Những mô hình năng lượng cho mục tiêu trung hòa carbon của Trung Quốc

Trung Quốc, nước phát thải carbon dioxide nhiều nhất thế giới, vừa hứa sẽ đạt mức trung hòa carbon (lượng phát thải ròng carbon bằng 0) trước năm 2060. Trang tin khoa học Nature khám phá một số đề xuất từ các nhóm nghiên cứu có ảnh hưởng đang hợp tác chặt chẽ với chính phủ Trung Quốc về cách để đạt được mục tiêu này.

Nhìn chung, kế hoạch của các nhóm khác nhau về chi tiết nhưng đều thống nhất rằng, trước tiên Trung Quốc phải bắt đầu sản xuất hầu hết điện của mình từ các nguồn không phát thải, và sau đó mở rộng việc sử dụng nguồn điện sạch này bất cứ khi nào có thể, ví dụ chuyển từ ô tô chạy bằng nhiên liệu xăng sang ô tô chạy bằng điện. Bên cạnh đó, Trung Quốc còn cần các công nghệ thu giữ CO2 thải ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối và sau đó lưu trữ dưới lòng đất, được gọi là quá trình thu giữ và lưu trữ carbon (CCS).

Theo mô hình của Zhang Xiliang, nhà mô hình khí hậu ở Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh, đến năm 2060, sản lượng điện của Trung Quốc sẽ cần tăng hơn gấp đôi, lên 15.034 terawatt giờ, và phần lớn mức tăng trưởng này phải đến từ sự gia tăng sản xuất điện tái tạo, trong đó năng lượng mặt trời tăng 16 lần và năng lượng gió tăng 9 lần; ngoài ra, năng lượng hạt nhân cần tăng 6 lần và thủy điện tăng gấp đôi.

Trong tương lai, nhiên liệu hóa thạch, bao gồm than, dầu và khí đốt, sẽ vẫn chiếm 16% năng lượng tiêu thụ, do đó cũng cần có CCS hoặc bù đắp bằng trồng rừng mới và các công nghệ có thể hút CO2 trực tiếp ra khỏi khí quyển.

Mô hình của Xiliang, được xây dựng cùng với Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, là một phần của dự án quốc gia về tương lai carbon thấp của Trung Quốc, do Viện Biến đổi khí hậu và Phát triển bền vững của Đại học Thanh Hoa thực hiện. Cũng theo mô hình này, lượng khí thải sẽ tiếp tục tăng, từ 9,8 gigatonnes CO2 vào năm 2020 lên khoảng 10,3 gigatonnes vào năm 2025; sau đó ổn định trong 5 đến 10 năm, trước khi giảm mạnh kể từ năm 2035, và đạt mức cân bằng vào năm 2060.

Nhưng việc chuyển nền kinh tế Trung Quốc khỏi sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong thời gian ngắn như vậy sẽ rất tốn kém. Nhiệt điện than đang chiếm gần 65% sản lượng điện của cả nước, với hơn 200 nhà máy nhiệt điện than mới đã được lên kế hoạch hoặc đang xây dựng. Các chuyên gia cũng đánh giá quá trình chuyển đổi sẽ vấp phải phản đối từ các ngành công nghiệp dựa vào nhiên liệu hóa thạch.

Ngoài ra, còn cần chi phí rất lớn để lưu trữ năng lượng gió và mặt trời. Điểm thuận lợi là pin lưu trữ đã trở nên rẻ hơn trong thập kỷ qua, theo Gang He, nhà mô hình hóa hệ thống năng lượng tại Đại học Stony Brook, New York. "Nếu xu hướng chi phí của công nghệ năng lượng tái tạo tiếp tục như hiện nay, hơn 60% điện năng của Trung Quốc có thể đến từ nhiên liệu không hóa thạch vào năm 2030," Gang nói.

Chi phí lưu trữ là một phần, nhưng để đảm bảo hoạt động ổn định của lưới điện, với tính chất gián đoạn của năng lượng gió và năng lượng mặt trời, là một thách thức khác, theo Yu Sha, nhà nghiên cứu năng lượng tại Đại học Maryland, ở Washington DC, người cũng đã nghiên cứu mô hình năng lượng của Trung Quốc.

