấy rằng toàn bộ quá trình sản xuất, thiết lập và vận hành các tấm quang điện gây ra ít ô nhiễm hơn là chỉ cung cấp nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện than khi bao gồm khai thác.

Thế còn dấu chân môi trường của việc thực sự tạo ra các hệ thống năng lượng tái tạo?

Quang điện (PV) đi ra rất tốt trong phân tích của chúng tôi. Ngày nay, việc sản xuất các tế bào PV sử dụng ít năng lượng hơn trước đây. Lượng khí thải carbon trên mỗi đơn vị điện PV là một phần mười hoặc ít hơn các nhà máy điện khí tự nhiên hiệu quả nhất. Các vấn đề sức khỏe của con người, chẳng hạn như bệnh hô hấp do tiếp xúc với các hạt vật chất, là khoảng một phần mười của các nhà máy nhiệt điện than hiện đại với thiết bị kiểm soát ô nhiễm tiên tiến. Chúng tôi đã tìm thấy kết luận tương tự đối với ô nhiễm nước và đất trên các hệ sinh thái.

Nhưng các tấm pin mặt trời đòi hỏi nhiều không gian hơn để tạo ra cùng một năng lượng như nhiên liệu hóa thạch hoặc máy phát điện hạt nhân. Không nên bao phủ các khu vực lớn với các tấm pin mặt trời là một vấn đề? Không cần thiết. Lượng đất cần thiết để tạo ra một kilowatt giờ từ PV tương đương với năng lượng than, khi đất liên quan đến khai thác than được tính. Và khoảng một nửa số cài đặt PV trong kịch bản tương lai của chúng tôi trong 2050 có thể được đặt trên mái nhà.

Sản xuất tấm PV đòi hỏi nhiều kim loại khác nhau, nhiều loại chỉ được sản xuất trong địa điểm hạn chế. Một số kim loại đó có độc tính cao. Do đó, xử lý và tái chế chất thải mà chúng tôi không đưa vào đánh giá là rất quan trọng.

PV, tất nhiên, chỉ cung cấp điện khi mặt trời chiếu sáng. Tuy nhiên, một công nghệ năng lượng mặt trời khác - năng lượng mặt trời tập trung, tập trung ánh sáng để tạo nhiệt - có thể là một cách khả thi vì nó mang lại hiệu quả tương tự về giảm thiểu ô nhiễm nhưng vẫn cung cấp tùy chọn lưu trữ nhiệt và do đó tạo ra điện vào buổi tối. Chúng tôi giả định công nghệ CSP, hiện đang áp dụng rất thấp so với PV, sẽ cung cấp một phần tư điện năng lượng mặt trời trong kịch bản phát thải thấp của chúng tôi.

Từ góc độ phát thải carbon và sức khỏe, năng lượng mặt trời tốt hơn nhiều so với sản xuất năng lượng nhiên liệu hóa thạch. Nhưng các nhà máy năng lượng mặt trời quy mô lớn đòi hỏi những vùng đất rộng lớn và có thể có tác động tiêu cực đến các loài địa phương. 11_jamey_stillings_20121027_bse / flickr, CC BY

Hiệu ứng môi trường từ thủy điện rất khác nhau, chúng tôi tìm thấy. Một số con đập gây ra tác động khí hậu đáng kể thông qua sự phát thải khí mêtan từ sự phân hủy sinh khối trong các hồ chứa. Những con đập khác gây ra các vấn đề sinh thái nghiêm trọng không kém thông qua phá hủy môi trường sống. Chúng cũng có thể ngăn chặn sự di cư của các loài thủy sản và làm giảm dòng chảy trầm tích và vận chuyển chất dinh dưỡng, ảnh hưởng đến vùng đồng bằng ngập nước và đồng bằng châu thổ. Mặt khác, các hồ chứa tạo thành môi trường sống mới cho chim và các loài khác.

