[E-magazine 1] Chuyển dịch năng lượng: Từ quá khứ đến tương lai

Chuyển dịch năng lượng chỉ sự thay đổi về cấu trúc trong một hệ thống năng lượng liên quan đến cung cấp và tiêu thụ.

Quá trình chuyển dịch năng lượng là một sự thay đổi lớn về công nghệ và hành vi cần thiết để thay thế một nguồn năng lượng này bằng một nguồn năng lượng khác. Chuyển dịch năng lượng đã diễn ra trong suốt quá trình hình thành và phát triển của con người, đặc biệt là trong 200 năm vừa qua.

Quá trình chuyển dịch năng lượng ở thế kỷ XXI là con đường hướng tới chuyển đổi ngành năng lượng toàn cầu với mục tiêu đảm bảo an ninh năng lượng và giảm phát thải carbon để giảm thiểu biến đổi khí hậu, hướng tới phát thải ròng bằng 0. Phát thải ròng bằng 0 (net zero emissions) là khi lượng phát thải đạt được sự cân bằng tổng thể giữa lượng khí nhà kính được tạo ra và lượng khí nhà kính được loại bỏ khỏi bầu khí quyển.

Trong bối cảnh hiện nay, chuyển dịch năng lượng là sự chuyển đổi cơ cấu sử dụng năng lượng từ các dạng năng lượng truyền thống như năng lượng sinh khối (biomass), năng lượng hóa thạch... sang các dạng năng lượng sạch, tái tạo và bền vững.

Năng lượng sạch, tái tạo và bền vững là năng lượng mà trong quá trình sinh công bản thân nó không tạo ra chất thải độc hại ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và được sinh ra từ những nguồn liên tục được tái sinh bởi những quá trình tự nhiên như năng lượng mặt trời, gió, thủy triều, sóng, địa nhiệt...

Chuyển dịch năng lượng hiện nay hướng tới việc thay đổi toàn diện hệ thống năng lượng bao gồm các hoạt động khai thác, sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng năng lượng. Điều này còn bao gồm cả việc sử dụng các công nghệ hiệu quả hơn; đổi mới các cơ chế và chính sách hỗ trợ phát triển và sử dụng năng lượng sạch; cải thiện, nâng cấp, đầu tư hạ tầng mới; tăng cường năng lực kỹ thuật và đào tạo; tạo ra môi trường thân thiện với các doanh nghiệp và nhà đầu tư nhằm khuyến khích phát triển các loại hình năng lượng sạch...

Chuyển dịch năng lượng được thúc đẩy bởi nhu cầu và sự sẵn có của các loại nhiên liệu khác nhau. Trong quá khứ, việc chuyển dịch năng lượng chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu tăng năng suất lao động trên cơ sở phát triển khoa học kỹ thuật. Hiện nay, chuyển dịch năng lượng được thúc đẩy bởi việc giảm thiểu biến đổi khí hậu và đảm bảo an ninh năng lượng.

Trong lịch sử, thế giới đã trải qua các quá trình chuyển dịch năng lượng khác nhau, năng lượng thống trị đã thay đổi từ nhiên liệu này sang nhiên liệu khác. Những thay đổi này có thể nhìn thấy rõ ràng qua cơ cấu tiêu thụ năng lượng toàn cầu từ năm 1800 - 2020.

Cuối thế kỷ XIX, chứng kiến sự chuyển dịch cơ cấu nguồn năng lượng từ sinh khối (đốt gỗ, rơm...) sang than đá, sau đó là sự chuyển dịch từ than đá sang dầu và khí vào những năm 1960.

Than đá và quá trình chuyển dịch năng lượng đầu tiên

Trước cuộc cách mạng công nghiệp, con người đốt củi và phân khô để sưởi ấm nhà cửa và nấu thức ăn, trong khi dựa vào sức mạnh cơ bắp, gió và nước để xay ngũ cốc. Việc vận chuyển và đi lại được hỗ trợ chủ yếu bằng cách sử dụng xe ngựa hoặc các động vật khác.

