Nang Luong

[Huu Le]

Tạo dựng cánh buồm cho lịch sử
Dạ Trạch
Một ngân quỹ nhỏ bé và những ước mơ lớn không phải dễ dàng kết hợp được với nhau. Thế nhưng người tiên phong trong việc chế tạo thuyền buồm mặt trời (solar-sail) Lou Friedman đã sẵn sàng cho phi thuyền Cosmos 1 thám hiểm mặt trời và không gian.

Đây là một câu chuyện về lòng kiên trì, đó không chỉ là lòng kiên trì của một người, mặc dù Lou Friedman đã đợi một nửa cuộc đời để đưa chiếc buồm mặt trời vào không gian, mà cả các nhà vị lai nữa, những người đã mơ về kỹ thuật này một nửa thế kỷ mà vẫn chưa được nhìn thấy nó hoạt động. Nếu tất cả diễn ra theo kế hoạch thì vào tháng tư này chiếc buồm Mylar rộng 600 mét vuông được đặt tên là Cosmos1, có hình dáng giống cánh quạt chiếc cối xay gió hơn là một chiếc phi thuyền, sẽ cho thấy rằng một chiếc phi thuyền có thể di chuyển chỉ nhờ ánh sáng mặt trời.

Nhưng trước hết nó phải được phóng lên quỹ đạo bằng một tên lửa cải tiến từ một chiếc tàu ngầm nguyên tử của Nga từng hoạt động trên biển Barent. Cosmos 1 được tài trợ cá nhân bởi Hiệp hội hành tinh (Planetary Society), đây là một nhóm ủng hộ chương trình không gian của Mỹ có trụ sở đặt tại Pasadena, tiểu bang California. Friedman là trưởng của nhóm này. Nhưng Cosmos 1 lại được một công ty không gian của Nga là NPO Lavochkin chế tạo.

Sau khi cánh buồm đạt đến quỹ đạo cách trái đất 800 km và mở những cánh quạt hình tam giác của nó thì bộ điều khiển ở trái đất sẽ cho những cánh quạt này nghiêng đi giống như cánh thuyền buồm đón gió. Việc quỹ đạo của chiếc phi thuyền bị đẩy đi một chút ít nhờ áp suất ánh sáng là tất cả những điều mà họ cần. Có thể mất vài ngày để làm điều đó nhưng đội Cosmos sẵn sàng chờ đợi.

Những cánh buồm mặt trời không phải dành cho những người nóng vội. Chúng được gia tốc ban đầu rất chậm, khó mà có thể nhận ra nhờ vào việc các quang tử ánh sáng đập vào bề mặt có khả năng phản xạ rất cao và truyền mô men động lượng cho nó. Không giống như các tên lửa, buồm mặt trời có thể được gia tốc liên tục, nó còn được gia tốc khi nào mà ánh sáng mặt trời còn chiếu vào mà không mất một giọt nhiên liệu nào.

Tốc độ ánh sáng
Sau một ngày, vận tốc gia tăng có một cánh buồm liên hành tinh là một con số khiêm tốn, khoảng 160 km/h, sau 100 ngày thì cánh buồm có thể chuyển động với vận tốc 16.000 km/h, sau ba năm thì vận tốc di chuyển đạt đến 160.000 km/h, nhanh gấp ba lần tốc độ của phi thuyền Voyager mà hiện nay đang thoát ra khỏi hệ mặt trời, và đủ nhanh để có thể đi đến sao Diêm vương trong vòng 5 năm – một nửa thời gian của du thuyền New Horizons của NASA cần để đến sao Diêm vương.

Đó là lý do tại sao các nhà văn viết chuyện khoa học viễn tưởng lại yêu thích buồm mặt trời giống như các kỹ sư không gian. Vào những năm 1970, Friedman là giám đốc dự án của phòng thí nghiệm Phản lực của NASA ở Pansadena, California, chính ở đây ông đưa ra một thiết kế ý tưởng cho tàu vũ trụ của Mỹ để đến sao chổi Halley sử dụng một cánh buồm khổng lồ có diện tích 640.000 mét vuông. Ý tưởng này bị NASA vứt vào sọt rác vì quá rủi ro. Bây giờ, khi hồi tưởng lại, Friedman thừa nhận là “điều đó quá táo bạo” và “chương trình không mang tính thực tiễn”.

Sau khi thôi không làm việc ở phòng thí nghiệm Phản lực, Friedman cùng các nhà khoa học Carl Sagan và Bruce Murray đồng sáng lập ra Hiệp hội hành tinh vào năm 1980. Trong khi thúc đẩy chương trình hợp tác về không gian quốc tế của hiệp hội, ông đã thiết lập những mối quan hệ về công việc và tình bạn thân thiết với các nhà khoa học và kĩ sư không gian của Nga tại một thời điểm mà các mối quan hệ như vậy có vẻ rất đáng ngờ. Sau đó thì việc Hiệp hội hành tinh nhờ sự giúp đỡ của Nga trong dự án buồm mặt trời là một hành động hợp lí. Phóng tên lửa không mất nhiều tiền vì NPO Lavochkin đã từng làm việc với các phi thuyền có khả năng được thổi phồng lên (cột buồm giữ cánh buồm Cosmos 1 cần phải phồng lên trong không gian), và mối quan tâm của người Nga về các thuyền buồm mặt trời có từ rất sớm, năm 1921, từ ý tưởng vượt trước thời đại của Konstantin Tsiolkovsky.

Bấy giờ thì Friedman cần phải cân bằng giữa sự hưng phấn vì đã đi được một quãng đường dài và những trông đợi có tính thực tế. Một ngân sách rất nhỏ khoảng 4 triệu đô la dành cho dự án (ông nói “NASA cũng tiêu ngần ấy tiền vào những nghiên cứu giấy tờ”), điều đó cũng có nghĩa là không thể mua được một số vật liệu và loại bỏ rất nhiều nghiên cứu thiết kế. Nhưng đội ngũ làm việc gồm những người có năng lực và đầy kinh nghiệm, những người đã cố gắng thấy trước những sai sót có thể xảy ra. Friedman kể lại, sau khi kiểm tra kĩ thuật ở Moscow, một chuyên gia tư vấn người Nga đã cho Cosmos 1 xác suất 70% thành công, “tôi nói: này ông bạn, ông nói là 70 ư? Tôi sẽ lấy nó”.

Thật không may, nhóm làm việc đã nhỡ một cơ hội để kiểm tra sự hoạt động của buồm vào lần phóng dưới quỹ đạo (suborbital: vật mà tên lửa mang không thể lên đến quỹ đạo ổn định mà chỉ thoát khỏi tầng khí quyển của trái đất – ND) vào năm 2001, khi đó chiếc phi thuyền đã không thể tách rời khỏi tên lửa và cả hai biến mất trên biển. Thay vì lặp lại chuyến bay ngắn như thế, Friedman và đồng nghiệp đã quyết định lần sau sẽ phóng thẳng buồm mặt trời lên một quỹ đạo quanh trái đất. Tim Van Sant ở Trung tâm chuyến bay không gian Goddard nói rằng mặc dù NASA không thích những dự án có độ rủi ro cao kiểu này, nhưng bên ngoài thì họ vẫn hoan nghênh Cosmos. Van Sant quản lý sự phát triển về công nghệ cho chương trình kết nối Mặt trời – Trái đất của NASA. Văn phòng của Van Sant đã có những dự tính về buồm mặt trời từ rất lâu cho các phi thuyền mà không thể dùng lực đẩy quy ước. Ví dụ, đặt một phi thuyền trên một quỹ đạo rất gần và ở phía cực của mặt trời thì phải cần rất nhiều nhiên liệu cho tên lửa để chống lại lực kéo xuống do hấp dẫn của mặt trời. Các cánh buồm mặt trời có tác dụng như một cái phanh tự nhiên mà không bao giờ bị cạn kiệt nhiên liệu.

Đón gió
Nhưng có một khoảng cách lớn giữa giấc mơ và thực hiện giấc mơ. Phần lớn các kế hoạch về buồm mặt trời chưa bao giờ đến gần mặt trời. Có một bài nói về cuộc đua về buồm mặt trời quốc tế để kỉ niệm năm trăm năm chuyến vượt biển của Colombus đến châu Mỹ. Các nhóm trong đó có Quỹ không gian thế giới có trụ sở đặt tại Pasadena đã đi xa đến mức đã xây dựng và thử nghiệm những cánh buồm trên trái đất bằng việc kết hợp công sức của những chuyên gia và nghiệp dư, nhưng tài chính của họ đã hết. Gần đây có một nhóm ở Texas gọi là Team Encounter đã công bố kế hoạch gửi những lời nhắn, bức họa, ảnh và mẫu ADN của các khách hàng đã trả tiền và gửi chúng đi cùng những cánh buồm mặt trời vào khoảng không giữa các hành tinh. Không một kế hoạch nào trong đó đi đến việc phóng tên lửa cả.

Về kinh nghiệm bay với buồm mặt trời, thì Nhật bản là nước tiên phong cho đến khi Cosmos 1 cất cánh. Tháng tám năm ngoái, Cơ quan thám hiểm không gian Nhật bản (JAXA) đã thực hiện một lần phóng thử dưới quỹ đạo bằng một tên lửa nhỏ (souding rocket) và một cánh buồm dài 10 mét đã có thể giương lên từ cột buồm. Tháng năm tới thì cơ quan đó sẽ thử một chiếc buồm dài 20 mét trên một quả kinh khí cầu khoa học ở độ cao 35 km.

Mục tiêu cuối cùng của JAXA là hệ thống đẩy kết hợp giữa buồm mặt trời và động cơ điều khiển ion. Một trong những chương trình được JAXA đưa ra là kết hợp buồm mặt trời với động cơ điều khiển ion để thay thế một đầu dò trên một quỹ đạo xung quanh cực của sao Mộc và bay qua một vài tiểu hành tinh.

Mặc dù vậy, chưa có ai đi được nhiều như Friedman để đưa buồm mặt trời lên quỹ đạo. Thậm chí khi cánh buồm ở trên quỹ đạo thì ông vẫn chưa chắc chắn khi nào có thể ăn mừng thắng lợi, “đó có thể là một thắng lợi rất nhỏ bé”, ông nói, vì nhóm làm việc cố gắng điều khiển chiếc buồm của họ và đấy nó lên quỹ đạo cao hơn. Vì có rất nhiều thử thách kỹ thuật mà buồm mặt trời phải đối mặt. Friedman lo lắng nhất về động học của chiếc buồm. Không ai biết chính xác nó sẽ ổn định ở mức nào, nó có bị xoay và uốn cong giống như một chiếc diều gặp gió mạnh hay không.

Nếu Cosmos 1 có thể đạt đến các quỹ đạo cao hơn thì nó còn có một nhiệm vụ cuối cùng mang tính vị nhân. Một nhà vật lý ở Đại học California đồng thời là nhà văn viết truyện khoa học viễn tưởng Gregory Benford cùng với người anh trai của ông là James Benford – chủ tịch Cơ quan Khoa học vi sóng ở Lafayette, California sẽ hướng chùm vi sóng có công suất 450 kilowatt từ một ăng ten ở sa mạc Mojave vào chiếc buồm mặt trời. Họ hi vọng chùm vi sóng này sẽ cung cấp thêm lực đẩy cho chiếc thuyền. Một ngày nào đó, phương pháp này sẽ được sử dụng để đẩy các phi thuyền tới các hành tinh khác, thậm chí tới các ngôi sao khác.

Chạy đúng hướng gió
Một thành công của Cosmos 1 sẽ thúc đẩy sẽ thúc đẩy các dự án về thuyền buồm mặt trời trong các nhóm nghiên cứu không gian. Khoảng thời gian sớm nhất mà NASA có thể gửi thuyền buồm mặt trời vào không gian là năm 2009 trong chương trình Công nghệ không gian 9, mặc dù có các công nghệ khác cạnh tranh cho chuyến bay đó.

Trong số các đề xuất buồm mặt trời của NASA là vệ tinh quỹ đạo mặt trời gia tốc hạt (Particle Acceleration Solar Orbiter), nó có thể bay xung quanh mặt trời rất gần để quan sát những vùng hoạt động của mặt trời và một Vệ tinh chụp ảnh cực mặt trời để nghiên cứu vùng mặt trời ở vĩ độ cao. NASA và cơ quan hải dương học và khí quyển học quốc gia muốn đặt một vệ tinh thời tiết trên một quỹ đạo ổn định để cảnh báo về bão mặt trời (sunstorm). Những chương trình này cần những thuyền buồm mặt trời lớn hơn Cosmos 1 từ ba đến năm lần.

Cơ quan không gian châu Âu cũng quan tâm đến thuyền buồm mặt trời vì những lý do tương tự như NASA là đặt một vệ tinh lên cực của mặt trời. Cơ quan này còn nghiên cứu một nhiệm vụ khác gọi là người bảo vệ trái đất để thăm dò những tiểu hành tinh gần trái đất.

Mặt dù chưa một thử nghiệm về thuyền buồm mặt trời nào thành công nhưng Van Sant vẫn chi 10 triệu đô la hàng năm cho các nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật. Năm nay, hai cơ quan tiên phong trong việc phát triển buồm mặt trời là L’Garde ở Tustin, California, và ABLE Engineering ở Goleta, California sẽ thử nghiệm các thiết kế khác nhau của thuyền buồm 20 mét trong một buồng chân không khổng lồ của NASA ở Ohio.

Cánh buồm của nhóm ABLE được tạo thành từ vật liệu polymer mới và mỏng được gọi là CP-1, chỉ dày có 2,5 micromet – độ dày này chỉ bằng một nửa độ dày của cánh buồm bằng hợp kim nhôm Mylar của Cosmos 1, Van Sant nói “nếu bạn hắt hơi một cái cũng đủ để thổi bay cánh buồm bay qua mặt bàn”. Đối với buồm mặt trời thì càng mỏng càng tốt, nhưng mỏng thì lại dễ rách. Ngay cả những cánh buồm được gia cố lực của Cosmos 1 cũng không thể tồn tại mãi mãi: trong vòng một tháng sau khi phóng, chúng sẽ bị suy thoái dưới ánh sáng gay gắt của mặt trời. Nhưng chuyến bay ngắn ngủi đó cũng đủ để minh chứng nguyên lý buồm mặt trời và nếu thành công sẽ mở ra một thiên đường cho các phi thuyền khác chạy bằng năng lượng mặt trời.

(Theo Tony Reichhardt, Nature 433 (2005)

[NhiHa]

BẠN BIẾT GÌ VỀ HẢNG DẦU HỎA?

Kỹ sư Sagant Phan

Nói về sức mạnh của dòng họ, không có nghĩa là dòng họ đó nổi tiếng về cửa tạ hay vác gạo đoạt giải nhất. Nhưng đó là sức mạnh của đồng tiền, của thế lực. Thực ra sức mạnh của đồng tiền sẽ át hơn hết. Như dòng họ Rockerfeller là sức mạnh về tiền. Sức mạnh này hiện nay vẫn còn khủng khiếp. Chuyện này sẽ nói đến lần sau. Sức mạnh của công ty dầu lửa, từ trước đến giờ mình chỉ nghe mơ hồ. Ðổ xăng từ đó đến giờ, từ lúc biết lái xe, gần mòn vòi xăng của trạm xăng.mà nói đến sức mạnh của công ty dầu hỏa, thì hầu như ai cũng đều.cà lăm.

Xứ Mỹ có rât nhiều hảng dầu xăng, xứ Pháp cũng vậy. Nhưng muốn đứng đầu top ten thiên hạ không phải là chuyện dễ. Còn muốn biết đến sức mạnh của nó.thì chỉ còn có nước trở thành hội viên (stock- holder) thì hi vọng được hảng dầu hỏa gởi báo cáo cho xem.

Sau đây là hảng dầu hỏa Exxon mà mọi người trên thế giới đều nể hết. Sức mạnh của nó như vầy.

Khoảng chừng 5 năm trở lại, Exxon đã có nhiều may mắn phi thường cho hảng. Ðoàn thám hiểm (exploration, thiệt danh từ này cũng không ổn, nhưng kẹt chữ đành xài tạm vậy) và nhóm sản xuất dầu hỏa đem lợi nhuận thường niên cho hảng trung bình là $4 tỉ USD. Năm 1996 với số tiền lời đó lên đến hơn $5 tỉ USD. Nhờ rất nhiểu yếu tố mang đến. Yếu tố đầu tiên là lương tiêu thụ xăng tăng lên, thứ nhì là phẩm chất tăng tiến nhiều hơn xưa, còn yếu tố quan trọng là.đào.đâu trúng mối đó.

Harry Longwell (phó giám đốc ban thám hiểm và sản xuất) mừng hết lớn khi tuyên bố với nhóm Quản Trị là năm 1996 hảng Exxon đào 2 lổ.dầu, thì trúng một lổ dầu. Có nghĩa là thành tích hơn mọi hảng dầu hỏa khác.

Năm 1996 Exxon bán ra thị trường tiêu thụ về dầu hỏa và khí đốt đến 1 tỉ thùng barrel (42 gallons). Như là đổ đầy bình xăng cho tất cả mọi xe du lịch trên thế giới chaỵ được 3 tháng. Nhưng sức mạnh tiềm tàng của Exxon mà các hảng dầu hỏa nào cũng ngán là.kho của nó còn nhiều hơn nữa. Chẳng lẽ bán .ráo rồi ngồi chơi chờ kiếp sau?

Và cũng không hẳn là mình tuyên bố là mình còn rất nhiều trong kho, rồi ai muốn tin hay không tin thì kệ. Muốn được chấp nhận trên thị trường chứng khoáng là còn trong kho rất nhiều thì phải có một cơ quan của chính phủ đến kiểm soát thì mới được tuyên bố là còn.còn nhiều trong kho.

Cơ quan đó là SEC (Security Exchange Commission), cơ quan SEC định nghĩa là: có khả năng thật sự để phân phối, bán ra số lượng về dầu thô, khí đốt mà bản đồ chứng minh có những giếng có mức lượng lớn.

Nghe cái này cũng đủ thấy.ghét công ty SEC của chính phủ rồi. Dĩ nhiên chính phủ nào cũng vậy, họ nói thường dẫn những danh từ họ nói ra dân suy nghĩ kiểu nào cũng thấy.trúng hết. Nhưng mình biết rõ ràng là những tay tuyên bố điều đó nó đâu có tin.

Năm 1996 Exxon bán ra đến 1 tỉ thùng dầu kể cả khí đốt, và trong năm đó họ đã tìm được những nguồn mỏ khác đến 1.2 tỉ thùng dầu hỏa kể cả khí đốt để mà thay thế số lượng vừa bán ra và bốc hơi mất trong không gian.

Nhớ là những năm gần qua, cũng nhờ Nga Sô tan rã nên Exxon rất có lợi. Họ gặp may tại North Sea, tại Vịnh Mexico, và tại Azerbaijan gần Black Sea thuộc Nga xưa. Rồi may mắn trúng mánh ở Prudhoe Bay (Alaska). Rồi nhờ kỹ thuật tân tiến hiện nay như cách tiết kiệm hay cách chắt bóp thêm những nơi bị vung vãi.