Thủy điện cung cấp một minh họa tốt về tầm quan trọng của việc lựa chọn địa điểm và thiết kế dự án. Một số dự án có thể có hiệu quả kinh tế nhưng cuối cùng không nên thực hiện nếu xã hội xem xét suy thoái môi trường mà chúng có thể gây ra. Đối với các dự án khác, các tác động có thể được hạn chế bằng các chiến lược giảm thiểu như dòng chảy môi trường và thang cá, nơi cung cấp đường vòng để di cư cá quanh đập.

Các bài học tương tự dành cho năng lượng gió, trong đó việc phá hủy môi trường sống trong quá trình xây dựng nên được giảm thiểu và điều chỉnh các hoạt động để giảm bớt va chạm với raptors và dơi. Ngoài ra, tài nguyên năng lượng gió rất khác nhau giữa các địa điểm, lập luận cho việc chọn các địa điểm nơi tài nguyên gió phong phú hơn.

Năng lượng sinh học đe dọa đa dạng sinh học

Sinh khối năng lượng, hoặc đốt nguyên liệu thực vật để sản xuất điện, đóng vai trò trung tâm trong hầu hết các kế hoạch nhằm hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 2 ° C trên mức tiền chế độ. Trái ngược với PV và gió, nó cung cấp năng lượng tái tạo theo yêu cầu.

Khi kết hợp với CO? nắm bắt và lưu trữ, nó có thể lọc carbon từ khí quyển và đặt nó dưới lòng đất. Đốt cháy coppice ngắn, chẳng hạn như liễu và linh tinh, để sản xuất năng lượng cũng có thể làm giảm lượng khí thải nhà kính ròng của máy sinh học. Theo những cách này, ảnh hưởng sức khỏe của đốt sinh khối có thể giảm.

Tạo năng lượng từ năng lượng sinh học, như dăm gỗ, có khí thải carbon và các chất gây ô nhiễm không khí khác. Thu giữ carbon và bơm dưới lòng đất giúp cải thiện dấu chân môi trường của nó. Cục Lâm nghiệp Oregon, CC BY

Tuy nhiên, việc sử dụng đất cần thiết để phát triển ngay cả những nhà máy phát triển nhanh này làm giảm việc sử dụng đất của các nguồn năng lượng khác. Điều này có ý nghĩa sinh thái quan trọng. Khi đo bằng số loài bị mất trên mỗi kilowatt giờ được tạo ra, chúng tôi thấy rằng thiệt hại sinh thái của sinh khối tương đương với than và khí đốt.

Vì vậy, trong khi nó mang lại lợi ích từ việc giảm khí thải nhà kính, năng lượng sinh khối trở nên thuận lợi hơn đối với các hệ sinh thái chỉ khi được sử dụng với việc thu thập và lưu trữ carbon, chúng tôi kết luận.

Các chiến lược giảm thiểu khí hậu có thể cung cấp một cơ hội hiếm có để giảm không chỉ lượng khí thải carbon mà còn một loạt các vấn đề môi trường. Tuy nhiên, việc triển khai các công nghệ carbon thấp nên tránh môi trường sống nhạy cảm để nhận ra đầy đủ lợi ích môi trường của chúng mà không gây ra hậu quả ngoài ý muốn.

Trong khi hầu hết mọi người nhận ra rằng năng lượng mặt trời và gió là nguồn năng lượng carbon thấp, thì năng lượng sinh học và thu giữ và lưu trữ carbon cũng có vai trò không thể thiếu trong tất cả các kịch bản trong đó các quốc gia giảm nhanh lượng khí thải carbon. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng chúng tôi cần tìm kiếm các cách để sử dụng các công nghệ này trong khi giảm thiểu tác hại đối với các hệ sinh thái. Nó không chỉ là về việc chúng ta sử dụng năng lượng sạch, mà là công nghệ gì, ở đâu và như thế nào.

Giới thiệu về Tác giả

Edgar Hertwich, Giáo sư Sinh thái Công nghiệp, đại học Yale; Anders Arvesen, Nhà nghiên cứu về Kỹ thuật Năng lượng và Quy trình, Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy; Sangwon Suh, Giáo sư Sinh thái Công nghiệp, Đại học California, Santa Barbaravà Thomas Gibon, tiến sĩ Ứng cử viên, Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon