Sử dụng các loại năng lượng tái tạo được xem là giải pháp bền vững. Giải pháp này một mặt làm giảm phát thải các chất khí gây hiệu ứng nhà kính và mặt khác đảm bảo nguồn năng lượng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt dần.
Ở các nước vùng nhiệt đới thì biogas và năng lượng mặt trời là hai nguồn năng lượng tái tạo dồi dào. Biogas là năng lượng tái sinh nhận được từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí. Rác thải sinh hoạt, các chất thải của quá trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, xử lý nước... là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biogas. Biogas chứa thành phần chính là CH4
và các tạp chất như CO2, H2S. Để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu, việc đầu tiên là phải lọc các tạp chất có hại. Sản lượng biogas trên thế giới tăng gần như tuyến tính qua các năm. Khu vực sản xuất biogas nhiều nhất là Châu Âu, tiếp theo là khu vực Châu Á-Thái Bình Dương và Bắc Mỹ (hình 1.9). Biogas ở các nước phát triển chủ yếu dùng để phát điện, chạy ô tô và hòa vào mạng lưới cung cấp khí thiên nhiên. Ở các nước đang phát triển, biogas chủ yếu dùng để đun nấu. Ở Thái Lan, Việt Nam, Philipines, biogas bắt đầu được nghiên cứu để sử dụng trên động cơ đốt trong.
Hình 1.9. Sản lượng biogas trên thế giới
Khó khăn trong khai thác biogas để phát điện ở nước ta hiện nay là nguồn nhiên liệu không tập trung và qui mô không đều. Những nơi có sản lượng biogas lớn như các bãi chôn lấp rác, các trạm xử lý nước thải... có thể sử dụng động cơ cỡ lớn để kéo máy phát điện. Các trại chăn nuôi trung bình và nhỏ, nếu sử dụng động cơ cỡ lớn thì không đủ biogas để chạy liên tục, nếu dùng động cơ cỡ nhỏ thì không đảm bảo được công suất cần thiết cho sản xuất. Vì thế việc sử dụng phối hợp giữa biogas và các nguồn năng lượng tái tạo khác để cung cấp năng lượng liên tục phục vụ sản xuất và đời sống ở nông thôn là rất cần thiết.
Bên cạnh biogas, năng lượng mặt trời cũng rất dồi dào ở nước ta cũng như ở các quốc gia vùng nhiệt đới. Trong lịch sử phát triển năng lượng thế giới thì năng lượng mặt trời từng có lúc hết sức đắt đỏ và chỉ có hiệu quả kinh tế khi được sử dụng trên tàu vũ trụ, nhưng nay giá thành năng lượng này đã giảm đi rất
nhanh, thậm chí có thể cạnh tranh với giá điện sản xuất bằng than và khí đốt thiên nhiên. Sau khi xuất hiện vào năm 1977, chi phí đầu tư ban đầu cho điện mặt trời đã có tốc độ giảm chóng mặt từ 76,67 USD/Wh vào thời điểm đó xuống còn 0,3 USD/Wh vào năm 2014 đối với các tấm pin điện mặt trời (Hình 10).
Ước tính trung bình cứ 10 năm thì giá điện mặt trời giảm đi một nửa.
Hình 1.10. Biến thiên giá thành điện mặt trời
Hiện nay Đức là nước đi đầu trong điện mặt trời với sản lượng điện mặt trời hiện nay lên đến 39,275GW. Chính phủ nước này đặt mục tiêu tỷ trọng năng lượng mặt trời lên đến 35% trong năm 2020, 50% trong năm 2030, 80% trong năm 2050. Trung Quốc là quốc gia sử dụng năng lượng mặt trời đứng thứ hai trên thế giới với 35,78 GW. Chính phủ Trung Quốc đặt mục tiêu đến năm 2030, năng lượng mặt trời sẽ thay thế 20% năng lượng hóa thạch. Nhật Bản là nước thứ ba về năng lượng mặt trời với 23,36 GW hiện nay và mục tiêu đạt 28 GW năm 2020, 53 GW vào năm 2030. Sau các nước này là Mỹ, Ý, Tây Ban Nha, Pháp, Úc. Thành phố Sydney của Úc đang cố gắng để hoàn thành mục tiêu sử dụng 100% nguồn năng lượng tái tạo trong năm 2030.
Trong 5 năm gần đây, sản lượng điện mặt trời đã tăng gần đến 15 lần.
Người ta dự báo đến năm 2022, công suất năng lượng mặt trời sẽ chiếm tới một nửa so với công suất năng lượng từ than, đồng thời trở thành nguồn năng lượng
lớn nhất trong các nguồn năng lượng tái tạo. Kỷ nguyên năng lượng tái tạo đã chính thức ra đời sớm hơn dự kiến của các nhà khoa học trong thế kỷ trước. Một số dự bỏo lạc quan cho rằng cú thể đến ắ cỏc nước trờn thế giới sử dụng hoàn toàn năng lượng tái tạo trước năm 2050. Điều này cũng đồng nghĩa với việc giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, hiện thực hóa các mục tiêu theo cam kết của Hiệp định khí hậu Paris đưa ra tại COP 21 hồi năm 2015.
Khi đã có điện mặt trời thì việc sản xuất nhiên liệu hydrogen có thể được thực hiện bằng phương pháp điện phân nước. Nhiên liệu hydrogen có thể được sử dụng để cung cấp cơ năng có thông qua pin nhiên liệu hay thông qua quá trình cháy trong động cơ đốt trong. Hydrogen là nhiên liệu sạch nhất. Do không có chứa thành phần carbon nên quá trình cháy không sinh ra chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2.
Nghiên cứu tổng quan trên đây cho thấy thế giới đang tiến rất xa về sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện năng mặt trời trực tiếp hay thông qua nhiên liệu hydrogen và nhiên liệu biogas. Các nguồn nhiên liệu này là nhiên liệu sạch, không làm tăng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển. Đồng thời chúng là nguồn nhiên liệu bền vững, vô tận trong thước đo thời gian của hệ mặt trời.
Biogas có chỉ số octane lớn, khoảng 130 nên nó có khả năng chống kích nổ tốt. Vì thế nó có thể dùng trên động cơ có tỉ số nén cao để cải thiện hiệu suất nhiệt. Tuy nhiên biogas có chứa CO2 là một tạp chất làm bẩn nhiên liệu. Nó làm giảm tốc độ lan tràn màn lửa và giảm nhiệt trị nhiên liệu vì thế ảnh hưởng đến tính năng của động cơ. Khi làm giàu biogas bằng hydrogen thì tính năng của nhiên liệu được cải thiện rõ rệt. Tốc độ lan tràn màn lửa của hydrogen cao (230 cm/s) lớn gấp 6 lần tốc độ lan tràn màn lửa của methan CH4 (42 cm/s) trong điều kiện khí quyển. Do đó khi làm giàu biogas bằng H2 thì thời kỳ cháy trễ sẽ được rút ngắn, áp suất cực đại và tốc độ tỏa nhiệt tăng và đạt gần điểm chết trên.