Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 2: Hôm qua và Hôm nay (Phần 2)

Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future

by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone

Người dịch: Phạm Thu Hường

Chapter 2: Yesterday and Today – Chương 2: Hôm qua và Hôm nay (Phần 2) 

Từ định luật Faraday đến sự mất điện 

Ngày 17 tháng 10 năm 1831, nhà khoa học Anh Michael Faraday đã chứng minh rằng có thể chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện và ngược lại, bằng cách sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ. Theo một truyền thuyết, trong chuyến thăm phòng thí nghiệm của ông, Thủ tướng Chính phủ Anh hỏi mục đích của chất mới kỳ lạ được gọi là điện này là gì, và Faraday đã trả lời – đừng lo lắng, Chúa ơi, đến một ngày ông sẽ đánh thuế nó.

Khả năng tạo ra chuyển động cơ học từ việc đốt than, dầu, khí, kết hợp với phát hiện của Faraday, đã cho phép thực hiện sự sản xuất quy mô lớn của điện, và điều này cũng được hỗ trợ bởi sự phát triển của một loại động cơ mới: tuabin hơi.

Nhà máy điện đầu tiên đã đi vào hoạt động tại London vào ngày 12 tháng 1 năm 1882. Trong sự đánh giá tương đối, sự phát triển của điện là nhờ các thiên tài và khả năng sáng tạo và kinh doanh của một số ít các kỹ sư và nhà khoa học: trong đó Thomas Alva Edison, Nikola Tesla, và George Westinghouse là những cái tên đáng để nhắc đến.

Ngoài tầm quan trọng cơ bản đối với nhiều quá trình công nghiệp và ngành vận tải đường sắt, điện đã làm thay đổi bộ mặt của các thành phố và nếp sống của những công dân ở các nước giàu nhất. Điện đã vào nhà của chúng ta sạch sẽ và yên tĩnh một cách liên tục và chính xác. Nó cho phép chúng ta bật đèn và vận hành tủ lạnh của chúng ta, máy giặt, TV, đài, điện thoại, máy điều hòa không khí , máy tính, và hàng tá các thiết bị điện tử khác mà đã làm cho cuộc sống của chúng ta đỡ vất vả và thú vị hơn. Tất cả những điều này là nhờ vào sự tồn tại của cơ sở hạ tầng rộng lớn nhất và phức tạp nhất từng được xây dựng bởi con người: Mạng lưới điện quốc tế, mà đối với người châu Âu nó kéo dài từ Đại Tây Dương đến những dãy núi Urals ở Nga, từ các vùng Bắc Cực đến vùng Bắc Châu Phi.

Mặc dù chúng ta hầu như không nhận ra, đó là nhờ vào năng lượng điện có sẵn mà chúng ta có thể lưu trữ thực phẩm trong nhiều ngày, giặt quần áo của chúng ta mà không cần nỗ lực, xem được những gì đang xảy ra trên thế giới, nghe nhạc từ một dàn âm thanh nổi, viết một văn bản mà không cần sử dụng đến bút và giấy, và làm được rất nhiều việc khác đã trở thành thói quen phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Tuy nhiên, sự phụ thuộc của chúng ta vào điện đã đạt đến mức bệnh lý. Nếu không có nó, chúng ta không còn có khả năng thực hiện hầu như bất kỳ hoạt động nào, như đã được kinh nghiệm qua một số dịp mất điện xảy ra tại Hoa Kỳ, tại Ý, và các nơi khác ở châu Âu và châu Á.

Tuy vậy, chúng ta không được quên rằng, 1.4 tỷ người trên thế giới không được tiếp cận với điện. Như chúng ta sẽ thấy sau này, hy vọng duy nhất của họ để được tiếp cận với năng lượng điện là bằng cách phổ biến rộng rãi các công nghệ năng lượng tái tạo quy mô nhỏ. 

Từ công việc cơ bắp đến máy bay phản lực 

Cho đến thế kỷ thứ 19, du lịch và vận chuyển hàng hoá đã được thực hiện phần lớn bởi công việc cơ bắp của người đàn ông và động vật, và bởi sự tận dụng thường xuyên của sức gió trên biển và sức nước từ dòng chảy của sông.

Ngựa, bò, lạc đà và voi là những loài động vật được sử dụng thường xuyên nhất. Xe kéo La Mã được kéo bởi những con bò có thể mang tới 500 kg hàng hóa trong khoảng cách 15 – 20 km. Các đoàn lạc đà có thể mang muối từ các đầm lầy muối Bilma đến Agadez (610 km) qua sa mạc Ténéré của Nigeria, di chuyển hơn 40 km (25 dặm) một ngày với tải trọng gần 100 kg mỗi con. Các đoàn lạc đà hiện nay đã được thay thế bởi xe tải, mỗi chiếc trong số đó có thể mang một tải trọng tương đương với 250 con lạc đà.

Sự thay đổi lớn đầu tiên trong lĩnh vực giao thông vận tải đi kèm với sự phát minh ra nồi hơi của Watt. Vào đầu thế kỷ 19, với việc cải thiện hiệu quả và giảm kích thước, nồi hơi đốt than đã được sử dụng lần đầu tiên cho tàu thuyền chạy trên sông. Giao lộ đầu tiên của Đại Tây Dương bằng tàu hơi nước đã diễn ra vào năm 1833 dọc theo đường biển từ Quebec tới London.

Tương tự như vậy, lò hơi Watt cũng đã dẫn đến sự phát triển của giao thông vận tải đường sắt. Năm 1825, đường sắt đầu tiên Stockton và Darlington của George Stephenson đã được đặt trên đường Bridge ở Stockton-on-Tees (Anh); đó là đường sắt chở khách đầu tiên trên thế giới kết nối Stockton và Shildon. Năm năm sau (1830), hệ thống đường sắt công cộng đầu tiên bắt đầu hoạt động ở Anh giữa Liverpool và Manchester. Tuyến đường sắt đầu tiên dọc theo Napoli đến Portici trong bán đảo Ý đã được khánh thành ngày 03 tháng 10 năm 1839 của Bourbon Duke Ferdinand II. Năm 1904 chứng kiến ​​sự ra đời của tuyến đường sắt xuyên Siberia, đã và vẫn còn là tuyến đường sắt dài nhất thế giới (khoảng 9000 km) kết nối Mát-xcơ-va (Moscow) đến Siberia Viễn Đông. Ngày hôm nay, hầu hết các chuyến tàu chạy bằng năng lượng điện. Ở một số nước, xe lửa chạy với tốc độ lớn hơn 300 km/h.

Mặc dù tiến bộ to lớn, nhưng động cơ hơi nước không thống trị lĩnh vực giao thông vận tải, bởi vì giữa thế kỷ XIX đã chứng kiến ​​sự ra đời, sử dụng và phổ biến của một đối thủ đáng gờm với than, một nhiên liệu linh hoạt hơn nhiều, dễ vận chuyển, ít gây ô nhiễm và mạnh mẽ hơn: dầu thô (dầu mỏ). Sự sẵn có của dầu khí cũng tạo động lực cho sự phát triển của động cơ đốt trong. Với công nghệ mới này, đã không còn cần thiết phải tạo ra hơi nước để chuyển thành năng lượng cơ học như trong trường hợp của than. Nhiên liệu lỏng và khí có thể thực hiện công trực tiếp khi nó bị đốt cháy trong buồng đốt của động cơ đốt trong mà không cần sự can thiệp của hơi nước như một trung gian. Động cơ đốt trong vốn hiệu quả hơn nhiều so với nồi hơi.

Bằng sáng chế được ban hành trong lĩnh vực động cơ đốt trong là rất nhiều. Bằng sáng chế đầu tiên được ban hành vào năm 1857 cho Barsanti và Matteucci ở Ý. Sau đó, đến những bằng cho động cơ bốn thì (Otto, năm 1876), động cơ xi lanh dọc (Daimler, năm 1885), và động cơ diesel (Diesel, năm 1892). Năm 1885, Karl Benz xây dựng chiếc xe bốn bánh đầu tiên của Đức, khởi đầu việc sản xuất thủ công của những chiếc xe thô sơ.

