5. Các bước thực hiện
4.2. Vệ tinh quan sát các chất khí gây hiệu ứng nhà kính
Nhật Bản đã chế tạo một vệ tinh quan sát các chất khí gây hiệu ứng nhà kính từ không gian (Vệ tinh được phóng vào không gian từ Trung tâm vũ trụ Tanegashima vào ngày 21/01/2010), cung cấp các dữ liệu nhằm ngăn hiện tượng nóng dần trên toàn cầu.
Vệ tinh sẽ ghi lượng khí thải như Cacbon Dioxit (CO2) và Metan (CH4) gây hiệu ứng nhà kính nhiều nhất. 56.000 điểm quan sát, một vòng xung quanh Trái Đất ở độ cao 666 km cho phép thu thập những dữ liệu cần thiết.
Hiện tại đã có 280 điểm quan sát các khí gây hiệu ứng nhà kính trên Trái Đất. Vệ tinh của Nhật Bản sẽ cho phép lần đầu tiên quan sát các chất khí này từ không gian.
4.3. SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO
Ngày nay, khi những ảnh hưởng của nạn hâm nóng toàn cầu có thể nhìn thấy khắp nơi trên thế giới, hiện tượng khí hậu thay đổi đã trở thành mối quan tâm lớn cho mọi người, và việc đốt nhiên liệu hóa thạch như là than đá để phát điện là một nguồn nguyên nhân lớn gây khủng hoảng môi sinh. Máy phát điện đốt than sản xuất lượng thán khí rất lớn. Chỉ riêng tại Hoa Kỳ mà thôi, 40% tổng số thán khí thải là đến từ các nhà máy này. Tuy nhiên, vô số nguồn năng lực xanh, bền vững không làm hại địa cầu hiện đang có sẵn, các dạng năng lượng này đang được nghiên cứu và khai thác: năng lượng Mặt Trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều hay đập thủy điện và năng lượng sóng biển.
4.3.1. Năng lƣợng Mặt Trời
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát cho đến khi phản ứng hạt nhân bên trong Mặt Trời hết nhiên liệu (khoảng 5 tỷ năm nữa). Nó là năng lượng quan trọng điều khiển các quá trình khí tượng học và sự sống trên Trái Đất. Ngay ngoài khí quyển Trái Đất, cứ mỗi một mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400J/s. Bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt Trời đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại, bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ Mặt Trời cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng Mặt Trời như sức gió và sức nóng, sức nước và sinh khối làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần nhỏ năng lượng Mặt Trời được sử dụng. Trái Đất nhận được 174 PW từ bức xạ Mặt Trời, khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất. Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu.
Hình 4.1: Một góc nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại California, nước Mỹ.
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quan điện, chuyển năng lượng photon của Mặt Trời thành điện năng như pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời.
4.3.2. Năng lƣợng gió
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Nó là một hình thức gián tiếp của năng lượng Mặt Trời, sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời cổ đại. Con người từng sử dụng năng lượng gió để đi lại bằng thuyền buồm hay khinh khí cầu và năng lượng gió còn sử dụng để tạo công cơ học nhờ cối xay gió.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó là tuabin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuabin gió hiện đại.
Hình 4.2: Nhà máy điện gió lớn nhất thế giới tại Anh, với 102 tuabin và tổng công suất
367,2 megawát (MW)
4.3.3. Năng lƣợng thủy triều
Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều.
Hiện nay một số nước trên thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng dạng năng lượng này.
Để thu được năng lượng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước. Khi nước biển dâng lên, mực nước trong phòng rộng được xây dựng trên dãy đất ven bờ biển, một phần bị nhấn chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo một lỗ trống vào một tua bin. Khi nước rút đi, mực nước trong phòng hạ xuống hút không khí vào và qua tua bin theo hướng ngược lại. Tuabin làm quay một máy phát để sản xuất điện. Hiện nay hệ thống Limpet là một ví dụ điển hình về khai thác năng dạng lượng thủy triều và nó được xem là nền tảng tốt nhất thúc dẩy sự phát triển khai thác dạng năng lượng này. Hệ thống hoạt động theo nguyên lí như sau:
- Lúc thủy triều thấp: chu trình nạp - Thủy triều lên cao: chu trình nén
- Thủy triều xuống thấp: chu trình xả kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo.
Mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500KW, đủ cung cấp cho 400 gia đình. Lưu vực thủy triều là nơi sản xuất điện năng có nhiều hứa hẹn. Trung tâm sản xuất điện năng lớn nhất thế giới La Rance nước Pháp có công suất lên đến 240 megawatts. Hiện nay, Pháp là nước duy nhất khai thác thành công nguồn năng lượng này.