Họ là những công ty dầu hỏa lớn, và họ được chính phủ thích hay thân thương họ. Xứ nào cũng thân thương họ hết. Và họ cũng thích chởi chữ cho dân tiêu thụ tin tưởng họ.

Họ cho rằng Resource base của họ gồm phần resource base và proved reserve (mấy danh từ này dịch làm chi cho nhức đầu cả đôi bên). Exxon cho rằng họ có đến 40 tỉ thùng phuy (40 billion barrels) trong mục resource base của họ, còn 13.7 tỉ barrels nằm trong kho sẵn sàng bán ra.

Với danh từ chơi chữ của họ, dĩ nhiên đố ai mà mò chính xác cho ra con số thiệt sự của họ. Những tay thanh tra chính phủ dể mà đánh thuế cho đúng thì bị họ mướn giá gấp 3 lần lương chính phủ nữa và tiền chia lời cổ phiếu trên thị trường stock ở New York. Dĩ nhiên chừa lại những tay thanh tra.lọng cọng cho chính phủ xài đỡ, chờ khi giỏi nghề sắp sửa khám phá ra sự thật thì họ sẽ mướn tiếp. Hảng dầu họ đào mỏ, rồi họ gắn máy bơm và đồng hồ, rồi họ báo cáo, mình chỉ việc trở thành.nghị gật mà thôi.

Họ đến xứ nào cũng vậy, rất nhiều quà cáp hậu hĩnh. Chính phủ cưng họ ra mặt. Họ đào mỏ, có dầu rồi họ mừng tiệc lên báo chí, rồi máy bơm của họ, đồng hồ tính tiền đóng thuế cũng của họ, và tàu bè chuyên chở cũng của họ luôn.

Tại hảng Exxon có một ban tuy nhỏ nhưng sức mạnh vô cùng vĩ đại. Họ có toàn quyền cho người đi tìm mỏ, họ đến nói chuyện với chính phủ bằng thảm đỏ của chính phủ trải ra, ban này lượng định mỏ có đủ lợi gấp 5 lần theo giấy tờ tính không.

Họ biết Nga Sô cũng chứasản lương dầu dưới lòng đất nhiều phi thường, nhưng họ không dám tuyên bố nhiều vì sợ khối Á Rập giận và chính phủ Nga đòi chia phần lời hơn nữa thì họ không vui. Tại quần đảo Sakhalin (gần Nhật) họ được cia 30 phần lời. Cũng vì vậy mà chính phủ Nhật kể như là mãi mãi mất đi. Trong khu vực Sakhalin đó họ ước tính có nguồn dự trữ đến 2.5 tỉ thùng dầu thô và 15 ngàn tỉ (15 trillions) cubic khí đốt. Năm 2001sẵn sàng bơm lên. Tại Timan Pechora (cách Moscow gần 1000 miles về cực bắc) Exxon có hơn 1 tỉ thùng dầu thô. Tại Azerbajian Exxon có hơn 5 tỉ thùng dầu thô và sẽ đưa lên mặt đất nay mai.

Tại Kazakstan họ chủ quyền 50% với chính phủ về đất đai mà họ mua lên đến hơn 3 triệu mẫu đất, dĩ nhiên để đào dầu chớ không phải để trồng trọt.

Ðoàn thám hiểm về dầu hiện nay đã thọt mũi khoan xuống trung tâm Phi Châu rồi. Tại xứ Chad (Phi Châu) họ có khoảng gần 900 triệu barrel thùng dầu thô. Tại Niger họ làm sở hữu đất đến 7 triệu mẫu đất.

Riêng điều vô cùng đặc biệt. Năm 1979 họ biết Trung Hoa trước sau gì cũng làm bá chủ Á Châu, nên họ dồn sức mạnh rất nhiều về China. Họ đã trả tiền sòng phẳng cho chính phủ Trung Quốc quyền sở hữu từ đất liền và ngoài khi lên đến 17 triệu mẫu đất và hải phận. Dĩ nhiên Trung Quốc phải đi xuống nữa và gặp Việt Nam làm kỳ đà cản mũi và kéo theo Phillippine nhào vô sẵn sàng gây sự về hải phận Trường Sa. 1996 Exxon khám phá ra ngoài khơi Nàng Uy và Anh Quốc có rất nhiều dầu lửa dưới thềm lục địa.

Có nghĩa là cờ Exxon của họ bay gần hết địa cầu và hải phận luôn. Exxon được may mắn là họ không phụ thuộc vào nhóm OPEC mà Ả Rập làm chủ tình hình. Vì Ả Rập đã có nhiều kinh nghiệm bị những hảng dầu đá té.từ lưng lạc đà xuống cát vàng sa mạc nhiều lần. Nên giờ đây Ả Rập không ưa hảng dầu lửa ngoại quốc. Cũng chính những hảng như Exxon này bán giá cả mà Ả Rập nói họ không chịu nghe theo. Khi Ả Rập bán mắc thì họ bán rẻ, khi Ả Rập bán rẻ thì họ ngưng giá chờ thời. Ả Rập giận lắm nhưng chịu. Chẳng lẽ qua Nga hy China mà tại Chian họ cũng xui chính phủ nên xài tiền nhiều đi, nên mương thêm tiền ngân hàng thế giới để xây thêm xa lộ, mua thêm xe, sản xuất thêm xe. và cần tiền để trả lời tiền ngân hàng thế giới.thì China bán đất theo kiểu 30/70. Nghĩa là hảng dầu được 30, China được 70. Dĩ nhiên máy bơm dầu, đồng hồ đo dầu bơm ra là của họ, còn China chỉ cứ việc nhìn theo giấy in sẵn bản báo cáo số dầu hút mực.gởi từ New York qua mà nhận tiền.

Ðiều mà hảng dầu Exxon mừng hơn ai hết là mỗi lần đào 2 lổ giếng dầu thì trúng 1. Chúng ta cũng có quyền đào giếng dầu để làm giàu mãi mãi. Nhưng phải mua đất không thuộc thành phố, vì luật lệ ngày nay cấm đào giếng tại nhà của mình. Cứ mỗi giếng dầu được đào, thì tốn khơi khơi mỗi giếng trên 3 triệu đến 6 triệu USD. Giếng nhỏ mà chúng ta thường thấy như đi dọc Long Beach (California) hay trải dài những nơi gần núi khi đi về phương Bắc. Ðó, mỗi giếng đào như vậy tốn rất nhiều tiền. Và thường thường đào trên 20 cái giếng mới có 1. Thành thử rất có ít ai làm giàu nhờ trứng giếng dầu. Ngày xưa thì có chớ ngày nay thì khác rồi, chánh phủ đã rành 6 câu về vụ này, nên không thể để ai tự tiện đào và tất cả đều thành triệu phú hết.

Sở dĩ nhiều cường quốc trên thế giới đều chịu thua Mỹvề vụ đào giếng dầu vì họ đã có kinh nghiệm đầu tiên trên thế giới về việc này. Những nơi dễ dàng thì họ đã làm chủ hết rồi, chỉ chừa những nơi như biển khơi sâu thẳm hoặc sa mạc ngút ngàn hay vùng lạnh giá băng mà tuyết phủ vạn niên. Như biển cả ngoài khơi, thường cách đất liền trên vài trăm hải lý là thường. Ví dụ muốn đào lổ khoan tại Khánh Hội Sài Gòn thì tàu khoan giếng nằm ở Gò Vấp, ống khoan giếng dài hàng chục ngàn mét là thường, và khoan xuống những lớp đá hoa cương thềm lục địa rất cứng.

China thích kỹ thuật đào giếng của Mỹ vô cùng, vì như vậy China mặc sức mà tung hoành ngang dọc chớ đâu chịu chia phần cho Mỹ làm chi, nó đào giếng và nó báo cáo mức thu hoạch, lấy gì mà kiểm chứng đây? Dầu hút thẳng từ giếng lên giàn khoan và vào thẳng tàu dầu (cũng của nó) đậu sẵn chờ đợi. Còn khi mình mua dầu thì nó chở tới bằng những thùng phuy, đếm rõ ràng một với một là hai. Và nếu chọc nó giận thì nó lấp giếng lại, lấy gì mà khui tiếp đây?

Riêng hảng dầu Chevron có một lực lượng hùng hậu chuyên chở tàu dầu lớn kinh khủng (supership) mà trung bình nặng trên 32 ngàn ton. Một tanker nặng trung bình 320 ngàn tons thì mỗi ngày lênh đênh trên biển nó uống hết 75 tons dầu cho nó rồi, còn loại tanker nặng 476 ngàn tons (tên Globtik Tokyo) mỗi ngày nó uống dầu khoảng 330 ngàn tons mới hết khát. Tàu chở dầu họ phân loại: từ 200 đến 300 ngàn tons gọi là Very large Crude Carriers, còn trên 300 ngàn tons thì gọi là Ultra Large Crude Carriers (ULCC). Chuyến hải hành của loại tầu chở dầu Very Large Crude Carrier khoảng gần 100 nhân viên. Trên đó họ có thể đi xem movies, hay bơi lội tùy thích. Thủy thủ đoàn hay ban chỉ huy có thể đem vợ lên tàu được, tùy theo thuyền trưởng (vì tàu dân sự đâu phải tàu chiến). Tàu Esso Atlantic do Nhật làm năm 1977 gọi là ULCC 510 ngàn tons, nằm trong 5 tàu chở dầu lớn nhất thế giới. Hải trình chính là từ vịnh Á Rập đến Bắc Âu Châu. Sức hứa dầu nói cho dễ hiểu là đặt căn bản một chiếc xe chở dầu thường thấy trên xa lộ (fuel truck), mỗi chiếc fuel truck chở được 9 ngàn gallon dầu. Và chiếc Esso Atlantic này có thể chứa đến 17 ngàn chiếc xe truck loại đó một cách dễ dàng. Những loại tàu này thường được lái bởi vệ tinh (satellite), tàu phát ra làn sóng và vệ tinh nhận được, rồi vệ tinh điều khiển con tàu bởi hệ thống computer mà program hải trình được định sẵn. Khi nào có chuyện như biển bão tố cấp, 3 trở lên thì mới cần thuyền trưởng xem lại hệ thống autopilot. Như tàu dầu Bellamya của hảng Shell (French Marine Shell) đi lên tục trên ngoài biển thẳm mà 2 ngày liền thuyền trưởng không cần đụng đến tay lái tàu. Tất cả đều bằng computer và vệ tinh định vị. Tàu này mạnh đến 550 ngàn tons.

Ðối với toán thám hiểm tàu, thường thường họ có thêm 2 chuyên viên về truyền tin. Hai người này họ xách một vali bằng nhôm, nhẹ khoảng 30 pounds, đồ nghề trong đó giản dị là một đĩa rada phát sóng, và nhận sóng và một cái telephone cũng một máy phát điện chạy bằng battery liên tục 48 giờ mới cần charge lại. Với điện thoại cầm tay 2 chuyên viên này có thể gọi phone bất kỳ nơi nào trên thế giới qua vệ tinh định vị (geostationary satellites). Họ có thể gởi fax đi trong tận rừng sâu Mã Lai về New York trong vòng 3 phút chuẩn bị hay ngược lại. Cũng với máy điện thoại gắn trong vali (luggage) họ có thể nhận được bản đồ qua vệ tinh dường hướng ra khỏi rừng sâu. Hệ thống này gọi là Globecap system. Ðôi khi xem phim gián điệp James Bond 007 máy móc truyền tin còn thua họ (vì họ chơi đồ thiệt, còn James Bond là chơi đồ.đóng phim).

Nhưng khoa học gia và kinh tế gia nghĩ về tương lai là đến năm 2010 thì thế giới sẽ cần đến 6 triệu thùng dầu thô nhiều hơn nữa cho mỗi ngày. Có nghĩa là từ đây đến đó mỗi hảng dầu ráng làm sao đạt được chỉ tiêu là tổng cộng phải đem ra khỏi mặt đất với số lương là 50 triệu thùng phuy (barrel) mỗi ngày thì người ta xài mới. sướng.

Hiện nay một người Ấn Ðộ (quốc tịch Anh)tên Ravi Tikkoo đang dự định đóng 3 chiếc tàu chở dầu supertankers chạy bằng nguyên tử lực (atomicship) mạnh đến trên 600 ngàn tons. Giá mỗi chiếc tính cách đây 10 năm là 450 triệu USD. Hiện giờ hảng công ty của ông có 4 chiếc tàu chở dầu mà thôi, nhưng trong đó có hai chiếc đứng vào hạng nhất nhì thế giới rồi. Hiện giờ tất cả những hải cảng của Hoa Kỳ mà tàu chiến nguyên tử hàng không mẫu hạm có thể ghé sát bến được, còn tàu chở dần của ông thì vô không lọt vì quá.cạn. Nghĩa là tử ngoài khơi tàu ông ta chuyển vào đất liền những lượng dầu. Từ tàu ôg ta đến đất liền thì cho bạn chéo ghe.từ sáng sớm đến tối mịt mới tới nếu một ngày biển yên sóng lặn.

[Can Tho]

Xăng-sinh-học
Vietsciences-Trần Đăng Hồng 04/04/2008



Nhiên-liệu-sinh-học (Biofuel hay Agrofuel) là loại chất đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi là sinh-khối (biomass). Gọi là “tái tạo” (renewable) vì chất đốt cơ bản Carbon (C) nằm trong chu trình lục-hoá (photosynthesis) ngắn hạn - đốt nhiên-liệu-sinh-học sa thải khí CO2, rồi thực vật canh tác hấp thụ lại CO2 đó, để tạo thành sinh-khối chế biến nhiên-liệu-sinh-học - trên lý thuyết coi như không làm gia tăng CO2 trong khí quyển. Nhiên-liệu-sinh-học có thể ở thể rắn như củi, than củi (than-đá thuộc loại cổ sinh, không tái tạo); thể lỏng (như xăng-sinh-học, diesel-sinh-học); hay thể khí như khí methane-sinh-học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải). Nhiên liệu ở thể lỏng được ưa chuộng hơn vì có độ tinh khiết cao, chứa nhiều năng lượng, dễ dàng chuyên chở, dễ tồn trữ và bơm vào bình nhiên liệu của xe. Xăng-sinh-học đề cập trong bài này gồm xăng-ethanol (E) và diesel-sinh-học (ở Việt nam gọi là B), tương ứng với xăng-cổ-sinh biến chế từ dầu mỏ là xăng (gasoline) và diesel.

Khuynh hướng sản xuất xăng-sinh-học đang trên đà phát triển, vì nhiều lý do:

(i) giá xăng-cổ-sinh ngày càng mắc;

(ii) trữ lượng dầu hoả ở các mỏ dầu có giới hạn và sẽ kiệt quệ trong tương lai (khoảng năm 2100);

(iii) nhiều quốc gia muốn tuỳ thuộc ít vào việc nhập cảng nhiên liệu cổ sinh trong khi quốc gia họ có khả năng sản xuất nhiên liệu thay thế, và

(iv) bị áp lực chính trị phải giảm lượng khí CO2 sa thải để phù hợp với Thoả hiệp Kyoto (1997) quy định. Nhưng sản xuất và sử dụng xăng-sinh-học có phải là một biện pháp hữu hiệu để cứu vãn tai hoạ khí hậu toàn cầu không?



LỊCH SỬ
Nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn (gỗ, củi, than củi, phế thải thực và động vật, v.v.) đã được loài người sử dụng từ khi khám phá ra lửa. Khi phát minh ra động-cơ-hơi-nước (steam engine) và máy-phát-điện, nhiên-liệu-sinh-học thể rắn (gỗ) được sử dụng một thời để phát triển kỹ nghệ ở thế kỷ 18 và 19, và gây nhiều ô nhiễm. Ở Việt Nam, xe lưả chạy bằng đốt gỗ cho tới khoảng 1956, mới thay thế bằng động cơ diesel. Ngày nay có khoảng 2 tỷ dân đốt nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn như gỗ, củi, trấu, mạt cưa, rơm rạ, lá khô, v.v. Mặc dầu chứa carbon-tái-tạo, nhưng cho nhiều khói, tro bụi, bù hóng nên làm ô nhiễm môi trường.

Động cơ nổ đầu tiên trên thế giới do Nikolaus August Otto (người Đức) thiết kế sử dụng nhiên-liệu-sinh-học thể lỏng là rượu cồn – ethanol, Rudolf Diesel (người Đức) phát minh động cơ Diesel thiết kế chạy bằng dầu-đậu-phộng (groundnut oil), và Henry Ford (Mỹ) thiết kế xe hơi chạy bằng dầu-thực-vật (từ 1903 đến 1926) chế biến từ dầu chứa trong hạt và thân cây cần sa (hemp - Cannabis sativa).

Từ khi khám phá ra nhiên-liệu-cổ-sinh (than đá, dầu hoả, khí đốt) thì ngành kỹ nghệ sử dụng nhiên-liệu-cổ-sinh, vì có hiệu quả kinh tế hơn. Tuy nhiên mỗi khi có chiến tranh, bị địch phong toả khó chuyển vận dầu, hay thế giới có khủng hoảng chính trị, kinh tế, và để không tuỳ thuộc vào dầu hoả nhập cảng (từ Trung Đông), khuynh huớng sử dụng xăng-sinh-học lại bộc phát trong những thời kỳ này. Chẳng hạn, Đức và Anh Quốc sản xuất xăng-sinh-học từ khoai tây và lúa mì trong thời kỳ Đệ nhị Thế Chiến. Khủng hoảng xăng dầu năm 1972 do khối OPEC gây ra, làm một số quốc gia có chủ trương tự túc nhiên liệu bằng cách sản xuất xăng-sinh-học từ tiềm năng nông nghiệp đồ sộ của mình. Brazil tiêu biểu cho chính sách này.

Kể từ 2000, các quốc gia trên thế giới lần lượt thật sự tuân thủ Thoả hiệp Rio de Janeiro (1992), rồi Kyoto (1997), tìm kỹ thuật hạn chế sa thải khí nhà kiếngg (CO2, methane, N2O, v.v.) của nhiên-liệu-cổ-sinh, thay thế bằng năng-lượng-xanh (green energy như năng lượng mặt trời, gió, thuỷ điện, v.v.), nên nhiên-liệu-sinh-học đang trên đà bộc phát.



XĂNG-SINH-HỌC

Xăng-Ethanol (E) thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì dễ dàng biến chế từ đường (sugar - của mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột (starch – của ngũ cốc, khoai tây, khoai mì).
Ethanol (C2H5OH) 99.9% có thể chạy động cơ xe-hơi-chạy-bằng-xăng. Khi cháy, một phân tử ethanol sinh một nhiệt lượng 1409 kJ. Tuy nhiên, Ethanol chứa 33% năng lượng ít hơn xăng-cổ-sinh, nên cần nhiều ethanol hơn để xe chạy cùng một đoạn đường. Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn hơn. Thông thường, máy xe hơi chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15% ethanol). Xăng-chứa-ethanol chứa nhiều octane hơn xăng thường nên động cơ mau nóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su. Bất lợi của Ethanol là hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ sét kim loại, hư mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường (bồn đặc biệt, đắt hơn, khoảng £120,000/xe bồn xăng ở Anh – USD 200,000), nên cuối cùng tổn phí cao (tại Anh, tổn phí sản xuất khoảng 35 pence/lít – 60 cents/lít). Nói tóm lại, nếu tính từ lúc canh tác cây, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, lên men, chưng cất cho tới khi sử dụng, biến cải xe hơi, v.v. thì chạy xe bằng xăng-ethanol tốn kém hơn chạy bằng xăng thường.

Ngày nay mọi hiệu xe hơi đều có thể chạy xăng-ethanol E10 (xăng thường pha 10% ethanol), tuy nhiên để bảo đảm máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng-ethanol E5 (Xăng pha 5% ethanol). Một vài loại động cơ xe hơi cải biến sử dụng xăng-ethanol E85 như ở Brazil. Cách đây một năm (2007), các trạm bán xăng thuộc một hệ thống siêu thị lớn ở Anh đã lầm lẫn bơm xăng-ethanol E85 vào các trạm bán xăng thông thường, làm cháy hỏng máy mấy ngàn chiếc xe hơi và phải bồi thường cho khách hàng.

Xăng pha với ethanol thải ít khí nhà kiếngg hơn xăng thường. Chẳng hạng E85 sa thải 1 ppm khí NO2 trong khi xăng-cổ-sinh thải 9 ppm. Nguy cơ bị ung thư ít hơn khi thở phải khí sa thải của xăng-sinh-học.

Butanol (C4H10O) cho nhiều năng lượng hơn ethanol và có thể đổ thẳng vào bình xăng xe mà không cần biến chế gì thêm. Chế biến từ dầu mỏ, hay từ lên men nguyên liệu sinh-khối do vi khuẩn Clostridium acetobutylicum.

Methanol (CH3OH), còn gọi methyl-alcohol được điều chế từ khí methane (CH4) của khí đốt của mỏ dầu. Methanol cũng được biến chế từ chất hữu cơ động thực vật qua phương pháp đun trong bình kín (không có oxy và hơi nước) ở nhiệt độ cao (pyrolysis).
Diesel-sinh-học: Theo phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo Hoa Kỳ (U.S. National Renewable Energy), đốt diesel-sinh-học thải 50% carbon monoxide (CO) và 78% carbon dioxide (CO2) ít hơn diesel. Cũng không có sa thải Sulphur SO2. Diesel-sinh-học có những đặc tính vật lý tương tự diesel, thành phần hoá học chánh là acít béo - Fatty acid methyl (hay ethyl) ester. Diesel-sinh-học chứa ít năng lượng hơn, nhiệt độ bắt cháy là 150°C, trong khi diesel là 70°C.

Dầu-thực-vật khi hun nóng thì trở nên lỏng, nhờn hơn, nên có thể chạy máy diesel. Dầu-thực-vật trích từ các thực vật chứa nhiều dầu như hột cải-dầu (Oil seed rape), dừa dầu (oil palm), dừa (coconut), đậu nành (soyabean), đậu phộng (groundnut), bông vải (cotton), hạt cao su (rubber), hướng dương (sunflower), cây và hột cần sa (hemp, Cannabis sativa), v.v. Tảo và trái dầu-lai (Jatropha curcas) là những nguồn dầu-thực-vật quan trọng mới ngày nay.

Thông thường, để cho động cơ an toàn, diesel-sinh-học được pha với diesel. Tuy nhiên, các loại dầu ăn tinh khiết bán trên thị trường, hay đã sử dụng, đều có thể thay thế diesel để chạy động cơ diesel loại củ (chỉ cần thay thế bộ phận bơm injection). Hiện nay nhiều loại xe hơi hiện đại có động cơ chạy được với dầu-ăn nguyên chất, hay diesel-sinh-học 100%. Chẳng hạn, động cơ xe hơi MAN B &W Diesel, Wartsila và Deutz AG có thể chạy từ dầu ăn nguyên chất. Dầu đã sử dụng (từ trong các tiệm Fast Food) chỉ cần lọc cặn và loại phần nước (do thức chiên xâm nhập) thì chạy được xe hơi. Xe Đức Volkswagen cũng chạy được với diesel-sinh-học 100%. Tuy nhiên, các hãng làm xe hơi khuyến cáo là nên pha 15% diesel-sinh-học với 85% diesel để xe ít bị hao mòn. Các nước Âu Châu hiện nay bán diesel pha 5% diesel-sinh-học ở mọi trạm xăng.

Ở Hoa Kỳ, hơn 80% xe vận tải và xe bus đều chạy bằng diesel-sinh-học, và càng ngày sử dụng diesel-sinh-học càng gia tăng, 25 triệu gallons năm 2004, 78 triệu gallons năm 2005, và khoảng 1 tỷ gallons vào 2007. Xe chở hàng và xe bus ở Âu châu đều chạy bằng diesel-sinh-học.


PHƯƠNG PHÁP BIẾN CHẾ XĂNG-SINH-HỌC

Trên nguyên tắc, bất cứ chất vật liệu sinh học nào chứa nhiều Carbon, hoặc dưới dạng đường, tinh bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứa nhiều acid béo thì chế biến diesel-sinh-học được. Thông thường nhất là từ thực vật có khả năng lục hoá – biến CO2 của khí quyển thành chất đường, tinh bột, cellulose, rồi protides, lipids, v.v. Trung bình cứ mỗi phân tử CO2 cây hấp thụ và biến chế qua lục hoá thành sinh-khối chứa 114 kilocalories. Khó khăn kỹ thuật hiện tại là làm sao biến toàn thể năng lượng C chứa trong sinh-khối thành xăng-sinh-học. Với kỹ thuật hiện nay (cổ điển), có 2 phương thức hữu hiệu:
(i) Cho lên men (nhờ men và enzymes trong điều kiện yếm khí) chất đường (từ mía, củ cải đường, v.v.), tinh bột [từ hạt ngũ cốc (bắp, lúa, lúa mì, v.v.) và củ (khoai tây, khoai mì, v.v.)], hay cellulose để tạo ra rượu Ethanol (CH3OH), Propanol [CH3CH2CH2OH; (CH3)2CHOH] và Butanol (C4H10O).

(ii) Trích dầu từ thực vật giàu chất dầu, hay mở từ động vật (ép với áp suất cao và nhiệt, hay bằng dung môi, hay phối hợp cả hai).



Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế), chia làm 3 loại nguyên liệu:

Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột của nông phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ như khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa-dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế diesel-sinh-học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất.

Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 2: từ cellulose, chất xơ của dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực-vật-hoang (non-crop) (như cỏ voi, vetiver, lục bình). Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng 25 tấn bã mía (bagasse, xác mía sau khi ép), và mỗi tấn bã mía sản xuất 285 lít ethanol. Kỹ thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hữu hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao.

Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật đang phát triển.


Biến chế Ethanol
Biến chế từ đường.

Kỹ thuật dễ dàng, hiệu năng cao, và ít tổn phí nhất là cho lên men (yếm khí) từ đường, hay nước mật (molasse), hay trực tiếp từ nước mía ép, hay nước củ-cải đường ép, như theo lối thủ công hay công nghiệp xưa nay. Ngày nay đã tuyển chọn được nhiều dòng men hữu hiệu, biến đường thành nhiều rượu hơn. Mặc dầu tổn phí biến chế thấp, nhưng đường, và cả phụ phẩm nước mật, là thức ăn của người và gia súc, có giá cao, nên ethanol biến chế từ đường có giá thành cao hơn ethanol sản xuất từ tinh bột. Theo lý thuyết, cứ 1 tấn đường sucrose sản xuất được 678 lít ethanol, tuy nhiên hiệu năng cao nhất hiện nay là 587 lít. 1 tấn đường đen cho 562 lít ethanol, 1 tấn đường cát cho 587 lít. Thân mía chứa khoảng 10-15% đường sucrose, thân cây sorgho-đường khoảng 15-23% sucrose, còn củ-cải-đường khoảng 16-18% sucrose. Trung bình, tại các nhà máy đường ở Hoa Kỳ, cứ sản xuất 100 kg đường thì cho ra 25 lít nước mật (molasse), nước mật có độ đường 49.2%.
Tại Hoa Kỳ, trung bình cứ 1 tấn mía (thân) sản xuất được 81 lít ethanol, 1 tấn nước mật (molasse) cho 289 lít ethanol. Năng suất mía trung bình toàn quốc ở Hoa Kỳ là 65 tấn/ha, cho khoảng 3.90 tấn đường. Riêng tại Hawaii năng suất tới 170 tấn thân mía/ha (vì mùa trồng dài hơn). Với các giống mía “di-truyền-biến-cải” (GM, genetically modified) tại Brazil, năng suất tới 240 tấn mía/ha, với độ đường 14.6%. năng suất mía tại Việt Nam khoảng 35 đến 50 tấn mía/ha. Trung bình 1 ha mía tại Brazil sản xuất được 5,600 lít ethanol, 1 ha củ cải đường tại Pháp sản xuất 6,700 lít ethanol, và 1 ha bắp ở Hoa Kỳ sản xuất 3,000 lít ethanol. năng suất mía và đường ở Brazil tăng gấp đôi trong thời gian 30 năm 1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía “biến-cải-di-truyền” ngày nay.

Biến chế từ tinh bột.

Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thành đường, rồi từ đó mới lên men rượu. Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột, hạt sorgho khoảng 68-70%, gạo 70-80%. Muốn vậy, hạt ngũ cốc được xay nghiền thành bột, pha với nước, nấu ở 70°C (để biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°C (vừa diệt trùng vừa thêm đường), để nguội rồi trộn men, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ 36°C. Men dùng thường là vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas mobilis. Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chất hèm để làm thức ăn gia súc. Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưng cất ở lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn. Để đạt độ cồn 99.9%, trước đây dùng benzene và cyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng được, và độc gây bịnh) để loại nước. Kỹ thuật ngày nay dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve, như silica gel, zeolite, hút thấm nước nhưng không hút rượu, vì rượu có phân tử lớn hơn) thay thế, rẻ tiền và hiệu quả hơn. Việt nam có mỏ Zeolite (một loại sét) ở vùng Lâm Đồng.
Một kỹ thuật mới được áp dụng hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiết kiệm năng lượng) là sử dụng một loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bột thành đường ở nhiệt độ 32°C.

Trung bình, cứ 1 tấn bắp sản xuất được 409 lít ethanol.

Biến chế từ chất xơ.

Nói chung đó là cellulose, hemicellulose, lignin trong thân lá, rơm rạ, trấu, gỗ, v.v. Cellulose là đường polysaccharide, có công thức (C6H10O5)n, mà số n biến thiên từ 7,000 đến trên 15,000 phân tử glucose. Hemicellulose cũng là đường polysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị đường, là thành phần của màng tế bào thực vật. Cây thực vật chứa khoảng 33% cellulose, gỗ khoảng 50%, riêng sợi bông vải (cotton) 90%. Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá được cellulose nhờ vi-sinh-vật sống cọng sinh trong bao tử (như Cellulomonas), một số vi khuẩn có khả năng biến cellulose ra đường, nhờ chúng sản xuất enzyme cellulase biến cellulose ra đường.

Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, bắt chước theo bộ tiêu hoá của động vật ăn cỏ và mối, trước hết phải biến hoá cellulose ra đường đơn giản như hexose, pentose, bằng thuỷ phân (hydrolysis) nhờ một số acid (như trong dịch vị) và enzyme cellulase. Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường-chứa-5C như Xylose (C5H10O5), nhưng xylose không biến chế thành ethanol được. Cũng vậy, với kỹ thuật hiện tại, chưa có cách biến lignin ra ethanol. Vì vậy trước tiên phải loại lignin và hemicellulose, chỉ còn lại thành phần cellulose. Loại lignin bằng sulfuric acid đậm đặc, hay bằng đun sôi trong nước với sodium carbonate, hay butanol. Cellulose sau đó cho lên men với cellulase ở nhiệt độ khoảng 71°C trong vài ngày để biến thành đường.

Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường khá phức tạp, tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu vì gồm 3 loại cellulases:

(i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ các cầu của chuỗi cellulose để biến thành đường glucose và oligo-saccharide.

(ii) Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến thành đường cellobiose (C12).

(iii) ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose.

Vi nấm Trichoderma sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và exo-ß-glucanase, nhưng rất ít ß-glucosidase, ngược lại Aspergillus sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và ß-glucosidase, nhưng ít exo-ß- glucanase. Vì vậy, muốn có nhiều hiệu quả phải tuyển chọn nhiều dòng nấm. Kết quả cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM-9414 có hiệu quả tốt nhất trong việc biến cellulose thành đường. Trong số dòng này, tuyển chon lại thành dòng KY-746. Phương pháp sản xuất enzyme cellulase từ men Trichoderma reesei dòng KY-746 hữu hiệu và tương đối rẻ tiền và được sử dụng hiện nay. Ngày nay nhiều công ty sản xuất men rượu dùng kỹ thuật “biến-cải-di-truyền” tạo được nhiều dòng men sản xuất enzyme cellulase, xylanase và hemicellulase.

Nguyên liệu chứa nhiều thành phần cellulose như bã mía (41% là cellulose), rơm lúa (35%), gỗ (40-50%) được thái nhỏ trước khi khử với NaOH (nồng độ khoảng 1 – 1.2 N) ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ, tiếp theo là rửa trong nước ấm để loại chất lignin. Dung dịch cellulose được cho lên men với Trichoderma reesei để biến cellulose thành đường.
Hiệu năng biến chế thành rượu ethanol từ chất xơ còn kém, chưa có hiệu quả kinh tế nhiều ở kỹ thuật hiện nay, vì sản xuất cellulase còn rất mắc, thời gian lên men lâu nên dễ bị nhiễm trùng làm hư cả bồn lên men.

Để tăng hiệu quả lên men biến các thành phần cellulose, lignin trong nguyên liệu thực vật thành xăng-sinh-học, các nhà vi sinh học đã thành công cấy vào bộ máy di truyền (genome) của vi khuẩn Escherichia coli thêm 2 gen của vi khuẩn Zymomonas mobilis để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol, và một gen của vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật thành diesel-sinh-học.

Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng-sinh-học chưa kinh tế. Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10 kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99.5% để pha làm xăng-sinh-học (Taipei Times, 19/2/2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất thương mại quy mô. Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy xăng-sinh-học sản xuất từ rơm rạ mắc hơn xăng-cổ-sinh khoảng 250 USD/tấn. Ngày 14/1/2008, hãng General Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon.



Biến chế diesel-sinh-học

Diesel-sinh-học được chế chế biến từ dầu-thực-vật hay từ mỡ động-vật bằng phương pháp ester-hoá. Dầu-thực-vật (hay mở) được trộn với sodium hydroxide (NaOH) và methanol (hay ethanol), cùng chất xúc tác (catalyst), phản ứng hoá học xảy ra, cho diesel-sinh-học và glycerol. 1 phần glycerol được sinh ra khi tạo được 10 phần diesel-sinh-học. Trước đây, chất xúc tác lấy từ hoá chất của kỹ nghệ lọc dầu hoả, hay Acid sulphuric (đắt tiền và không tái tạo được). Ngày nay, đã khám phá thêm nhiều chất xúc tác mới hữu hiệu, rẻ tiền biến dầu thành nhiều diesel-sinh-học hơn.



Điều chế Methanol
Điều chế rượu methanol từ khí methane (CH4) của khí đốt dầu hoả hay methane-sinh-học. Một cách tổng quát, tất cả nguyên liệu sinh-khối (biomas) đều chứa các nguyên tố chính Carbon (C), Hydrogen (H), Oxy (O), Nitrogen (N), Sulfur (S).

Lên men yếm khí trong lò ủ, chất hữu cơ huỷ hoại thành khí methane (CH4):

CHONS + H2O ® CH4 + CO2 + H2 + H2O + NH4 + HS
Khí methane sản xuất từ lò ủ yếm khí chiếm khoảng 65% và CO2 khoảng 35% thể tích. Sau đó, methane được tổng hợp thành ethanol, hay methanol.

Trong sản xuất kỹ nghệ, khí methane phản ứng với hơi nước ở áp suất 10-20 atmospheres (1-2 MPa) và 850°C với Nickel làm chất xúc tác sẽ cho ra Hydrogen và Carbon monoxide:

CH4+ H2O → CO + 3 H2


Với một chất xúc tác khác (gồm hợp chất đồng, oxyd kẽm và nhôm), ở áp suất 50-100 atmospheres (5-10 MPa) và 250°C, tổng hợp Hydrogen và Carbon monoxide tạo thành methanol:

CO + 2 H2 → CH3OH
Với kỹ thuật này cũng sản xuất được khí Hydrogen rẻ tiền, cũng là một nhiên-liệu-thể khí.

Một phương pháp khác là công-nghệ-khí-hoá (gasification), phân hủy nhiệt nhiên liệu khối rắn để tạo ra nhiên liệu khí, dựa trên biến đổi plasma. Đun chất hữu cơ ở nhiệt độ rất cao, trong điều kiện không có oxy, để phá huỷ các “cầu nối” (bond) của phân tử hữu cơ thành “khí-tổng-hợp” (synthesis gas, syngas), rồi dùng các khí này biến chế ethanol hay diesel-sinh-học. Trong trường hợp rác-gia-cư, dùng nhiệt độ cao (250°C) với áp suất thật cao (40 MPa hay 400 atmospheres) đủ để sản xuất khí-tổng-hợp. Chẳng hạn, cứ mỗi 10 kg vỏ-bánh-xe-hơi cũ tạo được 15.4 lít ethanol.

Một khám phá mới của Đại học Arkansas (Hoa Kỳ) cho biết vi khuẩn kỵ khí Clostridium ljungdahlii trong bao tử gà có thể biến khí chứa 1 C như methane (CH4), Carbon monoxide (CO) của lò ủ yếm khí thành methanol.


NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XĂNG-SINH-HỌC

Tất cả thực vật lục hoá đều có thể biến chế thành xăng-sinh-học.

Cây nông phẩm chứa đường gồm mía, củ cải đường, sorgho-đường; nông phẩm chứa tinh bột gồm hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa, bắp, sorgho, v.v.; củ như khoai tây, khoai mì, khoai lang.
Mía có hiệu quả kinh tế nhất vì cho năng suất thân (khoảng 170-200 t/ha ở Brazil, 80-100 t/ha ở Úc, Việt Nam khoảng 35-50 t/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bã mía dùng làm năng lượng chạy máy ép và chưng cất ethanol. Mía sản xuất trung bình 15,500 lít ethanol/ha/năm, và cứ 1 tấn chất khô mía sản xuất được 438 lít ethanol. Brazil sản xuất ethanol chính từ mía. Sorgho-đường hiện được ưa chuộng hơn mía ở một số vùng nhiệt đới khô hạn, có hiệu quả kinh tế hơn mía. Sorgho-đường canh tác ở Hoa Kỳ cho 28,500 lít ethanol/ha/vụ-4-tháng.

Nông phẩm chứa dầu như đậu nành (sản xuất 379 kg dầu/ha/năm, hay 450 lít dầu/ha/năm), đậu phộng (sản xuất 887 kg dầu/ha/năm), hột-cải-dầu (hột chứa 55% dầu; sản xuất 999 kg dầu/ ha/năm, hay 1,188 lít/ha/năm), hạt bắp (140 lít dầu/ha/năm), v.v.

Cây kỹ nghệ cho dầu như dừa-dầu (oil palm, sản xuất 7,061 kg dầu/ha/năm), dừa (coconut, sản xuất 2,260 kg dầu/ha/năm), cây dầu-lai (Jatropha curcas, sản xuất 1,588 kg dầu/ha/năm), thầu dầu (castor bean, sản xuất 1,188 kg dầu/ha/năm), hướng dương (sunflower, sản xuất 801 kg dầu/ha/năm, hay 954 l/ha/năm), safflower (556 l/ha/năm), v.v.

Thực vật hoang dại: tảo (algae) nước ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes), cỏ Vetiver, cỏ voi (elephant grass, Pennisetum purpureum, sản xuất 13,700 lít ethanol/ha/năm), lác (Cyperus), cỏ tranh (Imperata cylindrica), v.v.

Phó sản thực vật từ sản xuất cây nông phẩm và cây kỹ nghệ: rơm rạ, bã mía, thân, gỗ, mạt cưa, trấu, hột cao su (sản xuất 217 kg dầu/ha/năm), hạt bông vải (sản xuất 273 kg dầu/ha/năm.

Giấy phế thải: 1 tấn giấy cũ sản xuất khoảng 416 lít ethanol.

Rác thành phố: 1 tấn rác sản xuất khoảng 227 lít ethanol.

Uế thải chuồng trại gia súc: phân chuồng (tạo methane-sinh-học rồi chế methanol).

[Can Tho]

HIỆN TRẠNG XĂNG-SINH-HỌC TRÊN THẾ GIỚI

Mặc dầu xăng-sinh-học đắt hơn xăng-cổ-sinh, mọi quốc gia trên thế giới đều dần dần chuyển hướng đến sử dụng xăng-sinh-học, vì lý do chính trị muốn ít tuỳ thuộc vào Trung Đông, vì tuân thủ theo quy ước Kyoto giảm sa thải khí nhà kiếngg và sức ép của giới môi sinh, đồng thời phát triển nông nghiệp tạo công ăn việc làm cho vùng thôn quê.


Brazil: Bắt nguồn từ khủng hoảng dầu hoả 1972, Brazil có kế hoạch sản xuất xăng-sinh-học, và hiện nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng xăng-ethanol và diesel-sinh-học. Hiện tại (2006) Brazil đã có trên 325 nhà máy ethanol, và khoảng 60 nhà máy khác đang xây cất, để sản xuất xăng-ethanol từ mía (đường, nước mật, bã mía), và bắp. Để sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cải-dầu và đậu nành, hiện có 10 nhà máy, và 40 nhà máy khác đang xây cất.

Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu. Năm 2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ lít ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013. Chính phủ Brazil mới đây ra chỉ tiêu 2% diesel-sinh-học cho 2008, và 5% cho năm 2013.

Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10.3 triệu ha, một nửa sản lượng mía dùng sản xuất xăng-ethanol, nửa kia dùng sản xuất đường. Tiên đoán là Brazil sẽ canh tác 30 triệu ha mía năm 2020. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa tiêu thụ trong nước vừa xuất cảng. Giá xăng-ethanol được bán bằng nửa giá xăng thường tại Brazil.



Hoa Kỳ: Hoa kỳ sản xuất Ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và thân cây sorgho-đường, và củ cải-đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng để sản xuất ethanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012. hãng General Motor đang thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85. hãng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol. Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng-sinh-học, vì vậy số lượng xuất cảng hạt ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông phẩm thế giới gia tăng Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng thường, chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1.9 USD cho mỗi gallon (=3.78 lít) xăng-sinh-học, trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm.



Canada: Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E 10.



Âu Châu: Cộng-đồng Âu châu (EU) ra biểu quyết chung là mỗi quốc gia phải sản xuất cung cấp 5.75% xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 cho nước mình.

Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng-sinh-học trong cộng đồng Âu châu, khoảng 2.8 triệu tấn diesel-sinh-học, 0.71 triệu tấn dầu-thực-vật (tinh khiết) và 0.48 triệu tấn ethanol. Công ty sản xuất diesel-sinh-học lớn nhất là ADM Oelmühle Hamburg AG (của Hoa Kỳ), kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke GmbH & Co KG) và EOP Biodiesel AG. Nguyên liệu chánh là củ cải-đường để sản xuất ethanol, và dầu-cải và dừa-dầu (nhập cảng từ Mã Lai, Indonesia) cho diesel-sinh-học.

Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol-sinh-học trong cộng đồng Âu châu năm 2006, khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diesel-sinh-học. Công ty Diester sản xuất diesel-sinh-học và Téréos sản xuất ethanol là 2 đại công ty của Pháp.

Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơi vào năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng-sinh-học. Hiện nay, 20% xe ở Thuỵ Điển chạy bằng xăng-sinh-học, nhất là xăng-ethanol. Thuỵ Điển đang chế tạo xe-hơi-lai vừa chạy bằng ethanol vừa bằng điện. Để khuyến khích sử dụng xăng-sinh-học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế lên xăng-sinh-học, trợ cấp xăng-sinh-học rẻ hơn 20% so với xăng cổ sinh, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.

Vương quốc Anh: chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng-sinh-học năm 2010. Hiện tại các xe bus đều chạy xăng-sinh-học. hãng Hàng Không Virgin (Anh quốc) bắt đầu sử dụng xăng-sinh-học cho máy bay liên lục địa.

Các nước Âu châu nhập cảng dừa-dầu (oil palm) từ Mã Lai và Indonesia để chế diesel-sinh-học.



Á Châu

Trung quốc: Năm 2005, Trung quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng 200,000 tấn diesel-sinh-học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu tấn diesel-sinh-học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020.

Hiện tại sản xuất xăng E10 ở 5 tỉnh phía nam, cung cấp 16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trung quốc. Trung quốc cũng trợ cấp khoảng 163 USD cho mỗi tấn xăng-ethanol (nhưng không trợ cấp diesel-sinh-học).

Vì giá cả nông phẩm gia tăng, và sợ thiếu thực phẩm, hiện nay Trung quốc chỉ cho phép canh tác khoai mì, sorgho-đường và một số hoa màu không quan trọng khác trên đất biên tế (nghèo), không thích ứng sản xuất nông phẩm như ở Shangdong và Xinjiang Uygur.

Hiện tại, Trung quốc có 2 nhà máy lớn là Longyan Zhuoyue New Energy Development (thiết lập năm 2001) và Xiamen Zhuoyue Biomass Energy Co. (thiết lập năm 2006), cả 2 đều ở tỉnh Fujian nam Trung quốc. Ngoài ra còn khoảng hơn 100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở Guizhou, Guangxi, Shandong, và Anhui, với khả năng sản xuất từ 300 đến 600,000 tấn diesel-sinh-học/năm, biến chế từ dừa-dầu (nhập cảng từ Mã Lai), hay từ dầu-ăn-phế-thải, dầu hạt-cải (trồng ở thung lủng sông Hoàng Hà), dầu bông vải, dầu trẩu (Aleurites moluccana), hạt dầu-lai (jatropha, trồng vùng đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trình xoá đói giảm nghèo) và các phế thải hữu cơ khác.

Hàng năm, Trung quốc tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn dầu ăn trong kỹ nghệ thực phẩm, sa thải khoảng 4.5 triệu tấn dầu đã-sử-dụng (sau khi chiên xào rồi) để chạy vào dây chuyền sản xuất diesel-sinh-học.

Để tìm nguồn nguyên liệu khác, các nhà khoa học Trung quốc nghiên cứu cho biết có 1553 loài cây rừng chứa nhiều dầu có khả năng khai thác sản xuất diesel-sinh-học, trong đó là Pistacia chinensis Bungo chứa 40% dầu trong thân mọc trên đồi núi. Trung quốc cũng dự trù trồng 670,000 ha cây dầu-lai (jatropha) để sản xuất diesel-sinh-học.

Ấn Độ: Chính phủ có chính sách sử dụng xăng-ethanol E5 hiện nay, sẽ tăng lên E10 và E20 trong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu-lai để sản xuất diesel-sinh-học, và diện tích canh tác mía cho xăng-ethanol.

Mã Lai và Indonesia đã phá rừng canh tác thêm dừa-dầu (oil palm) để xuất cảng dầu cho thị trường Âu châu, Hoa Kỳ và Trung quốc cho mục tiêu sản xuất diesel-sinh-học. Hai quốc gia này dự trù cung cấp 20% nhu cầu dầu cho kỹ nghệ diesel-sinh-học của Âu châu vào 2009. Chẳng hạn, tại Tây Kalimantan thuộc Indonesia trong thập niên 1990s có nửa triệu ha cây dừa-dầu, nay (2006) diện tích dừa dầu tăng lên hơn 3.2 triệu ha, và sẽ gia năng lên nữa trong tương lai. Indonesia có chương trình phá rừng để gia tăng diện tích dừa-dầu toàn quốc lên 20 triệu ha. Liên Hiệp Quốc đã cảnh cáo Indonesia về việc phá rừng quy mô này, và tiên đoán rằng 98% rừng Indonesia sẽ bị phá huỷ vào 2022 với đà phá rừng trồng dừa-dầu hiện nay.

Thái Lan. Từ năm 1985, Thái Lan đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng-sinh-học. Uỷ ban Nhiên-liệu-sinh-học được thành lập năm 2001 để điều hành, và xăng E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.



XĂNG-SINH-HỌC CÓ THẬT SỰ LÀ CỨU TINH TRÁI ĐẤT?

Toàn cầu đang trên đà gia tăng nhiệt độ, lý do chính là do gia tăng số lượng khí nhà kiếngg phóng thích vào khí quyển do cuộc sống văn minh con người gây nên.



Lợi ích của xăng-sinh-học.

Đốt xăng-sinh-học sa thải 18-30% khí nhà kiếngg ít hơn đốt xăng-cổ-sinh. Ngoài ra, số khí CO2 sa thải này được cây hấp thụ lại để tái tạo xăng-sinh-học, như vậy coi như không có làm gia tăng khí CO2 trong khí quyển. Tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sĩ cho biết trong số 26 loại xăng-sinh-học biến chế từ các nguồn nguyên liệu thực vật khác nhau có 21 loại xăng thải 30% khí-nhà kiếngg ít hơn xăng-cổ-sinh. Đại học Minnesota cho biết ethanol-sinh-học sản xuất từ bắp sa thải CO2 ít hơn 12% so với xăng, và diesel-sinh-học 41% CO2 ít hơn so với diesel từ dầu mỏ. Ô nhiễm môi trường sẽ ít hơn, và sức khoẻ con người nhờ vậy tốt hơn.

Biến chế xăng-sinh-học cần nguyên liệu thực vật nên tạo nhiều công ăn việc làm mới cho nông dân. Trung quốc và Ấn độ khuyến khích sản xuất xăng-sinh-học một phần nằm trong chương trình xoá đói giảm nghèo ở các vùng đất khô cằn, không thích ứng trồng cây lương thực.

Ngoài ra, đây cũng là cơ hội giúp khoa học tiến nhanh, tiến mạnh trong nghiên cứu đi tìm năng-lượng-xanh hiệu quả cho toàn cầu, thay thế năng lượng từ nhiên-liệu-cổ-sinh sẽ kiệt quệ vào cuối thế kỷ này.
Bất lợi của xăng-sinh-học

Mặc dầu xăng-sinh-học sa thải ít khí-nhà-kiếngg hơn xăng-cổ-sinh, tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sĩ cũng cho biết là có 12 loại xăng-sinh-học có ảnh hưởng xấu trầm trọng vào môi sinh thế giới hơn xăng-cổ-sinh, trong số đó là ethanol biến chế từ bắp của Hoa Kỳ, từ mía của Brazil, diesel-sinh-học từ đậu nành của Brazil và từ dừa-dầu của Mã Lai và Indonesia.
Nhà khoa học được giải thưởng Nobel là Paul Crutzen cho biết lượng khí N2O thải từ đốt xăng-sinh-học chế từ dầu-cải, dừa-dầu và bắp góp phần vào gia tăng nhiệt toàn cầu còn mãnh liệt hơn đốt nhiên-liệu-cổ-sinh, bởi vì xăng-sinh-học thật sự thải vào không khí nhiều khí-nhà-kiếng hơn xăng-cổ sinh. Nếu chỉ tính từ việc đốt xăng thì xăng-sinh-học quả thật cho ít khí-nhà-kiếng, nhưng nếu tính từ lúc sửa soạn đất đai, canh tác, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, chế biến, v.v. để thành xăng-sinh-học, tất cả các khâu này đều cần rất nhiều năng lượng lấy từ nhiên-liệu-cổ-sinh, thì sử dụng xăng-sinh-học, vừa đắt tiền hơn, vừa sa thải nhiều khí-nhà-kiếng hơn xăng-cổ-sinh, chưa kể tai hại thảm khốc vào môi sinh khi phá thêm rừng Amazon của Nam Mỷ (để trồng thêm mía và đậu nành), rừng nhiệt đới ở Đông Nam Á (để trồng dừa-dầu) và Phi châu (bắp, sorgho), khai khẩn đất than-bùn ở Âu Châu (củ cải-đường). Chẳng hạn, để sản xuất ethanol từ bắp ở Hoa Kỳ, người ta tính rằng cần tới 35 % năng lượng nhiều hơn (kể từ khi gieo đến khi thành ethanol) số năng lượng mà ethanol cho ra khi đốt. Trung bình, để sản xuất được 1 lít ethanol 95% từ bắp thì cần 1.1 lít xăng-cổ-sinh để canh tác và biến chế. Tuy nhiên, số năng lượng để sản xuất ethanol từ bắp này, thay vì lấy từ nhiên-liệu-cổ sinh, nay có thể lấy từ nguồn năng lượng tái tạo khác như mặt trời, gió, hay sinh-khối, v.v. Ngoài ra, hiệu quả năng lượng chạy động cơ của diesel-sinh-học biến chế từ hạt hướng-dương chỉ bằng 46% tổng năng lượng để tạo ra (kể từ lúc gieo trồng). Năng lượng chế tạo ra diesel-sinh-học từ đậu nành (kể từ gieo trồng) cao gấp 3.2 lần năng lượng cần để khai thác xăng-cổ-sinh. Đại học Princeton (Hoa Kỳ) cũng cho biết thay vì tiết kiệm 20% khí CO2 thải vào khí quyển, canh tác bắp và phương pháp biến chế xăng-ethanol hiện nay thật sự làm gia tăng gấp đôi khí-nhà-kiếng sa thải (Science, 2008, Vol. 319, No. 5867, trang 1238-1240).



Xăng-sinh-học cạnh tranh với nông phẩm của người và gia súc, làm giá nông phẩm gia tăng trên thị trường thế giới hiện nay (khoảng 50% so với 3 năm trước đây), làm ảnh hưởng đến chăn nuôi gia súc và tôm cá, làm cạn kiệt kho thực phẩm an toàn của thế giới. Để có lợi nhuận nhiều, nông dân ở Hoa Kỳ và Âu châu chuyển hướng giảm diện tích lúa mạch (barley, làm rượu bia, không lợi để làm ethanol), đồng cỏ để trồng bắp, lúa mì, củ-cải-đường. Ngoài ra, vì để sản xuất xăng-sinh-học các quốc gia giàu đã giảm viện trợ nông phẩm thặng dư cho các nước nghèo đói. Chẳng hạn, trung bình hàng năm Anh quốc sản xuất thặng dư 3.5 triệu tấn lúa mì, số lượng này đủ tạo xăng-ethanol cung ứng 3.5% xăng tiêu thụ ở Anh quốc. Thay vì số lúa mì này bán cho chính phủ trong chương trình viện trợ dân nghèo ở Phi Châu như trước kia, nông dân bán cho các công ty sản xuất xăng-ethanol. Chương trình viện trợ nông phẩm thặng dư của Hoa Kỳ PL 480 (Thực phẩm cho Hoà bình, Food for Peace) cho các quốc gia nghèo cũng bị ảnh hưởng tương tự.



Gia tăng phá rừng. Hiện nay, khoảng 12 triệu ha – tức khoảng 1% diện tích canh tác toàn thế giới – được dùng sản xuất xăng-sinh-học: mía và bắp để biến chế ethanol; dầu-hạt-cải (oil seed rape) và dừa-dầu (oil palm) để biến chế diesel-sinh-học. Năng lượng dùng canh tác phải tính từ lúc cày xới, máy gieo hạt, phân bón, thuốc sát trùng, tưới nước, máy thâu hoạch, phơi sấy khô, lên men, chưng cất v.v. Tổng số năng lượng này cao hơn năng lượng sinh ra từ xăng-sinh-học. Ngoài ra, khi phá rừng, cày xới đất, chất hữu cơ trong đất bị thiêu huỷ và lượng CO2 sa thải vào khí quyển rất lớn.

Nghiên cứu của Đại Học Minnesota (Hoa Kỳ) cho biết phá rừng nhiệt đới (như Brazil, Malaysia, Indonesia hiện nay), biến cải đất than bùn và đồng cỏ (như Hoa Kỳ và Âu Châu hiện nay) để canh tác cho mục tiêu xăng-sinh-học sẽ là một tai hoạ cho thế giới, vì sẽ sa thải CO2 vào khí quyển từ 17 đến 420 lần nhiều hơn số lượng của số xăng-cổ-sinh tương đương sa thải. Các nghiên cứu gần đây cho biết cứ mỗi ha rừng nhiệt đới bị phá huỷ để trồng dừa-dầu hay bắp hay đậu nành, khoảng 700 tấn CO2 phóng thích vào không khí, và lượng CO2 tiết kiệm được từ sử dụng xăng-sinh-học chỉ là một phần nhỏ, phải mất 300 đến 400 năm mới huề vốn CO2 này (Science, 2008, Vol. 319, No 5867, trang 1235-1238).



Thế giới sẽ không còn đất để sản xuất nông phẩm, bởi vì, giả sử rằng Hoa Kỳ muốn tự túc bằng sử dụng hoàn toàn xăng-sinh-học, thì cần phải sử dụng 75% diện tích canh tác của toàn thế giới để canh tác mới đủ xăng-sinh-học cho Hoa Kỳ.



Vì vậy, sản xuất xăng-sinh-học từ sản phẩm lương thực của con người và gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mỡ vốn trồng cây lương thực, việc phá rừng, phá đồng cỏ, cải tạo đất than-bùn để canh tác sản xuất nguyên liệu biến chế xăng-sinh-học, dùng nhiên-liệu cổ-sinh để canh tác và biến chế xăng-sinh-học sẽ là tai hoạ cho nhân loại chứ không phải là vị cứu tinh để thoát khỏi ám ảnh hâm nóng toàn cầu.

Xăng-sinh-học thật sự là vị cứu tinh nếu được biến chế từ các phế thải rác rến thành phố, dư thừa thực vật (rơm, rạ,..), phó sản của nhà máy (mạt cưa, trấu, bã mía, ..), từ thực vật hoang dại, hay thực vật được canh tác trên vùng đất biên tế không thích ứng cho cây lương thực. Năng lượng để sản xuất và biến chế xăng-sinh-học cũng phải “xanh”.



VIỆT NAM VÀ XĂNG-SINH-HỌC.

Trong thời kỳ Đệ nhị thế chiến, xe hơi ở Việt Nam chạy ethanol chế biến từ gạo. Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trữ lượng rất khổng lồ (khoảng 600 triệu barrel ước tính năm 2006, 1 barrel » 159 lít), nhưng Việt Nam phải nhập cảng xăng và diesel cho xe cộ và kỹ nghệ còn phôi thai của mình. Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai thác được 32,4 triệu tấn than và 18,5 triệu tấn dầu thô, nhưng đã phải nhập 11,45 triệu tấn xăng và diesel.

Trước trào lưu sử dụng xăng-sinh-học của thế giới, Việt nam cũng đã bị lôi cuốn theo trào lưu này. Từ cả chục năm nay, báo chí trong nước cũng thường đề cập đến việc phát triển xăng-sinh-học trên thế giới, nhất là khi giá cả xăng dầu tăng vọt. Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng 10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà khoa học và kinh doanh ở Việt Nam hội thảo chung quanh vấn đề xăng-sinh-học. Qua các cuộc hội thảo này và báo chí trong nước vào thời điểm này thì chính phủ Việt Nam chưa chuẩn bị gì cho chiến lược, ngoài một số cá nhân chuyên gia và nhà kinh doanh có tầm nhìn xa, chạy trước thời cuộc. Chẳng hạn, về nguyên liệu thì bàn về sử dụng lúa gạo, mía đường, để tạo ethanol; cây dầu-lai (miền Bắc gọi là cây dầu-mè – Jatropha curcas), mở cá ba-sa (khoảng 40,000 tấn/năm).

Hội thảo cũng cho biết 3 lý do chính chưa phát triển ngành xăng-sinh-học là:

(i) số lượng nguyên liệu sản xuất xăng-sinh-học là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường và mở cá ba-sa còn hạn chế;

(ii) chưa có đầu tư thích đáng vì chưa có hổ trợ của chính phủ,

(iii) chính phủ chưa có chính sách. Chung qui, các nhà khoa học và kinh doanh đang mong chờ chính phủ ban hành chính sách và luật lệ rõ ràng. Các công ty mía đường (như Lam Sơn ở Thanh Hoá), Sài Gòn Petro, Công ty Rượu Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v. cũng đã có dự án sản xuất ethanol làm nhiên liệu, khi chánh phủ phất cờ cho phép. Tuy nhiên, hiện nay chưa có một nhà kinh doanh nào dám bỏ tiền vào nghiên cứu và đầu tư khi chính phủ chưa có chính sách quy định, chưa có phối hợp ăn khớp giữ các Bộ, thủ tục nhiêu khê: thủ tục đất đai canh tác thì quản lý bởi Bộ Nông nghiệp; quy định tiêu chuẩn sản xuất pha chế xăng-sinh-học thì quản lý bởi Bộ Khoa học-Công nghệ; và sử dụng xăng dầu phải có ý kiếng của Bộ Giao thông-Vận tải, v.v.

Theo báo “Khoa Học Phổ Thông” ngày 14/12/2006, thì “Bộ Công nghiệp VN đang xây dựng đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020”, theo đó “Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác. Đến năm 2020, công nghệ sản xuất sinh học ở VN sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu biodiesel B10/năm”

Ngày 20/11/2007, Thủ tướng chính phủ đã ký phê duyệt “Đề án phát triển nhiên-liệu-sinh-học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” trong đó đặt mục tiêu đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 20% nhu cầu xăng dầu của cả nước bằng xăng E5 (pha 5% cồn) và dầu B5 (Diesel pha 5% dầu sinh học), và đến năm 2025, đạt 1.8 triệu tấn, đáp ứng 100% nhu cầu của cả nước bằng xăng dầu pha nhiên liệu sinh học trên. Và khoảng thời gian từ nay đến 2010 là nghiên cứu và ban hành luật lệ liên quan đến sản xuất và sử dụng xăng-sinh-học.

Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9.3 triệu ha), dân đông (85 triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0.11 ha), lại nghèo (GDP trung bình toàn dân là US$726/đầu người năm 2006, của nông dân chỉ khoảng 1/2), vùng sản xuất nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu Long và Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác hiện nay phải tiếp tục sản xuất nông phẩm thiết yếu cho đời sống người dân (chánh yếu là lúa, hoa màu phụ, cây kỹ nghệ) để tự túc và xuất cảng.

Vì vậy Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu thực vật nào để sản xuất xăng-sinh-học mà:

(i) không tranh giành đất đai với canh tác hoa màu, chăn nuôi gia súc, nuôi cá tôm hiện tại,

(ii) không được phá thêm rừng,

(iii) thích hợp trên diện tích đất bỏ hoang cằn cổi, sa mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc ở Miền Bắc (4.77 triệu ha), Bắc Trung Việt (1.9 triệu ha), phía Nam Trung Việt (1.63 triệu ha), và Tây nguyên (1.05 triệu ha),

(iv) có hiệu quả kinh tế cao, và

(v) tăng lợi tức, giúp xoá đói giảm nghèo cho nông dân.


Sau đây, tác giả gợi ý một vài nguyên liệu.

1. Sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cao-su. Việt nam hiện nay đã có 250,000 ha cao su trưởng thành, và diện tích sẽ gia tăng nhiều trong tương lai (có thể tới 1 triệu ha). Nếu thu góp được tất cả hạt của 250,000 ha này, ngay từ bây giờ Việt Nam có thể sản xuất được 54,250 tấn dầu-cao-su, tương ứng với 1 triệu tấn diesel-sinh-học B5. Dầu hột cao su chứa 18.9% saturated acid (palmitic acid và stearic acid), và 80% unsaturated acid (oleic acid, 24.6 %; linoleic acid, 39.6 %; và linolenic acid, 16.3 %). Hột cao su chín rụng rộ vào khoảng tháng 7 và 8 dương lịch, rất thuân tiện cho các em học sinh nghỉ hè kiếm lợi tức trong việc thu lượm hột. Các cơ sở đồn điền cao su đều đã có sẵn máy móc và phương tiện ép dầu.

2. Canh tác sorgho-đường (Sweet sorghum) trong mùa hạn trên vùng ruộng sạ ở đồng bằng Cửu Long. Trước 1960, sau khi gặt lúa sạ, tại An Giang Châu Đốc đất bỏ hoang từ tháng 1 đến tháng 5 dương lịch là lúc mùa khô, thiếu nước canh tác. Bắt đầu khoảng sau 1965, nông dân trồng sorgho-hạt (grain sorghum, lúa miến) trong các tháng này trên đất thiếu nước bơm để làm thực phẩm gia súc và cá, và lúa thần-nông trên một số ruộng đất dọc sông rạch có khả năng bơm nước. Hiện nay, đa số đất còn bỏ hoang trong mùa nắng vì thiếu nước, hay không lợi khi canh tác lúa (vì giá xăng, phân, thuốc quá cao).

Các vùng ấm hay nóng ở miền Nam Hoa Kỳ đã canh tác sorgho-đường từ hàng trăm năm nay để sản xuất xi-rô (sirup). Các giống Hoa Kỳ này cho năng suất hột thấp nhưng thân có nhiều đường. Viện Nghiên Cứu Quốc Tế Nông Nghiệp Vùng Khô Hạn (ICRISAT) dùng các giống này để lai tạo thành các “giống lai” vừa cho năng suất hột cao, năng suất thân cao và độ đường cao ở cả hột và thân. Thân sorgho-đường chứa 15 đến 23% đường, thân mía chứa 12-15% đường. Chẳng hạn giống lai “Madhura” được lai tạo để có thân chứa nhiều đường (sweet-stem sorghum hybrid) dùng để chế biến ethanol, sirup và đường kẹo. Giống lai Madhura ngắn hạn (120 ngày), trồng 2 vụ/năm cho năng suất hột tổng cộng từ 2 đến 4 tấn/ha, 5-7 tấn lá khô (cho trâu bò ăn), 15-20 tấn bả (thân sau khi ép lấy đường, làm thức ăn trâu bò), 3-6 tấn đường kẹo hay 5-9 tấn sirup (75% đường), hay 3000 - 4000 lít ethanol 95%. Giống SSH-104 có chu kỳ sinh trưởng 100 – 115 ngày, thân chứa 23% đường, một vụ trồng (4 tháng) cho năng suất thân cây 95-125 tấn/ha, so với mía khoảng 65-90 tấn/ha với vụ trồng dài 10-12 tháng.

Tại vùng Imperial Valley của California, 1 ha trồng sorgho-đường trong 1 vụ 4 tháng sản xuất: 5,600 lít ethanol + 20 tấn xác bả khô (có thể biến thành 10 Megawatt-giờ điện).

Sorghum chịu hạn hán, chịu được đất phèn, đất mặn, đất kiềm, chịu được nước ngập, ít sâu bọ bệnh tật, ít đòi hỏi phân bón, ít tốn nước tưới (chỉ bằng 1/4 nhu cầu nước của mía). Mới đây, các khoa học gia đã cài vào bộ máy di truyền sorgho-đường gen chịu đựng đất phèn nặng vì nhôm. Vùng đất phèn Tứ Giác Long Xuyên nên chọn các giống chịu phèn này.

Sorgho-đường, cũng như sorgho hạt, chịu được khô hạn, nhu cầu nước tối thiểu là 175 m3/ha/vụ, chỉ bằng 1/4 nhu cầu nước để canh tác mía (700 m3/ha/vụ), trong lúc lúa nước cần từ 9,000 đến 15,000 m3/ha/vụ . Lá sorgho có một lớp sáp ngăn chận thoát hơi nước, nên sorgho sử dụng nước hiệu quả hơn các ngũ cốc khác. Chồi và hoa được sinh sản và phát triển trong một thời gian dài, nên khi gặp khô nóng ngắn hạn không bị ảnh hưởng vào thụ phấn. Nếu khô hạn kéo dài, phát hoa ít và nhỏ hơn, trong lúc thân cây chứa nhiều đường hơn. Sorgho cần 310 lít nước để sản xuất 1 kg chất khô, trong khi bắp cần 370 lít nước. Chỉ cần 4000 m3 nước để canh tác, sorgho-đường sản xuất được 1000 lít ethanol, trong lúc mía phải cần tới 36,000 m3 nước để cho kết quả tương đương. Tổng hợp hết mọi chi phí tại Hoa Kỳ kể từ canh tác cho tới chế biến xong xuôi, sản xuất 1000 l ethanol từ sorgho-đường tốn 81.6 USD, từ bắp tốn 89.2 USD, và từ mía tốn 111.5 USD. năng suất toàn cây trung bình 90-120 tấn/ha/vụ (4 tháng).

năng suất đường, cũng như năng suất toàn cây cao nhất khi nhiệt độ không khí trung bình 26-27°C, nhiệt độ đất 18-20°C. Lục hoá tối đa ở nhiệt độ ban ngày 32°C. Trong một mùa canh tác (4 tháng), 1 ha sorgho hấp thụ 40 tấn C từ không khí qua lục hoá.

Năng lượng cần thiết để biến nước ép từ thân sorgho-đường (chính là đường) ra ethanol chỉ bằng 50% năng lượng cần thiết để biến hạt bắp (chính là tinh bột) ra ethanol.

Ần độ cũng nghiên cứu tuyển chọn dòng men hữu hiệu để lên men nước ép từ thân sorgho-đường thành rượu, cho biết dòng men NCIM 3319 hữu hiệu nhất, biến 90% đường thành rượu trong 48-72 giờ.



Cây dầu-lai (Jatropha curcas L.). Cũng còn gọi là cây-dầu-mè hay cây-hàng-rào, cùng họ với khoai mì, cao su (Euphorbiaceae). Trên thế giới có khoảng 175 loài, Việt Nam có 5 loài, trong số đó có cây dầu-lai (Jatropha curcas L.). Cây dầu-lai gốc Trung Mỷ, trồng ở Việt Nam từ lâu đời để lấy dầu từ hạt, hạt chứa khoảng 40% dầu. Cây cao 1-5 m, trồng được nơi khô hạn với vủ lượng 200 mm/năm cho tới nơi có vủ lượng 1200 mm/năm, lý tưởng là 600 – 1000 mm/năm. Khô hạn liên tục 3 năm chỉ làm lá rụng nhưng cây không chết. Vùng duyên hải khô cằn Ninh Thuận Bình Thuận với vũ lượng trung bình 600 mm/năm, hiện bỏ hoang, là nơi thích hợp canh tác cây-dầu lai. Cũng canh tác được trên các đồi trọc (vừa bảo vệ chống xoi mòn, vừa cho dầu), đất đang sa-mạc-hoá, đất kiềm vùng duyên hải Trung Việt. Cây không chịu được úng nước, hay đất dốc quá 30 độ, và đất acid (pH <7), pH thích hợp 8-9, thích hợp vùng đất cà giang duyên hải Trung Việt. Không có sâu bọ hay bệnh tật, ngoại trừ đốm lá do Cercospora. Cây trồng bằng hột hay bằng nhánh giâm dễ dàng. Nhánh giâm cho trái sau một năm, trồng bằng hạt sau 2 năm. Khoảng cách trồng 2m x 2 m, khoảng 2500 cây/ha. Cho năng suất hạt cao kể từ năm thứ 4, và thọ khoảng 50 năm. Một cây đơn độc cho 2 kg trái/cây, trung bình năng suất hột từ 3 đến 6 tấn hột/ha/năm, tuỳ đất tốt hay xấu. Trên đất xấu, cho trung bình 0.9 tấn dầu/ha/năm, đất trung bình 1.6 – 2 tấn dầu/ha/năm. Trung bình 4 kg hột ép được 1 lít dầu. Cây dầu-lai có thể trồng xen kẻ với cà phê, cây ăn trái và rau hoa. Dầu có chất độc (không ăn được), trước đây dùng làm đèn cầy, xà phòng, ngày nay làm diesel-sinh-học. Ấn độ dự trù canh tác 14 triệu ha để sản xuất diesel-sinh-học.

Lục bình (Eichornia crassipes). Lục bình xưa nay coi như cỏ dại, sống bềnh bồng trên sông, rạch, ao, hồ, cản trở ghe tàu lưu thông, ngăn cản dòng nước chảy, v.v. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây cho biết lục bình là một nguyên liệu hữu hiệu để sản xuất khí-đốt-sinh-học và xăng-sinh-học. Lục bình cũng dùng để lọc nước phế thải từ nhà máy biến chế thực phẩm, trại chăn nuôi, nước cống rảnh thành phố. Rể lục bình hấp thụ các kim loại độc trong nước phế thải như chì, thuỷ ngân, strontium, v.v. và chứa các chất này trong rể với nồng độ gấp 10,000 lần nồng độ kim loại chứa trong nước. Phần cây tươi chứa 95.5% nước, 0.04% N, 0.06% P2O5, 0.2% K2O, 1% chất tro, và 3.5% chất hữu cơ. Lục bình được dùng làm thức ăn cho trâu bò (lên men dưa lục bình với 2% muối, hay ăn tươi), phơi khô đun bếp, tro làm phân, cọng lục bình phơi khô dùng đan giỏ, thủ công, v.v.
Lục bình tăng trưởng rất nhanh, mỗi năm có thể thâu hoạch 4 lần, tổng năng suất chất tươi/ha/năm biến thiên giữa 20 và 200 tấn ở Florida canh tác từ trong nước sông hồ (không phân bón), cho 300 tấn nếu canh tác trong nước sa thải của thành phố, từ chưồng trại gia súc. Canh tác tại Ấn độ cho năng suất khoảng 150 tấn chất tươi/ha/năm. Lục bình không sống được ở nước mặn chứa quá 5 g muối/l.

Lục bình sản xuất chất khô (dry matter) khoảng 60-80 tấn/ha/năm ở miền nam Hoa Kỳ (không phân bón), như vậy cao hơn cỏ voi (57 tấn), mía (55 tấn), sorghum (37 tấn), cây rừng Eucalyptus (15 tấn), thông (9 tấn), hướng dương (6 tấn) canh tác với phân bón.

Năng lượng chứa trong 1 tấn chất khô lục bình tương đương với 2.4 barrels dầu hoả (= 381 lít). Cứ mỗi kg chất khô lục bình sản xuất 370 lít khí-sinh-học cho năng lượng 22,000 KJ/m3 (580 Btu/ft3), còn methane ròng 100 % cho 895 Btu/ft3. NAS của Hoa kỳ ước lượng rằng 1 ha lục bình ở miền nam Hoa Kỳ sản xuất 70,000 m3 khí-sinh-học (gồm 70% methane, 30% CO2). Nước phế thải từ lên men sản xuất khí-sinh-học dùng làm phân hữu cơ.

Tại Ấn độ, 1 tấn lục bình phơi khô (không phải chất khô) cho khoảng 50 lít ethanol và 200 kg chất phế thải dùng làm phân bón. Lên men yếm khí 1 tấn lục bình khô cho 750 m3 khí-sinh-học (600 Btu), trong đó chứa 51.6% methane, 25.4% hydrogen, 22.1% CO2, và 1.2% oxygen. Với kỹ thuật hoá-khí (gasification) ở nhiệt độ cao (800°C) với hơi nước, 1 tấn chất khô lục bình sản xuất 1,100 m3 khí-đốt-tổng-hợp (syngas) chứa 16.6% H2, 4.8% methane, 21.7% CO, 4.1% CO2, và 52.8% N.

Hiện nay, trên sông Tiền Giang, Hậu Giang và một số sông rạch lớn, một số ít nông dân đóng cọc dọc bờ sông trồng lục bình để lấy sợi dùng đan lác thủ công xuất cảng (như mủ, giỏ xách, ..). Các dề lục bình này cũng bảo vệ được bờ sông tránh xói lở do sóng ghe tàu gây nên, trong khi giữa dòng sông trống trải để ghe tàu lưu thông. Cần phát triển trồng lục bình dọc sông rạch bên trong các cọc, như nông dân canh tác hiện nay. Đặc biệt, lục bình có năng suất rất cao ở những ao hồ thanh lọc nước thải ở các nhà máy biến chế hải sản, chăn nuôi gia súc, nơi thải nước cống thành phố.



Tảo (Algae): là nguồn thực vật đầy hứa hẹn để sản xuất diesel-sinh-học. Cũng cần biết rằng dầu hoả bắt nguồn từ huỷ hoại tảo, chất hữu cơ trầm tích, phiêu sinh, vi sinh vật ở thời cổ đại. Tảo là thực vật có khả năng lục hoá, lấy năng lượng mặt trời biến CO2 thành đường, từ đó tạo protids và lipids. Tảo mọc trong nước ngọt hay nước mặn, từ trong vủng nước nhỏ, ao hồ hay biển. Tuỳ theo loại, tảo giàu protein (như Spirulina maxima chứa 60-70%; Chlorella vulgaris chứa 51-58% protein trọng lượng chất khô), chất bột (carbohydrates) (như Botryococcus braunii chứa 86%, Spirogyra sp. chứa 33-64%; Porphyridium cruentum chứa 40-57% trọng lượng chất khô), và lipids (như Scenedesmus dimorphus, chứa 16-40%; Prymnesium parvum chứa 22-40%).

Các vi sinh gồm tảo, diatoms, và cyanobasteria được gọi chung là “vi-tảo” (microalgae) chứa nhiều dầu và chất béo (trên 30%) là nguyên liệu chế diesel-sinh-học.

Tảo có thể canh tác trong thùng (tank), trong ao, hồ, biển. Quan trọng là phải đầy đủ ánh sáng (mặt trời hay đèn), đầy đủ CO2 hoà tan trong nước (bằng cách bơm không khí vào nước như nuôi cá, hay bơm khí CO2), chất dinh dưởng như phân bón hoá học, chất hữu cơ như nước thải từ cống rảnh. Nếu canh tác tảo ngoài biển, cần phải bón thêm phân chứa sắt (iron). Loại tảo xanh Chlorophyceae (green algae) cho nhiều carbohydrates hơn lipids, tăng trưởng mạnh ở 30°C, cần nhiều ánh sáng và nước có độ dẩn điện 55 mmho/cm. Tảo cho tỷ lệ dầu cao khi canh tác trong môi trường thiếu chất dinh dưởng, nhưng năng suất tảo kém nên năng suất dầu cũng kém ở môi trường canh tác này.

Nghiên cứu mới đây cho biết An Giang có 137 loài tảo nước ngọt, đa số là tảo lục Chlorophyta. Ở vùng nước nhiễm mặn phải chọn giống thích ứng nước mặn, để canh tác. Cần phải nghiên cứu để khám phá khả năng chứa dầu trong các loài tảo này.

Để lấy dầu, giản dị nhất là ép để lấy khoảng 75% dầu chứa trong tảo, phần xác còn pha với dung môi cyclo-hexane để trích lấy dầu còn lại. Xác tảo sau khi ép chứa nhiều chất bột, nên cho lên men để sản xuất ethanol, hay làm thức ăn gia súc.

năng suất dầu/ha từ tảo canh tác trong điều kiện lý tưởng cho 200 lần nhiều hơn dầu từ hoa màu, và trong điều kiện canh tác thông thường cho năng suất dầu cao 30 lần hay tệ lắm cũng 15 lần nhiều hơn canh tác dầu-cải, dừa dầu, đậu nành hay cây dầu-lai (jatropha). năng suất tại Hoa Kỳ hiện tại với vi tảo canh tác là 17,300 lít dầu/ha/năm (gấp 3 lần dừa-dầu của Mã Lai), trong các tank phòng thí nghiệm với điều kiện lý tưởng cho 46,000 đến 140,000 lít/ha/năm. Phòng Nghiên Cứu Năng Lượng của Hoa Kỳ ước tính rằng chỉ với diện tích 5 triệu ha trồng tảo, tức khoảng 1% đất nông nghiệp của Hoa kỳ hiện nay (khoảng 500 triệu ha), thì đủ cung cấp diesel-sinh-học cho Hoa Kỳ, thay thế hoàn toàn diesel từ dầu hoả.

Ngày 11/12/2007, Công Ty Shell tuyên bố thiết lập cơ sở canh tác tảo để biến chế dầu ăn và diesel-sinh-học tại Hawaii, trong các ao hồ chứa nước mặn để canh tác tảo biển. Cũng cần biết thêm rằng tại Hawaii đã có nhiều cơ sở thương mại canh tác tảo biển để làm dược liệu từ mấy chục năm nay.

Tảo Diatom chứa khoảng 30% dầu, có thể sản xuất 45.6 tấn dầu/ha/năm. Tảo Botryococcus braunii chứa 86% hydrocarbons cuả trọng lượng chất khô, có thể biến chế thành ethanol.

Nếu đầy đủ ánh sáng, CO2 (hoà tan trong nước), và dinh dưởng, 1 ha tảo cho 100 tấn tảo, và mỗi tấn tảo sản xuất được 410 lít diesel-sinh-học. Nếu lên men yếm khí, thì mỗi tấn tảo sản xuất được 6 MJ khí methane. Một m3 tảo khô nặng khoảng 448 kg.

Nghiên cứu ghép gen cho nhiều dầu cũng cho kết quả khả quan. Enzyme Acetyl-CoA carboxylase (ACC) chi phối số lượng lipids tích trữ trong cơ thể vi-tảo, và gen chi phối ACC đã được đánh dấu và ghép vào bộ máy di truyền của tảo.

Tại Hoa Kỳ có dự án dẩn ống khí thải CO2 từ nhà máy nhiệt điện đốt than đá đến hồ canh tác tảo để tái tạo Carbon-sinh-học, thay vì thải CO2 vào khí quyển làm gia tăng nhiệt độ hoàn cầu.

Việt Nam có bờ biển dài 3,200 km, nhiều đầm, vũng, ao, hồ, nước ngọt hay nước mặn đều có thể canh tác tảo. Dùng tảo vừa để xử lý nước thải từ chuồng trại chăn nuôi, nước thải thành phố, vừa sản xuất diesel-sinh-học, cần nên được nghiên cứu ở Việt Nam.

Reading, 31/3/2008



Trần-Đăng Hồng

[Can Tho]

Năng lượng hạt nhân & Lý thuyết “phân tích rủi ro”
Phạm Việt Hưng 25/05/2010


Sau vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, ngành năng lượng hạt nhân đã mất uy tín nghiêm trọng. Nhưng trong bối cảnh “đói” năng lượng hiện nay, ngành công nghệ này đang có dấu hiệu hồi sinh, nhờ được trấn an bởi một niềm tin cơ bản cho rằng công nghệ ngày nay đã tiến bộ hơn, đảm bảo an toàn hơn, và khoa học đã cho ra đời một lý thuyết mới được gọi là “Phân tích rủi ro theo xác suất” (Probabilistic Risk Analysis) cho phép “lường trước” mọi rủi ro liên quan tới những hệ thống công nghệ phức tạp như hệ thống đường hàng không hay nhà máy điện hạt nhân, v.v.

Nhưng khái niệm tối thiểu về xác suất dạy chúng ta rằng xác suất chỉ là một khả năng dự đoán, thay vì một thực tế đã hoặc sẽ xẩy ra. Thực tế chỉ biểu lộ một kết quả ăn khớp với xác suất dự đoán khi số phép thử tăng lên vô hạn – sự kiện diễn ra trong mỗi phép thử là hoàn toàn ngẫu nhiên, không thể đoán trước được. Điều đó có nghĩa là xét cho cùng, một dự đoán về một sự cố thực tế vẫn là một trò chơi may rủi. Đó chính là lý do làm nên cái hấp dẫn của cờ bạc, nhưng lại chẳng hấp dẫn chút nào đối với những quyết định có thể ảnh hưởng tới vận mạng của hàng chục ngàn hoặc hàng triệu người, thậm chí của toàn nhân loại. Vậy hãy lắng nghe ý kiến của các chuyên gia về vấn đề này.
1* Về lý thuyết “phân tích rủi ro”:

Dường như nhận thấy có nhiều nhà khoa học đang lạc quan tếu với thành tựu của lý thuyết phân tích rủi ro nên tiến sĩ vật lý lý thuyết David Peat đã viết trong một cuốn sách của ông những dòng sau đây:

“Các nhà toán học và kỹ sư đã sáng tạo nên một ngành mới của khoa học được gọi là “phân tích rủi ro”, cho phép tính được xác suất chẳng hạn của một tai nạn hạt nhân xẩy ra trong một giai đoạn cụ thể nào đó, v.v. Giả sử các kỹ sư đã thiết kế được một cái bơm cho phép chuyển nước làm lạnh tới một lò phản ứng nguyên tử. Từ rất nhiều thử nghiệm được thực hiện trên những mẫu chế thử, họ đã có một đánh giá ước lượng rất tốt về cuộc sống hiệu quả của cái bơm và xác suất để nó hỏng trong vòng chẳng hạn 12 tháng sắp tới. Để tăng cường an toàn, họ lắp đặt thêm một chiếc bơm thứ hai hoạt động hoàn toàn độc lập với chiếc bơm thứ nhất. Mức độ rủi ro để một chiếc bơm bị hỏng vào một ngày nào đó là khá nhỏ, nhưng mức độ rủi ro để cả hai chiếc bơm cùng hỏng một lúc lại càng nhỏ hơn, đến mức gần như không thể xẩy ra. Tuy nhiên các kỹ sư vẫn có thể tính được xác suất –mức độ rủi ro – vô cùng nhỏ đó. Nếu một chiếc bơm bị hỏng, một tín hiệu báo động sẽ cảnh báo hệ điều hành, hoặc tác động vào một hệ thống computer để lập tức thực hiện các biện pháp điều chỉnh khẩn cấp. Nhưng có nguy cơ hệ thống báo động cũng bị hỏng nốt, do đó các kỹ sư lại phải tính xác suất để cả hai bơm hỏng cùng một lúc với hệ thống báo động, bất chấp các kiểm tra an toàn hoạt động bình thường. Bằng cách này, họ có thể tính được độ rủi ro của mọi trường hợp hỏng hóc trong một hệ thống xẩy ra cùng một lúc, đồng thời yên chí rằng các hệ thống phục hồi sẵn sàng hoạt động. Họ cũng nghiên cứu một loạt kịch bản “tồi tệ nhất có thể xẩy ra”, chẳng hạn như điều gì sẽ xẩy ra nếu chẳng may một chiếc máy bay đâm sầm vào một nhà máy điện nguyên tử, để rồi thiết kế những hệ thống đảm bảo không hỏng hóc sẽ tự động hoạt động khi những thảm hoạ tiềm tàng xẩy ra. Kết quả cuối cùng của những tính toán này nói với chúng ta rằng nguy cơ hỏng hóc tại một nhà máy điện hạt nhân là có, mặc dù nhỏ. Phân tích rủi ro được áp dụng cho vô số tình huống, chẳng hạn trường hợp mất kiểm soát trong một máy bay phản lực chở hành khách, khả năng hai tầu hoả đâm sầm vào nhau trong một hệ thống đường ngầm, những virus chết người lọt khỏi phòng thí nghiệm, chất liệu biến đối gien ngẫu nhiên được thải ra môi trường, v.v. Vì lý thuyết phân tích rủi ro chứa đựng nhiều phân tích tính toán và kết quả cuối cùng của nó là một dãy số thông báo mức độ rủi ro, nên trông nó có vẻ rất “khoa học”, và do đó nó dễ ru ngủ chúng ta, làm chúng ta yên chí rằng mọi việc đều có thể lường trước được. Dường như khoa học đã dùng cái xác định để tạo nên một hàng rào vây quanh cái ngẫu nhiên và may rủi. Nhưng đừng bao giờ nên quên rằng luôn luôn tồn tại hai lĩnh vực quan trọng của cái bất định. Một là những nghiên cứu làm cơ sở cho lý thuyết rủi ro, đó là việc lường trước những hỏng hóc và tai nạn có thể xẩy ra. Trên thực tế, điều này có nghĩa là mọi thứ mà một kỹ sư có thể tưởng tượng ra sẽ có một lúc nào đó hỏng hóc. Và sẽ có những yếu tố không được xem xét, đó là những yếu tố bị bỏ lỡ hoặc những sự vật bị bỏ qua (Thật mỉa mai và bi kịch rằng những dòng này được viết ra trước khi xẩy ra cuộc tấn công khủng bố ngày 11-09-2001, phá huỷ toà tháp đôi Trung Tâm Thương Mại Thế Giới tại New York. Lý thuyết phân tích rủi ro có thể rất hay ho khi đưa ra được một ước tính định lượng đối với xác suất của một sự kiện có thể thấy trước (dù xác suất đó rất nhỏ), nhưng sẽ không bao giờ có thể “dự đoán được cái không thể dự đoán được”. Chắc chắn là các kiến trúc sư thiết kế toà nhà đã xem xét khả năng cháy trong toà tháp và thậm chí đã tính tới khả năng bị huỷ hoại bởi sự va đập của một chiếc máy bay hạng nhẹ. Khung thép đã được bảo vệ bằng một loại sơn phủ đặc biệt cho phép chịu đựng được nhiệt độ cao qua một khoảng thời gian nhất định mà thép vẫn không bị mất độ cứng. Cái không được tính đến trong trường hợp này là hậu quả của một va chạm bởi một chiếc máy bay khổng lồ chứa đầy xăng dầu). Lĩnh vực bất định thứ hai, nghiêm trọng hơn, là ở chỗ những hệ có độ rủi ro thấp chỉ hoạt động chính xác trong điều kiện hạ tầng cơ sở hoạt động tốt và được đầu tư tốt. Giả sử một công ty hàng không hoặc những nhà lãnh đạo của một nhà máy điện hạt nhân có uy tín rất cao và không hề có những khiếm khuyết nghiêm trọng, mọi chuyện đều tiến triển êm ả. Nhưng điều gì sẽ xẩy ra nếu các nhà điều hành phải làm việc quá sức hoặc được trả lương không thích đáng? Đây là những điều kiện có thể dẫn tới những sai lầm lớn. Trong mọi tình huống, bất kể đã lắp đặt bao nhiêu hệ thống tự động đảm bảo không hỏng hóc, yếu tố con người không bao giờ có thể bị bỏ quên, và đó vẫn là một yếu tố không thể dự đoán được. Chẳng hạn hãy xét trường hợp những người kiểm tra không lưu, đó là những “giây an toàn vô hình” mà tất cả chúng ta đều phụ thuộc vào đó khi chúng ta đi máy bay. Kiểm tra không lưu an toàn là môt vấn đề có tầm quan trọng sống còn, đặc biệt nhằm tránh va đụng khi máy bay bay tiến gần tới sân bay hoặc vừa cất cánh khỏi sân bay. Những người kiểm tra không lưu ở London đã phàn nàn về việc họ phải làm việc quá tải và chịu áp lực stress rất cao. Họ cho rằng những va chạm máy bay nghiêm trọng có thể sẽ xẩy ra trừ khi điều kiện làm việc của họ được cải thiện. Trong trường hợp này, lý thuyết phân tích rủi ro đã được áp dụng, rất nhiều thành phần kỹ thuật đã được trù bị sẵn sàng và chúng làm việc tốt, nhưng sự điều hành của con người đã trở thành khâu yếu nhất trong toàn bộ dây xích … Bất chấp khả năng phát minh sáng chế và tổng số tri thức khoa học của chúng ta, việc kiểm soát đối với thế giới xung quanh, khả năng lập kế hoạch và đoán trước các sự kiện thực ra không vững chắc gì hơn những điều chúng ta nghi ngờ. Những công nghệ mới nẩy sinh, những đột phá khoa học xẩy ra. Nhưng bên cạnh những ích lợi mà chúng ta gặt hái được, vẫn luôn luôn tồn tại những rủi ro không thể thấy trước hoặc những hậu quả phụ không ai có thể dự đoán … Phải chăng đây chỉ là chuyện thiếu suy nghĩ và sử dụng bừa bãi các sản phẩm công nghệ? Phải chăng công nghệ là kẻ thù của chúng ta hay kẻ thù chính là những suy nghĩ không được kiểm soát của con người? Nếu chúng ta không thể dự đoán được tương lai thì ít nhất chúng ta cũng có thể nắm được một số khuynh hướng nhất định và tự cảnh báo mình về những khó khăn đang nằm ở phía trước. Khi phải đối mặt với những khó khăn đó, chúng ta sẽ không tự phụ về sức mạnh của chúng ta nữa. Có lẽ đây là một bước tiến tích cực trong tư duy. Chúng ta phải chú ý tới những cảnh báo rằng tri thức của chúng ta không phải là tối thượng. Không thể giải quyết mọi sự cố bằng những công nghệ mới. Quả thật công nghệ đóng vai trò thiết yếu trong thế giới hiện đại, nhưng nó phải được đặt đúng chỗ. Phải áp dụng công nghệ một cách thận trọng dựa trên những hiểu biết sáng suốt khôn ngoan. Phải thừa nhận những giới hạn của chúng ta và cảnh giác khi tiến lên phía trước. Chúng ta giống như những kẻ bị lạc vào một khu rừng tối và phải dò dẫm tiến về phía trước, canh chừng các hầm bẫy, thăm dò khu vực xung quanh, và đảm bảo sao cho những bước chân của chúng ta luôn luôn an toàn”[1].



Điều đó có nghĩa là dù cho lý thuyết phân tích rủi ro khẳng định rằng xác suất nổ nhà máy điện hạt nhân là cực kỳ nhỏ, điều đó vẫn có thể xẩy ra. Giáo sư Nguyễn Khắc Nhẫn, một chuyên gia hàng đầu trong ngành năng lượng của Pháp, nói rất rõ điều này:

“Người ta thường nói xác suất rủi ro tai nạn của một lò Điện Hạt Nhân rất thấp – trên 1 phần triệu (10-6). Đừng quên rằng Chernobyl và Three Mile Island xảy ra lúc bấy giờ thế giới có dưới 300 lò. Mỗi tuần ở Pháp xác xuất để trúng số độc đắc “loto” là trên một phần 14 triệu. Tuy rất khó nhưng trung bình mỗi tuần vẫn có người trúng (lẽ cố nhiên số người mua loto trên hàng triệu) … Công nghiệp ĐHN hết sức đồ sộ, đã huy động hàng trăm tỷ US dollars, nhưng lại rất mỏng manh (fragile), dễ đổ vỡ! Công nghiệp này sẽ gặp bế tắc, nếu rủi ro, một tai biến ĐHN xảy ra bất cứ ở đâu trên thế giới. Làn mây phóng xạ sẽ làm dư luận hoang mang”[2].

Cái mỏng manh dễ vỡ ấy không phải do khoa học và công nghệ, mà do chính sự tự phụ và bất cẩn của con người, cái mà David Peat coi là một yếu tố bất định khó lường, và điều này cũng được nhà khoa học Đỗ Quý Sơn thuộc Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam đề cập đến khi ông nhắc lại thảm hoạ Chernobyl, nhân kỷ niệm 20 năm sự kiện đau thương này[3]:

“Trước năm 1986 ít người bình thường nghĩ rằng có thể xảy ra sự cố điện hạt nhân. Người ta tin vào khoa học, tin vào sự lắm chữ nghĩa và tinh thần trách nhiệm hoàn hảo của các chuyên gia ngành khoa học cao siêu này”. Những ai đã sống qua giai đoạn 1950 – 1970 sẽ thấy nhận định này hoàn toàn chính xác. Thời ấy, khoa học đồng nghĩa với chân lý. Muốn bác bỏ một chủ thuyết, người ta gán cho nó cái tính từ “phi-khoa-học”. Nhưng thực chất thì sao? Đỗ Quý Sơn cho biết: “Nhưng Quy phạm An toàn hạt nhân ở Liên Xô cũ không đảm bảo được rằng các lò phản ứng được xây dựng buộc phải có yếu tố an toàn nội tại, phải ổn định ở các vùng công suất khác nhau, phải tôn trọng nguyên tắc “phòng ngự chiều sâu” để đề phòng tai nạn. Điều tệ hại nhất là ở Chernobyl không có hệ thống nhà lò bảo vệ (containment), yếu tố quyết định của chiến lược “phòng ngự chiều sâu”, để khi lò phản ứng bị vỡ, chất phóng xạ bị giam giữ trong đó mà không thoát ra ngoài”. Nếu thảm hoạ Chernobyl không xẩy ra, ai dám tin vào những sự thật khó tin như thế? Đỗ Quý Sơn nói tiếp: “… các sai lầm thiết kế cũng chỉ đóng vai trò nguy cơ tiềm ẩn mà thôi. Chính thói quen coi thường pháp luật của con người mới biến được các nguy cơ ấy thành hiện thực … nguyên nhân chủ yếu của thảm hoạ năm 1986 dường như không phải là trình độ yếu kém của công nghệ hạt nhân lúc bấy giờ mà ở luật lệ và con người”.

