Vai trò của năng lượng điện hạt nhân như một công nghệ phát thải thấp

So sánh mức độ phát thải của các nguồn nguyên liệu nhà máy điện

Nhà máy điện hạt nhân không thải ra carbon dioxide trong quá trình tạo ra điện năng. Trong vòng đời của nhà máy điện hạt nhân bao gồm: khai thác, chế biến, và lưu trữ chất thải uranium thì nhà máy phát ra lượng khí thải CO₂ thấp hơn đáng kể so với dùng nhiên liệu hóa thạch để tạo ra điện năng. Theo Hiệp hội hạt nhân thế giới, năng lượng hạt nhân phát thải khí CO₂ chỉ chiếm chưa đến 5% lượng khí thải CO₂ trên toàn cầu.

Ảnh minh họa nhà máy điện hạt nhân.

Than đá là một trong những nguồn phát thải nhiều carbon khi sử dụng để tạo ra điện năng. Việc dùng than đá trong ngành điện thường đi kèm phát thải một lượng lớn carbon dioxide và các chất thải ô nhiễm môi trường sống, như lưu huỳnh và oxit nito. Những loại khí thải này tác động rất tiêu cực đến môi trường sống và cũng là nguồn góp phần gây biến đổi khí hậu. Các nhà máy điện than có thể thải ra tới 900gr carbon dioxide cho mỗi kWh được tạo ra. Điều này khiến than đá trở thành một trong những nguồn năng lượng gây hại nhất cho môi trường sống trên toàn cầu.

Khí đốt tự nhiên, như là một loại nhiên liệu hóa thạch có phát ra khí thải trong quá trình sản xuất, vận chuyển và đốt cháy để tạo ra điện năng. So với than đá thì khí đốt tự nhiên khi dùng có lượng khí thải carbon thấp hơn, chỉ thải ra 400gr carbon dioxide cho mỗi kWh. Tuy nhiên, việc sử dụng nó vẫn tiềm ẩn những lo ngại về ô nhiễm môi trường. Một vấn đề quan trọng là việc phát thải khí metan - một loại khí nhà kính mạnh có thể bị rò rỉ ở tất cả các giai đoạn của chu trình sản xuất và vận chuyển khí đốt tự nhiên. Rò rỉ khí metan có thể xảy ra trong các quá trình: khoan giếng, vận chuyển bằng đường ống và lưu trữ. Những rò rỉ này góp phần đáng kể đến hiện tượng nóng lên toàn cầu, vì metan có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính cao hơn carbon dioxide.

Điện mặt trời và điện gió - nguồn năng lượng thân thiện với môi trường vì chúng không thải ra carbon dioxide trong quá trình tạo ra điện năng. Tuy nhiên, vòng đời của chúng, bao gồm: khai thác vật liệu cần thiết, sản xuất pin và tuabin và việc xử lý sau đó vẫn có thể thải ra một lượng nhỏ carbon.

Lò phản ứng hạt nhân tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Lâm Đồng. Ảnh: L.V

Hiệu suất của các nguồn năng lượng khác nhau

Lò phản ứng hạt nhân có mật độ năng lượng cao khiến nó trở nên hấp dẫn để sử dụng tạo ra điện năng trong ngành điện. Một kg urani-235 có thể giải phóng năng lượng tương đương khoảng 1,5 tấn than. Điều này có được là do mật độ năng lượng của nhiên liệu hạt nhân và hiệu suất cao của các quá trình phân hạch hạt nhân. Các lò phản ứng hạt nhân hiện đại có thể đạt hiệu suất từ 33% đến 37%. Tuy nhiên, việc sử dụng các lò hạt nhân vẫn còn hạn chế do các vấn đề về xử lý chất thải phóng xạ và nhận thức của công chúng.

Nhà máy điện than có hiệu suất thấp hơn, thường chỉ khoảng 30% đến 35%. Một phần đáng kể năng lượng trong quá trình đốt than tạo điện năng sẽ mất đi dưới dạng nhiệt. Điều này làm cho điện than kém hiệu quả hơn so với một số nguồn năng lượng thay thế.

Nhà máy điện khí (đặc biệt là loại nhà máy sử dụng công nghệ tuabin khí chu trình hỗn hợp) có hiệu suất cao lên đến 60%. Trong quá trình tạo ra điện năng thì nhiệt lượng hình thành từ quá trình đốt cháy khí đốt tự nhiên được dùng để tạo ra hơi nước dẫn động tuabin và phát điện năng. Điều này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của quá trình tạo ra điện năng.

Nguồn năng lượng tái tạo, như mặt trời và gió cũng có những đặc điểm riêng về hiệu suất. Các tấm pin mặt trời có hiệu suất từ 15% đến 27% tùy thuộc công nghệ được dùng để chế tạo pin và điều kiện vận hành. Trong khi đó tuabin gió có thể đạt hiệu suất từ 40% đến 50%, nhưng hiệu suất này cũng phụ thuộc điều kiện thời tiết và thời điểm trong ngày/mùa trong năm.

Phối cảnh Nhà máy Điện LNG Bạc Liêu

Độ tin cậy

Nhà máy điện hạt nhân có độ tin cậy cao, cung cấp sản lượng điện ổn định và có thể dự đoán được. Nhà máy điện hạt nhân có thể hoạt động liên tục trong vòng liệu hóa thạch hiện tại với tương lai là các nguồn năng lượng tái tạo mang tính chi phối. Để đạt mục tiêu này đòi hỏi cách tiếp cận toàn diện, gồm: nghiên cứu khoa học; đổi mới công nghệ; chính sách quản lý chặt chẽ; hợp tác quốc tế.

Việc tiến hành đánh giá toàn diện các rủi ro và xây dựng các chiến lược quản lý rủi ro một cách hiệu quả là điều vô cùng cần thiết đối với năng lượng hạt nhân. Thêm nữa, nghiên cứu phát triển công nghệ mới, như Lò phản ứng module kích cỡ nhỏ và công nghệ tái chế chất thải cần luôn được tiếp tục nhằm cải thiện tính an toàn và hiệu quả kinh tế của điện hạt nhân.

Cuối cùng, điện hạt nhân phải được xem là một phần không thể thiếu trong hệ thống năng lượng toàn cầu, với tiềm năng đóng góp đáng kể trong mục tiêu phát triển bền vững và chống biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, để đạt được điều này thì cần phải vượt qua những thách thức và rào cản hiện tại, đảm bảo sự cân bằng giữa: hiệu quả kinh tế - an toàn - môi trường - trách nhiệm xã hội.

Nguyễn Tiến Dũng

Bauman Moscow State Technical University, VAA