Tại Việt Nam, nước ta có đường bờ biển dài trên 3200 km, đứng thứ 32 trong số 156 quốc gia có biển. Do đó Việt Nam có tiềm năng năng lượng biển rất lớn. Về năng lượng thủy triều thì chúng ta có hai vùng khả quan. Thứ nhất là Quãng Ninh, có thủy triều lên đến 4m. Thứ hai là ở Đồng bằng Nam Bộ thủy triều vào khoảng 3m. Tuy nhiên điều đó vẫn chưa đủ để tạo ra điện để đưa vào lưới điện được mà còn cần những yếu tố khác nữa. Theo nghiên cứu thì năng lượng thủy triều ở Việt Nam nên được khai thác dưới dạng cục bộ, ví dụ như các nhà máy năng lượng nhỏ phục vụ cho từng đảo, ta chưa thể khai thác thủy triều ở quy mô công nghiệp. Tuy nhiên do thời gian và kinh phí có hạn nên năng lượng thủy triều vẫn đang là đối tượng nghiên cứu và thí nghiệm trên qui mô nhỏ.
4.3.4. Năng lƣợng thủy điện
Thủy điện là nguồn điện có từ năng lượng nước, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới. Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích lại từ các đập nước làm quay tuabin nước và máy phát điện. Thủy điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục.
Về ưu điểm, lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ,
khí thiên nhiên hay than đá, không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thủy điện có tuổi thọ cao hơn các nhà máy nhiệt điện, chi phí nhân công thấp do được tự động hóa cao và ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.
4.3.5. Sóng biển
Sóng đại dương sinh ra do gió, gió gây ra bởi Mặt Trời (chuyển động các khối khí do chênh lệch nhiệt độ…). Vì vậy năng lượng sóng được xem như một dạng gián tiếp của năng lượng Mặt Trời. Giống như các dạng nước chảy khác, năng lượng sóng có khả năng làm quay tuabin máy phát điện. NaUy, Anh, Nhật và một số nước khác đang nghiên cứu sản xuất điện từ sóng đại dương. Trạm phát điện từ sóng dùng một kỹ thuật đơn giản. Thiết bị bằng bêtông rỗng được đặt chìm vào trong một máng rãnh ngoài khơi để “bắt” sóng. Mỗi khi một cơn sóng mới đi vào khoang (khoảng 10s/lần), nước dâng lên trong khoang đẩy không khí đi vào một lỗ thoát có đặt một tuabin, làm quay tuabin và sinh ra điện năng. Khi sóng biển rút, nó kéo không khí trở lại khoang và sự chuyển động của không khí lại tiếp tục làm quay tuabin.
Hầu hết các hệ thống sử dụng năng lượng sóng chỉ có công suất rất nhỏ. Tuy vậy, chúng có thể được sử dụng để cung cấp điện năng cho các phao cảnh báo trên biển hay cung cấp điện thắp sáng cho một căn hộ nhỏ.
Nhưng cần lưu ý về sự cố ngoài khơi có thể làm hư hỏng thiết bị. Năm 1995, trạm phát điện bằng sóng đầu tiên của thế giới ngoài biển Bắc Scotland đã bị nhấn chìm trong một cơn bão sau khi nó hoạt động chưa đầy một tháng.
Tại Việt Nam, cũng như năng lượng thủy triều, nước ta có tiềm năng năng lượng sóng biển rất lớn và vô tận. Các kết quả tính toán cho thấy năng lượng sóng dọc theo bờ biển của nước ta rất phong phú, dòng năng lượng trung bình yếu nhất đạt 15kW/m, mạnh nhất 30kW/m. Cụ thể tại vịnh Hạ Long, Quãng Ninh, vịnh Gành Rái, Bà Rịa – Vũng Tàu có đủ điều kiện để xây dựng nhà máy điện.
4.4. MÁI NHÀ XANH LÀM GIẢM SỰ NÓNG LÊN TOÀN CẦU
Qua kiểm chứng đã tiến hành tại nhiều nơi cho thấy mô hình này mang lại nhiều lợi ích quan trọng. Lợi ích trực tiếp là giúp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà, theo nghiên cứu của Sonne và Jeffray (2006), so với mái nhà truyền thống thì các mái nhà xanh có thể làm giảm nhiệt độ trung bình tối đa từ 130˚F (54˚C) xuống còn 93˚F (33˚C) tại Florida. Một nghiên cứu tiến hành tại Chicago cũng chỉ ra rằng, tính trung bình nếu các tòa nhà tại đây đều lắp đặt mô hình mái nhà xanh thì hàng năm sẽ tiết kiệm chi phí điện cho điều
hòa là 100 triệu USD. Thảm thực vật nếu được bố trí khoa học có thể giữ lại đến 75% lượng nước mưa rơi xuống mái nhà, sau đó dần dần trả lại khí quyển thông qua quá trình ngưng tụ và bay hơi tự nhiên. Đồng thời, các chất gây ô nhiễm trong nước mưa sẽ được giữ lại ở lớp đất, điều này đặc biệt có ý nghĩa, góp phần giảm áp lực đối với các đô thị có hệ thống thoát nước chung như hiện nay.
Hình 4.4: Mái nhà xanh
Mô hình “Mái nhà xanh” còn là giải pháp có hiêu quả cao trong việc hấp thụ các chất bụi, lọc khí độc làm trong lành môi trường không khí và quan trọng là khả năng hấp thụ khí CO2, một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính, đây chính là một chức năng quan trọng trong việc bảo vệ môi trường của hệ thống thực vật chống lại hiện tượng “Biến đổi khí hậu”:
- Lọc các chất độc hại ở không khí: một nóc nhà có trồng cây xanh không chỉ hấp thu nhiệt độ, có xu hướng giảm sự biến đổi nhiệt độ mà còn lọc các lớp không khí truyền qua nó. Ví dụ: 1m2 mái trồng cỏ có thể lọc được 0,2kg chất độc hại từ không khí trong 1 năm.