Than đá đã được con người biết đến từ rất lâu, tuy nhiên vào thế kỷ XVI và XVII, dưới sức ép của việc giá củi và than tăng vọt do khan hiếm cũng như việc phát triển kỹ thuật ở mức cao hơn, thế giới đã chuyển sang sử dụng than đá, đánh dấu khởi đầu quá trình chuyển dịch năng lượng đầu tiên. Mất gần 100 năm để than đá trở thành nguồn năng lượng sơ cấp chiếm tỷ trọng lớn nhất.

Sự trỗi dậy của dầu khí

Năm 1859, Edwin L. Drake xây dựng giếng dầu thương mại đầu tiên ở Pennsylvania, cũng như than đá, dầu khí cũng cần đến 100 năm để trở thành nguồn năng lượng chính.

Năng lượng tái tạo

Các nguồn năng lượng tái tạo là trung tâm của quá trình chuyển dịch năng lượng đang diễn ra. Khi các quốc gia tăng cường nỗ lực hạn chế khí thải, năng lượng mặt trời và năng lượng gió đang được mở rộng trên toàn cầu.

Từ năm 2000 đến 2010, tỷ lệ năng lượng tái tạo chỉ tăng 1,1%. Nhưng tốc độ tăng trưởng đang tăng nhanh, từ năm 2010 đến năm 2020 con số này là 3,5%. Việc bổ sung công suất năng lượng tái tạo đang trên đà lập kỷ lục qua các năm. Ngoài ra, đầu tư chuyển dịch năng lượng toàn cầu đạt mức kỷ lục 755 tỷ USD vào năm 2021.

Quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu sẽ giúp đảm bảo an ninh năng lượng cho các quốc gia, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, tạo ra một thế giới phát triển bền vững và công bằng hơn.

Quá trình chuyển dịch năng lượng hiện nay là con đường hướng tới chuyển đổi ngành năng lượng toàn cầu với mục tiêu đảm bảo an ninh năng lượng và giảm phát thải carbon để giảm thiểu biến đổi khí hậu. Chuyển dịch năng lượng vẫn đang trong quá trình định hình nhưng sẽ là một chủ đề lớn trên thế giới.

Trong lịch sử phát triển xã hội loài người, từ than rồi đến xăng dầu thay nhau trở thành nguồn năng lượng, nhiên liệu chính để phục vụ các cuộc cách mạng công nghiệp trước đây và cả hiện tại. Trong tương lai, năng lượng tái tạo và các nguồn năng lượng sạch được dự báo sẽ chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tỷ trọng năng lượng tiêu thụ cuối. Toàn bộ các hoạt động trong lĩnh vực năng lượng hiện tại và tương lai đều hướng tới một nền kinh tế phát thải carbon thấp với đích đến cuối cùng là không phát thải carbon. Điều này đã được định hướng thông qua tại Thỏa thuận biến đổi khí hậu tại hội nghị lần thứ 21. 

Theo đó, Thỏa thuận khung Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu (COP21) tại thủ đô Paris (Pháp) đã được thông qua vào ngày 12/12/2015 bởi 195 quốc gia và vùng lãnh thổ. Nội dung chính của Thỏa thuận bao gồm: (1) Đạt mức phát thải lớn nhất càng sớm càng tốt và hạ thấp mức phát thải vào nửa sau của thế kỷ này; và (2) Giữ nhiệt độ toàn cầu không tăng quá 2°C và nỗ lực giới hạn mức tăng ở mức 1,5°C. Thỏa thuận đã đạt được ngưỡng thông qua với hơn 55 quốc gia đại diện cho ít nhất 55% lượng phát thải khí nhà kính của thế giới đã phê chuẩn Thỏa thuận này. 

Tại COP26 năm 2021, 197 quốc gia tham gia Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu cũng đã thông qua Hiệp ước khí hậu tại Glasgow, Scotland (Vương quốc Anh) nhằm tái khẳng định duy trì mục tiêu hạn chế mức tăng nhiệt độ toàn cầu ở ngưỡng 1,5°C theo Thỏa thuận Paris và cam kết “tăng tốc các nỗ lực hướng tới giảm thiểu điện than và loại bỏ trợ cấp dành cho nhiên liệu hóa thạch có hiệu suất kém”. 