Các nhà sản xuất đầu tiên của những chiếc xe nhỏ xuất hiện ở gần cuối thế kỷ này. Các công ty FIAT (Fabbrica Italiana Automobili Torino) của Ý được thành lập vào năm 1899. Trong những năm đó, giao thông công cộng ở các thành phố vẫn thực hiện bởi những con ngựa; năm 1901 chỉ riêng tính ở London có khoảng 300 000 con ngựa. Công nghiệp sản xuất ô-tô quy mô lớn bắt đầu ở Hoa Kỳ do sáng kiến ​​của một doanh nhân trẻ từ Michigan – Henry Ford – người đưa ra thị trường chiếc xe đầu tiên với giá cả phải chăng: chiếc Ford T. Chỉ trong vài năm, các đại lý ngựa sau khi chào đón chiếc xe đầu tiên với nụ cười và sự đồng cảm đã phải thay đổi công việc.

Vào buổi sáng ngày 17 Tháng 12 năm 1903, trên bờ biển Bắc Carolina, một chiếc máy được phát minh bởi con người đã cất cánh trong không trung lần đầu tiên và đã bay được khoảng vài chục mét. Hai thiên tài cơ khí của Ohio, anh em nhà Wright – Orville và Wilbur Wright – đã xoay sở để thực hiện được một giấc mơ hàng nghìn năm đã làm say mê các nhà khoa học và nghệ sĩ, như là Leonardo da Vinci trong thời kỳ Phục hưng (Renaissance).

Sự phát triển của ngành hàng không là một trong những tiến bộ công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ 20, cùng với sự khởi đầu của việc thăm dò không gian. Ba thập kỷ đầu tiên của những năm 1900 chứng kiến ​​sự xuất hiện một số mẫu nguyên thủy đầu tiên của máy bay. Lịch sử hàng không trong những năm đó đầy những thành công đáng nhớ và cả những thất bại gây náo động.

Chuyến bay thương mại đầu tiên theo kế hoạch bay ​​từ Paris đến London diễn ra vào năm 1919. Chỉ tới khi sau chiến tranh thế giới thứ hai, ngành hàng không dân dụng mới được thành lập hoàn thiện với sự phát triển của máy bay phản lực và sự tiến bộ trong sản xuất của các vật liệu xây dựng máy bay nhẹ hơn. Máy bay phản lực đầu tiên, Boeing 707, được đưa vào hoạt động năm 1958. Trong khoảng một vài năm sau đó, máy bay đã tiếp quản những chuyến chu du liên lục địa trước đó được thực hiện bởi tàu hơi nước. Hầu hết các máy bay hiện đại, như máy bay Airbus A380, có thể chuyên chở hàng trăm hành khách. Bây giờ chúng ta có thể tới được bất kỳ nơi nào trên Trái đất bằng đường hàng không với những chuyến bay thẳng trong vòng chưa đầy 24 giờ.

Trong phạm vi liên quan đến hàng hóa và các sản phẩm, toàn cầu hóa thị trường đã tăng đáng kể lưu lượng vận chuyển bằng đường biển. Số lượng hàng hoá vận chuyển trên toàn thế giới bằng tàu biển hiện nay là lớn hơn gấp bốn lần so với vận chuyển bằng xe tải, và lớn hơn gấp 400 lần so với vận chuyển bằng hàng không. Năng lượng tiêu thụ để vận chuyển bằng đường biển bằng một nửa so với vận tải đường bộ, nhưng lớn hơn gấp 20 lần so với máy bay. Tuy nhiên, trong trường hợp sau, nền kinh tế bị đảo ngược mạnh mẽ: để vận chuyển chỉ là một tải của một con tàu lớn sẽ bắt buộc phải dùng hàng trăm máy bay chở hàng loại lớn.

Phương tiện vận tải đã trở thành biểu tượng của các nước phát triển. Người ta ước tính rằng tổng khoảng cách đi du lịch hàng năm của hành khách trong các loại phương tiện giao thông là trong khoảng hàng nghìn triệu triệu dặm mỗi năm, 85% trong số đó là bằng xe hơi. Nhưng hậu quả tiêu cực của sự mở rộng không thể ngừng lại của việc du lịch bằng xe hơi là tai nạn giao thông, ô nhiễm không khí, và biến đổi khí hậu.

