Năng lượng địa nhiệt là gì?

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng có sẵn trong lòng đất, chúng tập trung ở khoảng vài km bên dưới bề mặt Trái Đất. Đây được coi là nguồn năng lượng sạch và trong tương lai, nguồn năng lượng này sẽ được khai thác sử dụng phổ biến. Hiện nay, đã có khoảng 24 quốc gia nguồn năng lượng này, trong đó, Mỹ là quốc gia đứng đầu danh sách với công suất 3.548 MW.

Theo tìm hiểu, nguyên nhân khiến năng lượng địa nhiệt hạn chế là vì giới hạn về mặt địa lý. Không giống như việc khai thác dầu khí ở ngoài khơi, hay khai thác than tại các mỏ ở núi, loại năng lượng này chỉ được khai thác ở một số nơi, chủ yếu là những vùng gần ranh giới mảng kiến tạo.

Ngoài ra, việc khai thác cũng đòi hỏi nhiều công nghệ tối tân, hiện đại. Với công nghệ hiện nay, chỉ có thể khai thác năng lượng địa nhiệt từ các tầng nông dưới mặt đất nên chưa thể khám phá ra hết tiềm năng của chúng. Bên cạnh đó, việc khai thác cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ rủi ro.

Vào thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, những người La Mã sống ở các thành phố phía tây nước Đức ngày nay là Aachen và Wiesbaden đã sưởi ấm nhà cửa và các phòng tắm nước nóng thiên nhiên bằng nước suối nóng. Ở New Zealand, người Maori nấu thức ăn bằng cách sử dụng nhiệt của Trái đất và vào năm 1904, ngoài ra, năng lượng địa nhiệt được sử dụng để tạo ra điện ở Larderello, miền trung nước Ý.

Tốc độ phủ sóng nhanh chóng

Ngày nay, khoảng 400 nhà máy điện ở 30 quốc gia sản xuất điện bằng cách sử dụng hơi nước sinh ra bên dưới bề mặt trái đất, tạo ra tổng công suất 16 gigawatt (GW).

Phương pháp tạo điện này đặc biệt quan trọng ở các vùng núi lửa dọc theo Vành đai lửa Thái Bình Dương, bao gồm Hoa Kỳ, Mexico, El Salvador, Iceland, Thổ Nhĩ Kỳ, Kenya, Indonesia, Philippines và New Zealand. Nhưng ở cấp độ toàn cầu, năng lượng địa nhiệt chỉ chiếm 0,5% sản lượng điện.

Trên khắp thế giới, năng lượng địa nhiệt chủ yếu được sử dụng để sưởi ấm bể bơi, tòa nhà, nhà kính và hệ thống sưởi ấm đô thị.

Theo đánh giá của Báo cáo tình trạng năng lượng tái tạo toàn cầu, công suất lắp đặt của các nhà máy nhiệt địa nhiệt hiện là 38 gigawatt trên toàn thế giới — nhiều hơn gấp đôi công suất của các nhà máy địa nhiệt tạo ra điện.

Đến nay, Trung Quốc (14 GW), Thổ Nhĩ Kỳ (3 GW), Iceland (2 GW) và Nhật Bản (2 GW) là những quốc gia đi đầu trong việc phát triển năng lượng địa nhiệt sâu, sưởi ấm ngày càng nhiều khu vực thành phố và nhà kính. Ở Đức, thành phố Munich thích sử dụng hệ thống sưởi địa nhiệt rẻ tiền và đã đặt mục tiêu sử dụng công nghệ này để làm cho khí hậu khu vực trung hòa vào năm 2035.

Chính phủ Đức cũng đang xem xét phát triển hơn nữa năng lượng địa nhiệt sâu để tạo ra nguồn cung cấp nhiệt trung hòa với khí hậu trên toàn quốc vào năm 2045. Theo các nghiên cứu, năng lượng địa nhiệt sâu có thể tạo ra khoảng 300 terawatt giờ nhiệt hàng năm từ công suất lắp đặt 70 GW -  nhiều hơn một nửa nhu cầu nhiệt trong tương lai của tất cả các tòa nhà.

Các nhà nghiên cứu tin rằng việc sử dụng năng lượng địa nhiệt nông ở Đức mang lại tiềm năng sưởi ấm tương tự như năng lượng địa nhiệt sâu. Ở Đức, chỉ riêng hai công nghệ này có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu sưởi ấm trong tương lai cho các tòa nhà.