Những rủi ro đó sẽ chẳng có gì đáng quan ngại nếu đó là chuyện cá độ bóng đá. Nhưng không, đây là vấn đề số phận con người, số phận nhân loại, mà Đỗ Quý Sơn đã buộc chúng ta phải trầm mình xuống để suy ngẫm:

“Nhưng chẳng có gì chữa chạy được nỗi đau ly hương của hàng chục vạn người đã buộc phải rời bỏ xóm làng thân thuộc. Cũng chẳng ai trấn an được hàng triệu người, đã sống trong vùng tai nạn hoặc đã tham gia khắc phục hậu quả, luôn khắc khoải về một ngày bất hạnh nào đó bệnh tật sẽ phát tác trên cơ thể họ hoặc con cháu họ. Có người tự sát vì tuyệt vọng. Nhiều cặp vợ chồng không dám sinh con vì sợ đứa trẻ ra đời dị dạng. Còn niềm tin của nhân loại vào năng lượng hạt nhân thì chắc còn lâu mới khôi phục được”.
2* Năng lượng hạt nhân, một lời thất hứa[4]:

Nhà vật lý người New Zealand Ernest Rutherford là người sáng lập ra lý thuyết nguyên tử hiện đại. Những nghiên cứu thấu đáo của ông về bản chất phóng xạ hồi đầu thế kỷ 20 đã cho phép các nhà khoa học phân chia nguyên tử thành những thành phần nhỏ hơn.

Ngày 16 tháng 9 năm 1954, Lewis Strauss, chủ tịch Uỷ Ban Năng Lượng Nguyên Tử Mỹ, đã dõng dạc tuyên bố một cách tự tin trước đám thính giả bao gồm toàn những tác giả viết sách khoa học tại New York rằng con em của họ trong tương lai sẽ được hưởng một nguồn năng lượng điện “vô cùng rẻ”. Lời hứa về một năng lượng hạt nhân vô hạn – một ý tưởng phân huỷ bom nguyên tử trong thời bình – nghe như một điệu nhạc sướng tai về một thế giới đang ló rạng từ nỗi khắc khổ của chiến tranh. Nhưng sau nửa thế kỷ, lời hứa đó đã không đáp ứng được lòng mong muốn, và năng lượng hạt nhân đã đánh mất vẻ đẹp mỹ miều của nó bởi nỗi lo lắng về giá thành, về độ an toàn, và về những bài toán nan giải nẩy sinh từ việc thu dọn đống rác thải. Trong những năm 1970, giá thành quá cao của năng lượng điện do các trạm công suất hạt nhân sản xuất ra đã buộc ngành phục vụ công cộng Mỹ phải huỷ bỏ 121 lò phản ứng đã được dự trù xây dựng. Rồi đến năm 1979, một thảm hoạ may mà kịp ngăn chặn tại lò phản ứng Three Mile Island ở Pennsylvania đã ghi một vết ố lên ấn tượng về năng lượng hạt nhân trong suốt một thập kỷ, được nối tiếp bởi tai nạn Chernobyl gây nên một nỗi kinh hoàng trên toàn thế giới.

Cơn ác mộng hạt nhân đáng sợ nhất là hiện tượng “meltdown” – hiện tượng phản ứng trong lõi của lò phản ứng vượt ra ngoài tầm kiểm soát, nhiệt độ có thể tăng vọt đến mức làm tan chảy lõi, gây ra sự giải thoát năng lượng phóng xạ ở mức không thể ngăn chặn. Trong những ngày đầu của khoa học năng lượng hạt nhân, những kẻ phao tin đồn nhảm ở Mỹ đã từng bầy đặt ra một câu chuyện hoang đường mà sau này được đặt tên là “Hội Chứng Trung Hoa” (The China Syndrome), trong đó nói rằng có thể vì một lý do nào đó, lõi của một lò phản ứng hạt nhân nào đó của Mỹ có thể sẽ bị “meltdown” rồi chẩy tan ra xuyên qua lòng trái đất để bùng lên xuất hiện trên đất Trung Quốc (!).

Trong thuật ngữ kinh tế cũng vậy, năng lượng hạt nhân dù đánh giá tốt nhất vẫn bị coi là một nỗi thất vọng, và tệ nhất – theo đánh giá của tạp chí Forbes – đó là “một thảm hoạ với kích thước khổng lồ”. Lò phản ứng thương mại cuối cùng hoàn tất tại Mỹ đã phải mất 23 năm để xây dựng với giá thành tiết kiệm cũng đã lên tới hơn 7 tỷ USD. Thật khó mà nói rằng nó rẻ tiền được.

Chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi nhiều nước ở Âu châu đã từ bỏ các chương trình xây dựng những trạm công suất hạt nhân mới, trong đó Thuỵ Điển và Đức hiện đang lên kế hoạch đình chỉ những nhà máy đang tồn tại. Tại Mỹ, có vẻ như một nửa dung lượng hạt nhân hiện nay sẽ tiêu tan vào năm 2020 khi các trạm công suất đang tồn tại thọ được 40 năm tuổi đời của chúng. Tuy nhiên, sẽ là quá sớm để viết lời cáo phó cho nền công nghiệp này. Vẫn còn 440 lò phản ứng đang hoạt động trên thế giới, và một nửa năng lượng điện của các quốc gia như Pháp hay Hàn Quốc vẫn còn bị phụ thuộc vào các “vũ khí hạt nhân” (nukes). Các trạm công suất hạt nhân mới vẫn là nền tảng của hoài bão độc lập năng lượng của Nhật Bản, và Trung Quốc vẫn lập kế hoạch tăng gấp bốn lần dung lượng hạt nhân của họ trong hai thập kỷ tới.

Thậm chí tại phương tây, có nhiều giọng điệu kêu gọi một sự tín nhiệm lớn hơn đối với năng lượng hạt nhân. Họ đưa ra lý lẽ: các lò hạt nhân không sản xuất ra khí gas carbon dioxide nhà kính, do đó ít đóng góp vào việc hâm nóng toàn cầu (global warming). Trong những năm gần đây đã đạt được những cải tiến khổng lồ trong vấn đề an toàn và hiệu quả của các lò phản ứng và nhiều chính phủ hiện nay đang đầu tư công nghệ mới mà họ tin rằng sẽ phục hồi được công suất hạt nhân trong thế kỷ 21.

Các trạm công suất hạt nhân ngày nay hoạt động phần lớn vẫn giống như những nhà máy đốt nhiên liệu cổ lỗ sĩ. Năng lượng nhiệt được sử dụng để nén một luồng khí gas làm chuyển động các tuốc-bin nối với các động cơ phát điện. Nhưng điều khác biệt trong việc sử dụng công suất hạt nhân là ở chỗ năng lượng nhiệt được tạo ra từ sự phá vỡ các hạt nhân không bền vững của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên, thay vì từ việc đốt khí gas hoặc than. Nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất là một đồng vị của uranium được gọi là U-235 có mặt trong các hầm mỏ trên khắp thế giới như một loại khoáng quặng. Nó được làm sạch, cô đặc, và nén lại thành viên trước khi được đóng vào trong thanh dài tạo thành nhiên liệu để đưa vào lò phản ứng hạt nhân.

U-235 có tính phóng xạ. Hạt nhân của nó vỡ ra một cách tự nhiên thành hai nguyên tử nhỏ hơn, toả ra năng lượng đồng thời giải phóng 2 hoặc 3 neutrons nhanh (tức những neutrons chuyển động rất nhanh). Sau đó nếu những neutrons này va đập với hạt nhân U-235 kề sát bên cạnh, chúng lại làm cho hạt nhân này tan vỡ, tiếp tục giải phóng thêm năng lượng và những neutrons mới. Nếu có đủ lượng U-235 (khoảng 4kg), thì một phản ứng dây chuyền sẽ bắt đầu và sẽ giải phóng một năng lượng khổng lồ: đó là cái làm cho vũ khí hạt nhân trở thành một vũ khí huỷ diệt. Trong một lò phản ứng, tỷ lệ phân huỷ được kiểm soát một cách cẩn thận bằng cách sử dụng các thanh graphite để thẩm thấu các neurons nhanh nằm trong số lượng vượt quá giới hạn cho phép, do đó tạo ra một nguồn năng lượng nhiệt đều đặn, nguồn này được làm nguội nhờ một chất lỏng, thường là nước được nén ở áp suất 150 atmospheres.

Các lò phản ứng hiện nay là những con vật to kếch sù, mỗi lò sản ra một công suất cỡ 1000 MW (1 tỷ watts). Phần lõi của lò phản ứng hạt nhân, nơi để các thanh nhiên liệu, có đường kính khoảng 4m và được bao bọc bởi một thành vách bằng thép dầy 20 cm để chịu đựng được áp lực khổng lồ của chất lỏng làm lạnh: cần phải có khoảng 200 hệ thống con liên hợp để duy trì cho mỗi trạm hoạt động một cách trôi chẩy. Nhưng thiết kế trong tương lai sẽ rất khác. Một liên minh các quốc gia công nghiệp hoá đang nghiên cứu phát triển một thế hệ kế tiếp của các lò phản ứng nhỏ hơn (khoảng 100 MW), đơn giản hơn (chỉ bao gồm 25 hệ thống con), rẻ hơn, và an toàn hơn nhiều so với các lò phản ứng khổng lồ hiện nay. Một mẫu chế thử của thiết kế này có lẽ sẽ xuất hiện vào năm 2006, và có thể thực sự đánh dấu ngày phục sinh của công nghiệp hạt nhân.

Nhưng bất kể là nền công nghiệp này đạt hiệu quả ra sao, vấn đề phân huỷ hạt nhân luôn luôn có một trở ngại lớn: Rác thải. Một lò phản ứng tạo ra 20 tấn nhiên liệu tiêu thụ mỗi năm, để lại một phóng xạ nguy hiểm kéo dài hơn 10000 năm! Hiện nay, số lượng rác thải hạt nhân mức độ cao tích tụ trong 50 năm qua được lưu giữ “tạm thời” trong các ao vũng đầy nước nguội, nhưng việc tìm một chỗ chứa lâu dài có rất nhiều vấn đề phiền toái.

Trong 20 năm qua người ta đã tiêu tốn 7 tỷ USD cho một nghiên cứu tìm một nghĩa địa khả dĩ tại Yucca Mountain, gần Las Vegas, nhưng đến nay vẫn chưa đi đến một quyết định thích hợp.

Chỉ có một hy vọng lâu dài đối với năng lượng hạt nhân không có rác thải là năng lượng nhiệt hạch, tức năng lượng tổng hợp hạt nhân (fusion) - nguồn năng lượng đốt nóng mặt trời và các ngôi sao. Trong năng lượng nhiệt hạch, hạt nhân của các nguyên tử hydrogen kết hợp với nhau để tạo ra helium đồng thời giải phóng một năng lượng khổng lồ trong một phản ứng tự duy trì. Về lý thuyết, chỉ cần 25 gram vật liệu thô có thể cung cấp một năng lượng suốt đời cho một cá nhân trong một quốc gia đã công nghiệp hoá. Nhưng có một bài toán nan giải. Việc kết hợp các hạt nhân với nhau đòi hỏi chúng phải được đốt nóng lên tới hơn 50 triệu độ C (90 triệu độ F) để thắng được lực điện từ thường xuyên giữ cho chúng cách biệt nhau. Ở một mức độ nào đó điều này giống như đẩy hai đầu cùng dấu của hai nam châm khổng lồ gần lại với nhau. Bất chấp việc đầu tư hàng tỷ dollards vào việc nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch từ những năm 1950 đến nay, các nhà khoa học đã điều khiển để duy trì được một phản ứng nhiệt hạch chỉ trong vòng vài giây. Năm 1989, Stanley Pons và Martin Fleischmann, hai nhà khoa học thuộc Đại học Utah, đã làm cả thế giới phải chú ý vì họ tuyên bố đã thực hiện được một phản ứng tổng hợp hạt nhân lạnh (không cần tạo ra nhiệt độ cao) trong một thí nghiệm với những thiết bị đơn giản trên mặt bàn. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu khác đã thất bại khi lặp lại thí nghiệm của hai nhà khoa học này, và phần lớn cộng đồng khoa học đến nay không công nhận vấn đề tổng hợp hạt nhân lạnh là một hiện tượng hiện thực nữa.
3* Kết:

Thay cho lời kết, xin nhắc lại một di huấn của Albert Einstein, một trong những cha đẻ của khoa học về năng lượng hạt nhân, người có trực giác kỳ lạ không chỉ trong khoa học, mà cả trong những sự kiện liên quan tới số phận của con người:

Vì tôi không đoán trước được năng lượng hạt nhân sẽ trở thành một mối lợi lâu dài nên tôi phải nói rằng hiện nay nó là một mối đe doạ



Sydney ngày 10 tháng 05 năm 2010

PVHg

[1] Trích ý kiến của David Peat từ tài liệu trên trang mạng: twm.co.nz/peat_uncertainty.htm

[2] Trích ý kiến của GS Nguyễn Ngọc Nhẫn trên trang mạng Vietsciences

Bài phỏng vấn G.S. Nguyễn Khắc Nhẫn về Tchernobyl

[3] Thảm họa Chernobyl - 20 năm nhìn lại

[4] Toàn bộ mục này là bản dịch nguyên văn bài “Nuclear Power, A Failed Promise?” của Marek Walisiewicz, trích trong cuốn “Alternative Energy” (Những dạng năng lượng thay thế cho nhau) do Nhà xuất bản DK (Dorling Kindersley) xuất bản tại London.

[Can Tho]

Thủy điện và Việt Nam
Đặng Đình Cung

Tiềm năng thủy năng có thể khai thác với hiệu quả kinh tế ở nước ta là 80 TW-h mỗi năm. Năm 2006 chúng ta đã sản xuất 23 TW-h điện từ thủy lực, nghĩa là một phần tư tiềm năng. Mấy con số đó cho thấy chúng ta vẫn còn có thể gia tăng sản xuất thủy điện trong những thập niên tới. Lợi dụng địa thế và khí hậu thuận tiện, chúng ta đã xây và dự tính xây nhiều công trình thủy điện từ những công trình cực lớn như Lai Châu (vừa được Quốc hội phê chuẩn), Sơn La (đang xây) hay Hoà bình (đã đưa vào hoạt động) trên sông Đà cho đến vô số cơ sở sản xuất điện tầm cỡ vừa, nhỏ hay cực nhỏ rải rác khắp nơi trên lãnh thổ quốc gia.

Tuy nhiên, khai thác thủy điện như chúng ta đang làm gây ra nhiều vấn đề tài chính, kỹ thuật và môi trường. Chúng tôi đã có dịp trình bầy những khía cạnh chiến lược của thủy điện trong những bài viết về năng lượngi và vi thủy điệnii. Trong bài này, chúng tôi xin trình bầy những vấn đề ngành thủy điện đặt ra cho nước ta.

Vấn đề tài chính
Chúng tôi không trình bầy ở đây những phương pháp tính tỷ số lợi nhuận của một dự án mà chỉ xin trình bầy một số vấn đề tài chính của ngành thủy điện Việt Nam dựa trên những thông tin chúng tôi gom được trên các báo mạng trong nước.

(a) Khi quyết định đầu tư vào một dự án thì phải biết dự án đó có sinh lợi nhiều hơn hay ít hơn vốn đầu tư và khi do dự giữa một số phương án thì phải chọn phương án nào có tỷ số lợi nhuận cao nhất.

Nói một cách đơn giản, giá thành trung bình của một sản phẩm gồm một phần cố định và một phần biến thiên tỷ lệ với sản lượng. Hệ số tỷ lệ gọi là chi phí sản xuất lề của sản phẩm.Trong ngành năng lượng, phần cố định chủ yếu là khấu hao, nghĩa là vốn đầu tư phân bố cho mỗi khoảng thời gian hoạt động của nhà máy.

Trong ngành thủy điện, vốn đầu tư rất cao và một khi đã tính khấu hao thì chi phí lề để sản xuất điện từ thủy năng không đáng là bao nhiêu. Vì thế, nhiều người tưởng lầm rằng thủy năng là của Trời cho. Xây một nhà máy thủy điện thì cần đến nhiều vốn và mất nhiều thời gian hơn là xây một nhà máy nhiệt điện. Nếu tính tiền vốn và tiền lãi phải trang trải trong thời gian xây dựng nhà máy vào giá thành của điện thì chưa chắc gì thủy điện đã rẻ hơn là nhiệt điện. Giá trị thương mại của lượng điện sản xuất từ khi hoà mạng cho tới khi ngưng hoạt động vì nhà máy quá cũ hay quá lỗi thời có vượt giá trị vốn đầu tư và các chi phí tháo dỡ và hoàn thổ công trình hay không thì chúng tôi không thấy đề cập tới.

(b) Điện dùng cho những hoạt động sản xuất nên gián tiếp sinh lợi nhiều hơn là theo tính toán kinh tế của một dự án chỉ nhằm sản xuất điện. Như vậy có nghĩa là giữa một nhà máy điện sẽ được đưa vào sản xuất sớm và một nhà máy sẽ được đưa vào sản xuất muộn thì phải chọn nhà máy thứ nhất dù giá thành điện của nhà máy đó cao hơn.

Vào thập niên 1980, khi chúng ta cần gấp điện thì chúng ta đã vất vả xây các nhà máy Hoà Bình và Trị An. Công suất nhà máy Hoà Bình vượt nhu cầu điện hồi đó ở ngoài Bắc và chúng ta đã phải xây gấp đường cao thế 500 kV để tải điện vào Nam. Nhờ những công trình đó mà bây giờ chúng ta có điện với giá phải chăng và có một mạng cung cấp điện ổn định. Nhưng, vào những năm đó, nếu chúng ta dùng vốn và công lao cho những dự án này để xây ngay hai ba nhà máy nhiệt điện và có ngay điện thì chúng ta đã có thể thỏa mãn nhu cầu điện ở thời điểm đó và người dân lúc đó đỡ phải chịu khổ một cách vô ích.

Một công trình thủy lợi còn có nhiều chức năng khác chứ không vỏn vẹn chỉ sản xuất điện và hỗ trợ những ngành kinh tế tiêu thụ điện : cắt lũ, tưới tiêu chống hạn cho nông nghiệp, điều tiết mức nước cho giao thông đường sông, điều tiết nguồn nước sinh hoạt đô thị, dùng làm nơi du lịch giải trí, vân vân. vận hành không tối ưu những chức năng đó là không tận dụng vốn đã dùng để xây dựng công trình. Hiện nay, khi vận hành một công trình, quan tâm chính của ta chỉ là sản xuất điện.

Cũng như mọi ngành kinh tế khác, ngành điện Việt Nam sinh ra ba nguồn phung phí sau đây :

(a) khởi công xây dựng công trình rồi bỏ không xây tiếp nữa để đưa vào hoạt động,

(b) việc xây dựng công trình chậm tiến độ,

(c) công trình đưa vào hoạt động nhưng không đạt hay không sử dụng hết công suất lắp đặt.