Từ xăng dầu đến thực phẩm

Trước khi nhiên liệu hóa thạch đã được đưa vào sử dụng, hầu hết các lực lượng lao động của một quốc gia tập trung vào nông nghiệp. Tại Hoa Kỳ, nhà sản xuất thực phẩm lớn nhất thế giới, nông dân (lao động nông nghiệp) hiện chiếm ít hơn 1% lực lượng lao động. Trong nông nghiệp hiện đại, công việc của người và động vật đã được thay thế gần như hoàn toàn bằng năng lượng được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch. Loại nhiên liệu này được sử dụng trong chế tạo và hoạt động của máy móc nông nghiệp, thủy lợi tưới tiêu cho đất trồng, sản xuất và phân phối các loại phân bón và thuốc trừ sâu, trong việc bảo vệ cây trồng, và cả trong công việc thu hoạch và vận chuyển.

Trong quá trình của thế kỷ 20, phạm vi của vùng đất canh tác chỉ tăng có 30%; tuy nhiên, số lượng các loại cây trồng thu hoạch đã tăng gấp 6 lần. Điều này đã được thực hiện nhờ vào một sự gia tăng 150 lần trong năng lượng được sử dụng trong nông nghiệp, nhiên liệu chủ yếu là hóa thạch và điện. Ngày nay, các mùa vụ trên thế giới có thể nuôi sống khoảng 4 người trên mỗi hecta, trong khi đó vào năm 1900 chỉ có thể cung cấp cho 1.5 người trên mỗi ha.

Rõ ràng rằng, thậm chí nông nghiệp đã trở nên phụ thuộc vào dầu mỏ. Chi phí năng lượng là 0.1 tấn dầu/tấn lúa mì và 0.25 tấn dầu/tấn gạo. Đối với các sản phẩm nông nghiệp khác, mối quan hệ giữa năng lượng sử dụng và năng lượng tiêu thụ để sản xuất chúng thậm chí còn ít thuận lợi hơn. Ví dụ, các cây rau trồng trong nhà kính có hàm lượng năng lượng nhỏ hơn năng lượng cần sử dụng để sản xuất chúng lên đến 50 lần. Ngoài ra, người ta cũng đã tính toán được rằng để nuôi một con bò 5 tạ đòi hỏi chi phí năng lượng tương đương với 6 thùng dầu (khoảng 1000 lít), và vì vậy để sản xuất 1 kg thịt bò mất 7 lít dầu.

 

Hết phần 2 – Chương 2 (còn tiếp).

© copyright Zanichelli and Wiley-VCH

Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes

Một suy nghĩ 3 thoughts on “Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 2: Hôm qua và Hôm nay (Phần 2)”

  1. Phần này tác giả đưa ra bức tranh về lịch sử phát triển năng lượng, điện, dầu mỏ và rõ ràng tất cả mọi hoạt động, mọi ngành nghề sẽ lụi bại nếu không có năng lượng. Cảm ơn dịch giả đã truyền tải 🙂

    Thích

  2. Chị cảm thấy tác giả còn nói đến một sự phụ thuộc đến mức bệnh lý của người giàu/nước giàu vào năng lượng và bỏ quên những người nghèo, qua đoạn này:

    “Tuy nhiên, sự phụ thuộc của chúng ta vào điện đã đạt đến mức bệnh lý. Nếu không có nó, chúng ta không còn có khả năng thực hiện hầu như bất kỳ hoạt động nào, như đã được kinh nghiệm qua một số dịp mất điện xảy ra tại Hoa Kỳ, tại Ý, và các nơi khác ở châu Âu và châu Á.

    Tuy vậy, chúng ta không được quên rằng, 1.4 tỷ người trên thế giới không được tiếp cận với điện. Như chúng ta sẽ thấy sau này, hy vọng duy nhất của họ để được tiếp cận với năng lượng điện là bằng cách phổ biến rộng rãi các công nghệ năng lượng tái tạo quy mô nhỏ.”

    Thích

  3. Chương 2 giúp em hiểu rằng: “Tất cả mọi cư dân của Trái đất đều mong muốn cuộc sống tài vật đầy đủ hơn. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu này, đòi hỏi nhiều năng lượng. Với năng lượng bạn có thể làm bất cứ điều gì, hay là gần như bất cứ điều gì.”

    Em cám ơn chị Hường và team dịch thuật. 🙂

    Thích

Trả lời

Điền thông tin vào ô dưới đây hoặc nhấn vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s