Một số nhóm khác lại hình dung tương lai không có carbon cho Trung Quốc với nhân tố chính là năng lượng hạt nhân. Theo mô hình do nhà mô hình hóa năng lượng Jiang Kejun tại Viện Nghiên cứu Năng lượng thuộc Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia Trung Quốc (NDRC) ở Bắc Kinh, xây dựng, mức phát thải CO2 đạt đỉnh điểm sớm nhất vào năm 2022, khoảng 10 gigatonnes, và sau đó giảm mạnh về mức ròng bằng 0 vào năm 2050.

Trong mô hình của Jiang, sản lượng điện sẽ tăng gấp đôi lên 14.800 terawatt giờ vào năm 2050, nhưng phần lớn sẽ là năng lượng hạt nhân (28%); tiếp theo là gió (21%), mặt trời (17%), thủy điện (14%) và sinh khối (8%). Than và khí đốt chiếm 12% sản lượng điện.

Theo phân tích của Jiang, năng lượng hạt nhân có thể cung cấp lượng điện cơ bản ổn định hơn so với năng lượng mặt trời và gió. Điều này có nghĩa là công suất hạt nhân của Trung Quốc - hiện tại là 49 gigawatt trên khoảng 50 nhà máy điện hạt nhân - sẽ cần tăng gấp 5 lần, lên 554 gigawatt vào năm 2050, thông qua việc xây dựng nhanh các nhà máy mới. Jiang nói thêm rằng các thiết kế nhà máy hạt nhân mới đều an toàn và tạo ra chất thải phóng xạ tối thiểu.

Nhưng nhiều nhà nghiên cứu nghi ngờ về tiềm năng của hạt nhân. Xiliang cho biết chi phí và thời gian cần thiết để xây dựng các nhà máy đã tăng lên đáng kể. Và vụ khủng hoảng năm 2011 tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi ở Nhật Bản đã khiến cho phần lớn công chúng không chấp nhận việc xây dựng các nhà máy trong đất liền.

Phân tích của Jiang cũng bao gồm một điểm tương đồng với các nhóm nghiên cứu khác, đó là vai trò của CCS.

"Mục tiêu khí hậu nghiêm ngặt như vậy đòi hỏi phải triển khai đáng kể CCS," Hongbo Duan, nhà kinh tế khí hậu tại Đại học Viện Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, cũng đồng ý.

Tuy nhiên, điều này sẽ đòi hỏi đầu tư đáng kể, bởi vì Trung Quốc hiện chỉ có một cơ sở CCS lớn đang hoạt động, tại một mỏ dầu. Bảy cơ sở khác mới đang được xây dựng hoặc lên kế hoạch. CCS sẽ cho phép Trung Quốc tiếp tục sử dụng một lượng nhiệt điện than trong dài hạn, nhưng một số nhà nghiên cứu cho rằng công nghệ CCS vẫn còn rất đắt và chi phí làm hạn chế khả năng ứng dụng của nó.

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng Trung Quốc thay vào đó nên ngừng xây dựng các nhà máy nhiệt điện than mới. Kaare Sandholt, nhà mô hình hóa hệ thống năng lượng tại Trung tâm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Trung Quốc thuộc NDRC, cho biết các nhà máy điện than hiện tại sẽ hết tuổi thọ trước thời hạn mục tiêu trung hòa carbon, nghĩa là trong vòng 40 năm.

Nhưng trong quá trình chuyển dịch năng lượng, Trung Quốc cũng cần cân nhắc đến an ninh kinh tế của khoảng 3,5 triệu công nhân trong ngành điện và khai thác than và nhiều người vốn sống dựa vào nguồn điện giá rẻ.

Các lựa chọn cắt giảm của Trung Quốc sẽ trở nên rõ ràng hơn trong những tháng tới khi Trung Quốc, giống như tất cả các quốc gia đã ký kết hiệp định khí hậu Paris 2015, có nghĩa vụ đệ trình các mục tiêu tăng mức giảm phát thải trước cuối năm nay.