Mục tiêu này đòi hỏi phải cắt giảm lớn lượng khí thải CO₂ một cách nhanh chóng và bền vững, bao gồm giảm 45% lượng phát thải CO₂ vào năm 2030 so với mức năm 2010 và về 0 vào khoảng giữa thế kỷ, cũng như giảm sâu phát thải các khí nhà kính khác. 

Mới đây, ngày 20/11/2022, Hội nghị lần thứ 27 các bên tham gia Thỏa thuận khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP27), do Ai Cập đăng cai tổ chức tại thành phố Sharm El-Sheikh, đã thông qua thỏa thuận khí hậu tổng quát cuối cùng của COP27 tại phiên toàn thể bế mạc. Điều khoản đáng chú ý nhất trong thỏa thuận chung tại COP27 là việc các nước nhất trí thành lập quỹ "Tổn thất và Thiệt hại" để bù đắp cho các nước đang phát triển chịu ảnh hưởng nặng nề của hiện tượng thời tiết cực đoan do biến đổi khí hậu gây ra.

Theo số liệu thống kê của BP, cơ cấu tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu đã thay đổi đáng kể trong những năm gần đây. Hiện tại, năng lượng có nguồn gốc từ hóa thạch (bao gồm than đá, dầu, khí thiên nhiên) vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong tiêu thụ năng lượng sơ cấp trên toàn cầu (nắm giữ khoảng 80% tỷ trọng hỗn hợp năng lượng sơ cấp toàn cầu trong nhiều thập kỷ) nhưng theo các xu hướng khác nhau. 

Theo số liệu từ IEA, sự gia tăng lượng khí thải CO₂ liên quan đến lĩnh vực năng lượng đã đẩy phát thải KNK lên mức cao nhất từ trước đến nay vào năm 2021, tổng lượng phát thải KNK đạt khoảng 40,8 Gt CO₂ tương đương vào năm 2021, trên mức cao nhất mọi thời đại trước năm 2019, trong đó, phát thải CO₂ từ quá trình đốt cháy nguyên/nhiên liệu và quy trình công nghiệp chiếm gần 89% lượng KNK của ngành năng lượng vào năm 2021, phát thải CO₂ từ đuốc khí đốt chiếm 0,7%. Ngoài CO₂, lượng khí thải methane liên quan đến đốt cháy chiếm 10% trong tổng số và phát thải liên quan đến đốt cháy oxit nitơ khoảng 0,7%. Phát thải CO₂ từ than và dầu chiếm khoảng 60% phát thải CO₂ trong lĩnh vực năng lượng.

Năm 2020, đại dịch Covid-19 đã gây ra cuộc khủng hoảng kinh tế, làm tác động đến hầu hết mọi khía cạnh về sản xuất, cung cấp và tiêu thụ năng lượng trên khắp thế giới. Đại dịch làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trong phần lớn thời gian của năm 2020. Theo dữ liệu thống kê của IEA, nhu cầu năng lượng sơ cấp giảm gần 4% vào năm 2020, lượng khí thải CO₂ liên quan đến lĩnh vực năng lượng trên toàn cầu giảm 5,8% và đây là mức giảm phần trăm hàng năm lớn nhất kể từ Thế chiến II. Thêm vào đó, cuộc chiến tranh giữa hai nước Nga - Ukraine từ tháng 2/2022 đã làm ảnh hưởng nhiều đến tình hình cung cầu năng lượng trên thế giới. Nhiều quốc gia như EU cũng đã áp dụng các lệnh trừng phạt đối với Nga, gây ra các biến động lớn về giá nhiên liệu và nguồn cung năng lượng sơ cấp không đảm bảo. Cuộc khủng hoảng năng lượng và chiến tranh Nga - Ukraine đang thúc đẩy các đầu tư mới vào các nguồn nhiên liệu phát thải carbon thấp và cũng bao gồm cả việc mở rộng nguồn cung cấp than ở các nền kinh tế châu Á nhằm đảm bảo ổn định an ninh năng lượng quốc gia.