- Thảm thực vật trên mái nhà xanh còn giúp giảm thiểu bụi bẩn và ô nhiễm vì khả năng lọc bụi, khói khỏi không khí và sự hấp thụ Nitrat và chất gây ô nhiễm của đất. Kết quả là công việc lau bộ lọc của máy điều hòa không cần phải làm thường xuyên vì không khi xung quanh trong lành hơn.
- Trao đổi Cacbon dioxide và Oxygen: trong quá trình quang hợp thì cây xanh hấp thụ nước, Cacbon và ánh sáng Mặt Trời để tạo ra Oxy và Gluco điều hòa nhiệt độ.
- Tác động đến nhiệt độ chung của đô thị.
- Cách ly công trình: giải pháp xanh hóa nóc nhà cao tầng được sử dụng để cách ly cho các tòa nhà. Việc tạo bóng mát xung quanh bề mặt bên ngoài cao ốc đã được chứng minh là có hiệu quả hơn so với việc sử dụng các biện pháp cách ly bên trong. “Mái
nhà xanh” cách ly nhiệt độ công trình bằng cách ngăn cản nhiệt độ truyền qua nó. Chức
năng cách ly này đạt hiệu quả cao nhất khi ta sử dụng đất trồng là một loại đất tơi xốp, độ ẩm cao và cây trồng là loại cây có tán rộng.
- Tạo nên một Vi Khí Hậu (Micro climate): trồng cây xanh trên nóc các tòa nhà tác động đến sự thu và tỏa nhiệt của công trình. Các cây trồng trên mái giúp giảm nhiệt độ mái nhà, qua đó giảm nhiệt độ chung của thành phố nó cũng tác động đến độ ấm, chất lượng không khí và phản xạ hơi nóng ra ngoài môi trường xung quanh. Nên kết hợp với các công trình xanh khác, mô hình này sẽ đóng vai trò trong việc thay đổi khí hậu của toàn thành phố.
Trong một ngày mùa hè, nhiệt độ của nóc tòa nhà cao ốc làm bằng bê tông có thể tăng từ 25oC lên đến 60 – 80oC. Nếu thay thế bê tông bằng lớp cỏ thì nhiệt độ của mái không vượt quá 25o
C.
4.5. GIẢM HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH BẰNG MÀU TRẮNG
Nếu màu trắng thay thế màu tối trên những mái nhà, vỉa hè, đường xá của 100 thành phố lớn nhất thế giới, lượng khí gây hiệu ứng nhà kính có thể giảm tới 44 tỷ tấn. Theo báo các chuyên gia tại Trung tâm thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Mỹ), con số này lớn hơn lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà toàn nhân loại thải ra trong một năm. Biện pháp nói trên cũng làm giảm tốc độ tăng lượng khí Cacbon dioxide (CO2), hiện chiếm khoảng 75% trong tổng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính.
Lý do khiến màu trắng làm giảm tình trạng nóng lên của khí hậu rất đơn giản: màu trắng phản chiếu ánh nắng Mặt Trời nhiều hơn màu đen và các màu sẫm. Hashem Akbari, một nhà vật lý tại Trung tâm thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, giải thích rằng một mái nhà màu trắng có diện tích 10 m2
có thể làm giảm 1 tấn CO2. Ở những nước có khí hậu nóng ẩm, mái nhà màu trắng còn giúp làm giảm tới 20% chi phí sử dụng máy điều hòa nhiệt độ trong những tháng nóng nực.
Hình 4.5: Những ngôi nhà được phủ màu trắng nhằm giảm hiệu ứng nhà kính tại Mỹ
Trên toàn thế giới, mái nhà chiếm khoảng 25% diện tích của đa số thành phố, còn vỉa hè chiếm khoảng 35%. Ngay cả khi lượng khí thải do nền công nghiệp thải ra hiện nay không giảm, việc phủ màu trắng cho mái nhà và vỉa hè có thể làm giảm một lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà nhân loại đã thải ra trong 10 năm.
Về mặt kinh tế, các nhà khoa học ước tính mái nhà và đường xá màu trắng có thể giảm hàng trăm tỷ USD mỗi năm dành cho nỗ lực giảm khí thải CO2. Ngoài việc giảm hiệu ứng nhà kính và chi phí sử dụng máy điều hòa, mái nhà và đường xá màu trắng còn mang đến lợi ích thứ ba: chúng có thể làm giảm nhiệt độ của bầu không khí đi vài độ C. Điều này sẽ làm giảm đáng kể sương khói.
4.6. NGĂN CHẶN SỰ NÓNG LÊN TOÀN CẦU BẰNG GƢƠNG
Gương vũ trụ: thay vì cố gắng chặn đứng tia sáng mặt trời ở bầu khí quyển, chúng