Vậy chi phí nhiệt từ năng lượng địa nhiệt sâu là bao nhiêu?

Theo phân tích của sáu viện nghiên cứu của Đức, việc tạo ra nhiệt bằng năng lượng địa nhiệt sâu có chi phí dưới ba xu euro mỗi kilowatt giờ (kWh).

Trước cuộc tấn công của Nga vào Ukraine, khí đốt tự nhiên có thể tạo ra nhiệt thậm chí còn rẻ hơn thế này đối với nhiều tiện ích đô thị ở châu Âu. Điều đó làm cho việc đầu tư xây dựng các nhà máy năng lượng địa nhiệt sâu trở nên không hấp dẫn.

Tuy nhiên, kể từ khi khủng hoảng Nga – Ukraine nổ ra, giá khí đốt tăng mạnh đã đẩy chi phí đó lên hơn 12 cent cho mỗi kWh, làm thay đổi thế cục. Các tiện ích thành phố hiện đang thể hiện sự quan tâm lớn đến năng lượng địa nhiệt sâu để cung cấp nhiệt.

Nhu cầu sưởi ấm của các tòa nhà trên thế giới có thể được đáp ứng bằng tiềm năng gần như vô hạn của năng lượng địa nhiệt sâu và năng lượng địa nhiệt gần bề mặt.

Nhưng các ứng dụng công nghiệp đôi khi yêu cầu nhiệt độ trên 200 độ, mà với các công nghệ hiện tại, năng lượng địa nhiệt nói chung là không thể đạt được. Đối với nhiệt độ cao như vậy, sưởi ấm bằng điện, khí sinh học, sinh khối và hydro xanh là những lựa chọn thay thế thân thiện với khí hậu.

Áp dụng công nghệ vào khai thác năng lượng địa nhiệt

Trong thế kỷ qua, các ngành công nghiệp dầu khí nói riêng đã tích lũy được kiến thức đáng kể về khai thác trong lòng đất, về kỹ thuật khoan, cách đào tạo nhân viên và đã phát triển công nghệ tinh vi.

Chia sẻ với DW, giáo sư Rolf Bracke, người đứng đầu Viện Fraunhofer về Cơ sở hạ tầng Năng lượng và Năng lượng Địa nhiệt (IEG), cho rằng ông tin tưởng rằng năng lượng địa nhiệt có thể được mở rộng nhanh chóng "nếu các ngành công nghiệp dầu khí chuyển sự chú ý của họ sang năng lượng địa nhiệt."

Tuy nhiên, nhiều công ty này vẫn tiếp tục tập trung vào sản xuất dầu khí vì đây là “mỏ vàng” tạo ra nhiều lợi nhuận. Vì thế, sẽ không có đủ nhân sự và công nghệ khoan để mở rộng nhanh chóng năng lượng địa nhiệt.

Theo Bracke, phải mất hai đến ba năm để phát triển các nguồn nhiệt địa nhiệt nếu được phê duyệt nhanh chóng và lâu hơn khoảng ba lần so với ở Đức do sự chậm trễ của bộ máy quan liêu.

Chính phủ Đức hiện muốn đẩy nhanh quá trình này và tăng sản lượng nhiệt năng lên gấp 10 lần so với mức sản xuất 1 terawatt hiện tại vào năm 2030.

Ở những vùng có hoạt động địa chấn, năng lượng địa nhiệt có thể gây ra những trận động đất nhỏ khi nước được bơm vào lớp dưới bề mặt với áp suất quá cao. Trong một số trường hợp, chấn động đã dẫn đến các vết nứt trong các tòa nhà và sự phản đối của công chúng đối với công nghệ này.

Theo Bracke, không có báo cáo nào về động đất ở những vùng không có ứng suất cơ bản. Trong khi đó, các kỹ thuật địa nhiệt cũng đã được cải thiện: giờ đây có thể tránh được chấn động bề mặt với áp suất nước ngầm thấp hơn và các phương pháp giám sát tinh vi hơn.

Nhưng so với khai thác dầu, khí đốt và than đá, địa nhiệt ít rủi ro hơn nhiều, Bracke nhấn mạnh, và "cho đến nay là nguồn năng lượng an toàn nhất từ trái đất của chúng ta."

Điệp Nguyễn (Theo DW)