Mặc dù bị tác động tức thời bởi các yếu tố như dịch bệnh, chiến tranh, thiên tai..., nhưng xét về dài hạn liên quan đến biến đổi khí hậu, dịch chuyển năng lượng là xu hướng không thể tránh khỏi.

Với các cam kết mạnh mẽ trong việc cắt giảm nhiên liệu hóa thạch, cũng như kế hoạch phát triển năng lượng tái tạo của các quốc gia trên thế giới thì dự báo của DNV vào năm 2022 cho rằng, cơ cấu năng lượng sẽ chuyển dịch một cách mạnh mẽ. Hiện nay, dự báo cung cầu năng lượng trên thế giới được thực hiện bởi nhiều công ty, đơn vị, tổ chức khác nhau như DNV, IEA, BP...

Theo dự báo của BP về cung cầu năng lượng giai đoạn 2019 - 2050 được thể hiện qua 03 kịch bản:

• Kịch bản “Accelerated”: Dựa trên các hệ thống tiêu thụ năng lượng hiện nay, xét đến khả năng thay đổi để giảm phát thải carbon thông qua các chính sách cam kết và thúc đẩy của chính phủ. Đến 2050 cắt giảm 75% CO₂ so với 2019. Nhiệt độ toàn cầu sẽ tăng và duy trì khoảng <2°C.
• Kịch bản “Net Zero”: Tương tự kịch bản “Accelerated” nhưng còn có thêm sự hỗ trợ về xã hội, sử dụng hiệu quả năng lượng và áp dụng các nguồn nhiên liệu carbon thấp. Đến 2050 cắt giảm 95% CO₂. Nhiệt độ toàn cầu sẽ tăng và duy trì khoảng <1,5°C.
•  Kịch bản “New Momentum”: Dựa trên mức độ tăng trưởng và xu hướng phát triển công nghệ hiện tại. Đến 2050, giảm 20% CO₂ so với 2019. Nhiệt độ toàn cầu sẽ tăng >2°C.

IEA cũng dự báo theo 03 kịch bản:

• Kịch bản “Net Zero Emissions” (NEZ): Mục tiêu đạt phát thải ròng bằng không cho lĩnh vực năng lượng vào 2050. Nhiệt độ toàn cầu tăng khoảng 1,5°C vào năm 2100;
• Kịch bản “Announced Pledges Scenario” (APS): Dựa trên các cam kết của chính phủ trên toàn thế giới sẽ được thực hiện và đúng hạn như cam kết. Nhiệt độ toàn cầu tăng khoảng 2,1°C vào năm 2100;
• Kịch bản “Stated Policies Scenario” (STEPS): Dựa trên các chính sách hiện tại, được đánh giá theo từng lĩnh vực với các chính sách cụ thể. Nhiệt độ toàn cầu tăng khoảng 2,6°C vào năm 2100.

Như vậy, có thể thấy rằng, với các dự báo kịch bản khác nhau của các nguồn khác nhau, dưới tác động của dịch chuyển năng lượng, xu hướng phát triển năng lượng của thế giới sẽ đi theo hướng thay dần các nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu mỏ) bằng các nguồn năng lượng sạch hơn (gió, mặt trời, sinh khối...).

Việc sử dụng nguồn năng lượng trong quá trình chuyển dịch năng lượng theo hướng phát thải thấp khí nhà kính: (i) Không tiếp tục gia tăng và tiến tới giảm sử dụng nguồn năng lượng phát thải khí nhà kính lớn như than đá, dầu; (ii) Sử dụng nguồn năng lượng trung gian ít phát thải hơn như khí tự nhiên; (iii) Tăng dần các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt...

Dự báo đến năm 2050, nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu phi hóa thạch trong cơ cấu nguồn năng lượng sơ cấp sẽ đạt xấp xỉ bằng nhau.