Khi ngưng xây dựng một công trình thì mất toi vốn đã bỏ ra từ khi nghiên cứu xây dựng cho tới ngày ngưng dự án. Khi một công trình chậm tiến độ thì tỷ số lợi nhuận của dự án giảm vì lãi vay trong thời gian xây dựng tăng và những ngành kinh tế khác sản xuất kém do thiếu điện trong khoảng thời gian chậm trễ. Khi một công trình không tận dụng công suất lắp đặt thì vốn đầu tư đã không được dùng một cách tối ưu vì một phần đã được đầu tư vào những hạng mục vượt quá nhu cầu.

Thỉnh thoảng, khi có một vụ tai tiếng hay khi sắp họp đại hội Đảng thì có một quan chức ra lệnh điều tra làm rõ trách nhiệm liên quan đến những dự án đã phải hủy bỏ, chậm tiến độ, không tận dụng công suất thiết kế hay có vấn đềiii. Và thường thì người ta chỉ được biết tin có lệnh điều tra nhưng không nghe thấy kết luận và quyết định cải tạo của người đã ra lệnh điều tra là gì.

Vấn đề kỹ thuật
Một công trình thủy lợi có hai loại vấn đề kỹ thuật : công suất thiết kế lắp đặt và cân bằng mạng lưới quốc gia.

Vấn đề công suất thiết kế lắp đặt
Như viết ở phần trên, một công trình thủy lợi có nhiều chức năng ngoài chức năng sản xuất điện. Tất cả những chức năng đó chỉ có thể thỏa mãn một cách tối ưu nếu nước được thải xuống hạ lưu đều đặn quanh năm. Tỷ dụ, nông dân có thu nhập cao nhờ dám trồng lúa đến ba vụ, trồng cây ăn quả, nuôi tôm nuôi cá... Nếu được bảo đảm có nước quanh năm, ngành giao thông đường sông có thể hoạt động nhờ mức nước ổn định. Hồ ở trên đập dùng để chứa nước có thừa vào mùa lũ và nước có thừa đó dùng để tiếp tục cung cấp nước cho hạ lưu vào mùa hạn.

Thực tế là một số công trình thủy lợi của ta không điều tiết lưu lượng nước như thế. Mùa lũ thì quay ráo tối đa và xả nước để tránh đập có thể bị tràn ngập hay bị vỡ. Mùa hạn thì không còn nước để phục vụ nông nghiệp và sản xuất điện. Sông Hồng cạn kiệt trơ đáyiv, tầu bè mắc cạn giữa sông.

Do không xả nước đều đặn trong năm, vận hành nhà máy không tối ưu và đó là một nguồn phí phạm. Nguồn phí phạm thứ hai là do không tính đến xả nước đều đặn nên thiết kế và lắp đặt công suất những tuabin của nhà máy một cách không tối ưu.



Bảng 1 ‒ Công suất lắp đặt và công suất sử dụng
những nhà máy thủy điện của một vài nước
(nguồn : WECv)




MW TW-h/năm TW-h/năm
/MW Hiệu suất
sử dụng
Australia 7 670 16 2,03 0,24
Áo 11 811 39 3,30 0,38
Pháp 25 526 56 2,20 0,26
Na Uy 27 698 136 4,92 0,57
Đức 4 525 28 6,12 0,71
LB Nga 45 700 17 0,36 0,04
Việt Nam 4 198 18 4,29 0,50
Á Châu 222 697 718 3,22 0,38
Thế giới 778 038 2 837 3,65 0,42

Bảng 1 cho thấy chúng ta xếp vào hàng đầu về hiệu suất sử dụng. Tuy nhiên hành tích này có thể được cải thiện hơn nữa nếu đã thiết kế các nhà máy để quay ráo nước đều đặn quanh năm



Công suất của những tuabin tỷ lệ tuyến tính với lưu lượng tối đa nước quay ráo và sản lượng điện tỷ lệ tuyến tính với lượng nước những tuabin quay ráo. Một năm có 8.760 giờ. Thực tế thì một thiết bị chỉ có thể chạy tối đa 80 phần trăm thời gian, nghĩa là 7.000 giờ mỗi năm. Như vậy có nghĩa là một công trình thủy điện có công suất lắp đặt một megawatt sẽ sản xuất 7 TW-h mỗi năm nếu quay ráo đều đặn với cùng một lưu lượng nước trong 7.000 giờ đó. Hiệu suất sử dụng là tỷ số công suất thực dụng chia cho công suất lắp đặt. Hiệu suất đó càng cao thì công suất lắp đặt càng được tận dụng và những sai biệt về công suất lắp đặt và công suất thực dụng trung bình là một sự phí phạm tiềm lực quốc gia.

Chúng ta đã quá quan tâm đến công suất có thể quay ráo được với lưu lượng nước của mùa lũ thay vì tính toán điều tiết sử dụng nước để sản xuất điện và phục vụ những ngành kinh tế khác liên tục quanh năm. Lưu lượng nước mùa lũ thì lớn hơn là lưu lượng trung bình của cả năm và lưu lượng trung bình của cả năm thì lớn hơn là lưu lượng của mùa hạn. Nếu chúng ta lắp đặt công suất quay ráo tương ứng với lưu lượng nước của mùa lũ thì công suất này sẽ không được tận dụng vào mùa hạn. Để tận dụng quanh năm công suất lắp đặt của các tuabin thì chúng ta phải có một hồ chứa nước đủ lớn để không bao giờ tràn ngập mà vẫn có thể xả nước với lưu lượng trung bình của cả năm.

Chúng tôi xin lấy thí dụ ba nhà máy thủy điện lớn trên sông Đàvi. Nhiều nhà máy khác của ta cũng có những vấn đề tương tự.

Nhà máy thủy điện Hoà Bình sản xuất trung bình 8,16 TW-h mỗi năm. Nếu các tổ máy chạy 7.000 giờ mỗi năm thì công suất trung bình của nhà máy là 1.166 MW. Khi tính biến thiên nhu cầu thực theo thời gian của các ngành kinh tế khác, đặc biệt của nông nghiệp, và dùng những phép tính vận trù học phức tạp hơn thì công suất tối ưu của nhà máy chỉ lớn hơn con số 1.166 MW tính ở trên quá lắm là 10 phần trăm, nghĩa là 1.283 MW. Công suất lắp đặt của nhà máy Hòa Bình là 1.920 MW, sai biệt 637 MW. Vào mùa lũ, có lúc chúng ta đã quay ráo để tận dụng công suất 1.920 MW và đã phải xả thêm nước để bảo vệ đập. Vào mùa hạn, nhà máy không còn nước để sản xuất điện và đáp ứng nhu cầu nước của những ngành kinh tế khác.

Nhà máy thủy điện Sơn La sẽ sản xuất 9,43 TW-h. Nếu tính như trên thì công suất trung bình của nhà máy chỉ là 1.482 MW chứ không phải là 2.400 MW như đã dự định, sai biệt 918 MW. Bây giờ chúng ta lại quyết định nhà máy thủy điện Lai Châu phải có công suất 1.200 MW nhưng không quy định nhà máy sẽ tham gia vào hệ thống chống lũ của sông Đà đến mức nào và sẽ đóng góp vào nhu cầu nước quanh năm của các ngành kinh tế khác ra sao.
Vấn đề cân bằng mạng phân phối điện quốc gia

Thời gian phản ứng của một nhà máy điện là thời hạn để nhà máy phát điện đúng công suất sau khi khởi động và thời hạn để hoàn toàn không phát điện sau khi tắt nguồn cung cấp năng lượng.

Một nhà máy điện hạt nhân có thời gian phản ứng là vài ngày cho tới một tuần lễ. Thời gian phản ứng của một nhà máy nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch là vài giờ cho đến một ngày tuỳ tầm vóc của lò hơi và của hệ thống nhiệt thủy động. Một nhà máy tuabin khí cần được khởi động một giờ trước khi có nhu cầu. Một tổ máy điện điêden hay một tổ tuabin thủy điện thì chỉ cần vài phút.

Nhờ những dự báo kinh tế và sinh hoạt của dân chúng, người ta có thể dự báo nhu cầu điện cơ bản cho mỗi tháng và quyết định lịch trình ngưng những nhà máy điện để bảo hành và lịch trình vận hành những nhà máy điện hạt nhân. Nhờ tiến bộ của các ngành dự báo khí tượng, người ta có thể dự báo nhu cầu điện cho hai tuần lễ sắp tới và quyết định lịch trình vận hành những nhà máy nhiệt điện cổ điển. Còn cân bằng chính xác cung cầu của mạng phân phối điện từng giờ từng phút một hay khi phải phản ứng trước một sự cố trên mạng phân phối điện thì phải trông cậy vào những tổ máy điêden và những tổ tuabin thủy điện.

Điện sản xuất từ một bộ máy điêden thì đắt nên khi nào có thể làm được thì người ta cân bằng cung cầu điện bằng những tuabin thủy điện. Vì những lý do nêu ở phần trên, vào mùa hạn ở nước ta thì những hồ thủy lợi không có nước để quay ráo nên thủy điện của ta không thể dùng được để cân bằng ngắn hạn mạng phân phối điện quốc gia và để đối phó một sự cố trên mạng.

Người ta phân biệt những nhà máy thủy điện theo dọc dòng sông, nhà máy có cửa âu và nhà máy có hồ chứa.

Những nhà máy theo dọc dòng sông xây ở đồng bằng ngang những con sông lớn. Những nhà máy này không tốn kém mấy nhưng không có khả năng chứa nước lớn nên không thể tham gia vào việc cân bằng mạng phân phối điện. Những nhà máy có cửa âu xây ở miền trung du. Chúng có hồ chứa dung tích nhỏ dùng để điều biến sản xuất điện cho một ngày (nhu cầu lúc tảng sáng hay xế chiều) hay một tuần lễ (sai biệt nhu cầu cuối tuần và những ngày làm việc). Những nhà máy có hồ chứa lớn có thể cân bằng mạng phân phối điện quanh năm tỷ dụ như mùa hè khi có nhu cầu điều hoà không khí, mùa tết và mùa thi khi có nhu cầu đốt đèn thấu khuya,...

Lẽ cốt nhiên khi các hồ chứa có nước thì những nhà máy thủy điện mới có thể thỏa mãn được chức năng cân bằng mạng phân phối điện. Ở nước ta, vào mùa hạn, nhiều hồ bị cạn vì nước đã được quay ráo hết để sản xuất điện trong mùa lũ rồi. Do đó, những nhà máy thủy điện của ta khó có thể cân bằng mạng phân phối điện.

Một nhà máy nhiệt điện sản xuất điện bất chấp điều kiện thiên nhiên nào. Một nhà máy thủy điện chỉ có thể sản xuất điện nếu có nước ở thượng nguồn. Chúng ta đã đặt ưu tiên cho thủy điện thay vì nhiệt điện và, hiện nay, một nửa lượng điện chúng ta sản xuất trong một năm lấy nguồn từ thủy năng. Chúng ta đã thiết kế dung tích những hồ thủy điện không phù hợp với thời tiết, nhu cầu điện và nhu cầu nước của mỗi mùa. Chúng ta đã phải xả nước vào mùa lũ để bảo vệ đập. Trong vận hành hàng ngày của nhà máy, chúng ta tiếp tục đặt ưu tiên vào sản xuất điện từ thủy năng thay vì năng lượng hóa thạch. Vào mùa hạn, lúc cần nhiều điện để điều hoà không khí, thì chúng ta không còn nước để quay ráo và công suất các nhà máy nhiệt điện chỉ có thể đáp ứng được một nửa nhu cầu thôi.

Do đó, chúng ta bó buộc phải cắt điện vào mùa hạn. Tuy nhiên tình hình này đang được cải thiện nhờ những nhà máy nhiệt điện lớn sắp được đưa vào hoạt động.

[Can Tho]

Vấn đề tôn trọng môi trường thiên nhiên
Mọi tác động của con người đều vi phạm môi trường. Vấn đề là vi phạm nhiều hay ít và làm thế nào để giảm thiểu hậu quả.

Thủy điện là nguồn năng lượng vi phạm ít nhất môi trường thiên nhiên. Nhiều người suy ra thủy điện là giải pháp thần diệu cho sự phát triển bền vững. Điều này đúng nếu chúng ta có những biện pháp tôn trọng môi trường khi xây và vận hành một nhà máy thủy điện.

Khi ngăn một dòng sông thì :

(a) cá không thể lội lên xuống dòng sông như xưa, một số loại cá không còn sống trên sông nữa,

(b) trầm tích mang từ mạn ngược sẽ lắng xuống lòng hồ thay vì chảy ra biển để nuôi cá sống ở cửa sông,

(c) những cánh đồng không còn bị tràn ngập vào mùa lũ nên không còn được bồi đắp bởi phù sa chứa trong nước lũ.

Để cho cá có thể tiếp tục bơi lội, người ta xây một kênh vượt qua đập, gọi là thang cá, và để ít nhất mười phần trăm lưu lượng cũ của dòng sông thường xuyên chảy qua kênh. Cá sẽ lội ngược xuôi qua kênh đó. Để giải quyết trầm tích lắng xuống hồ và để cho đồng ruộng ở miền xuôi tiếp tục được phù sa bồi đắp, người ta bố trí một van ở dưới lòng hồ và, khi thuận tiện, người ta bất thình lình mở van để nước tháo ra mang theo phù sa và tràn ngập những mảnh ruộng đã được chọn lựa và vạch ranh trước. Những mảnh ruộng được tràn ngập luân phiên để cho tất cả nông dân mạn xuôi đồng đều được hưởng lợi tác động đó. Nếu không có thiết bị và tác động tháo nước như vậy thì lâu dần hồ sẽ đầy trầm tích tới mức nước chết và sẽ không còn dùng được nữa.

Vì lý do đó mà đập Tam Hiệp bên Trung Quốc dự báo chỉ có 70 năm đời sống hữu dụng. Cách đây vài năm, một quan chức Việt Nam có nói riêng với chúng tôi rằng hồ Hòa Bình chỉ 60 năm nữa thì sẽ đầy. Nếu thông tin này đúng thì chúng ta phải nhân dịp đợt kiểm tra an toàn đập mỗi thập niên để xây một cửa van tháo trầm tích đang lắng xuống lòng hồ.

Khi cỏ cây trong lòng hồ không được đốn hết, kể cả những rễ cây, thì khi đổ nước vào hồ những dấu vết thảo vật còn lại sẽ mục rữa và sinh ra khí methan, một khí có hiệu ứng nhà kính mạnh hơn là khí dioxyd cacbon. Ngoài ra, nước chứa trong hồ là nước đọng của những dòng sông chảy vào hồ. Nếu, ở mạn ngược, các sông bị ô nhiễm thì ô nhiễm sẽ tập trung vào nước trong hồ. Ô nhiễm tập trung thì nguy hại hơn là ô nhiễm phân tán trên một diện tích lớn. Vì hai lý do đó, nước chảy ra khỏi nhà máy là nước bị ô nhiễm nặng và không có đủ khí oxy cho những loài cá ở hạ lưu có thể sống được.

Người ta giải quyết những vấn đề này bằng cách dọn kỹ lòng hồ trước khi cho nước tràn vào. Ở bên Guyanna thuộc Pháp, vì đã không làm đúng như thế, người ta phải xây một nhà máy sản xuất khí oxy pha vào nước trong hồ để cho cá ở hạ lưu đập Petit Saut có dưỡng khí mà sống.

Như mọi năng lượng tái tạo, thủy điện chiếm nhiều diện tích. Hồ chứa tập trung tất cả nước của lưu vực xung quanh. Nhà máy thủy điện Sơn La có hồ chứa diện tích 224 km2, dung tích 9,26 tỷ mét khối nước và công suất lắp máy 2.400 MW, quy ra 93 m2 diện tích hồ mỗi kilô watt công suất. Để so sánh, nhà máy điện hạt nhân Bugey, bên Pháp, có bốn lò phản ứng 900 MW, tổng cộng 3,600 MW, chỉ chiếm có một diện tích 100 ha, nghĩa là một kilô mét vuông. Đặt vấn đề phá rừng để xây hồ thủy điện là một chọn lựa về sở thích : một diện tích rừng và một diện tích nước hơn kém ra sao ? Còn về ảnh hưởng tốt hay xấu đến môi trường thì phải cần đến những nghiên cứu khoa học tại chỗ cho mỗi dự án cụ thể chứ không thể quả quyết trước một cách chung chung được.

Nếu thiết kế không đúng, một công trình thủy lợi sẽ là một đe dọa lớn vào mùa lũ, gia tăng những khó khăn của dân chúng mạn xuôi đang phải đối phó với lụt.

Dung tích hồ không đủ lớn thì phải xả nước. Chỉ có ba cách giải quyết khó khăn này : dự trù một dung tích hồ đủ lớn, tháo hết nước trước mùa lũ để có thể chứa được tối đa nước thặng dư của mùa lũ và dự trù một lối thoát an toàn cho lượng nước tràn khỏi hồ.

Đập không xây đủ vững chắc thì cũng phải xả nước để tránh cho đập vỡ. Nếu đập vỡ thì một lượng nước lớn sẽ bất chợt đổ xuống hạ lưu, nơi cư dân đã quen trông cậy vào khả năng cắt lũ của công trình. Rủi ro đập bị vỡ nguy kịch nhất khi một dòng sông được quy hoạch làm thang thủy lợi : chỉ cần một đập nhỏ ở mạn ngược bị vỡ là gây phản ứng dây chuyền phá vỡ tất cả các công trình ở mạn xuôi. Để không xảy ra thảm họa như vậy thì không có giải pháp nào khác ngoài việc xây đập cho kiên cố.

Đập có thể bị vỡ nếu có động đất. Nhiều đập trên thế giới vỡ vì động đất. Động đất xẩy ra ở những nơi tấm địa chất xê dịch một cách tự nhiên. Lãnh thổ Việt Nam động đất ít và nếu có, như ở vùng Điện Biên Phủ và ngoài khơi Vũng Tầu, thì cũng chỉ đạt cường độ 3 hay 4 trên thang Richter. Động đất mạnh ở các nước láng giềng có thể ảnh hưởng đến lãnh thổ chúng ta. Một trận động đất nhỏ cũng có thể xẩy ra một hai năm sau khi một hồ thủy lợi lớn đã được đổ đầy nước lần đầu tiên. Cho tới nay, chúng tôi chưa được biết hiện tượng này đã xẩy ra ở nước ta hay không : sau hai hai chục năm vận hành, hồ Hòa Bình vẫn còn đó.

Người Việt Nam nắm chắc công nghệ xây đê đập từ cả nghìn năm nay rồi. Những công trình thủy lợi ở nước ta có thể coi là vững chắc. Nếu có tai nạn thì chỉ do thiên tai khó lường trước được hay những tình huống mà các quan chức trong nước gọi là “hiện tượng tiêu cực”.


Những vấn đề đặc biệt của vi thủy điện

Trên phương diện kỹ thuật người ta xếp loại những nhà máy điện theo độ cao của thác : thác cao (trên 200 m), thác trung bình (từ 50 đến 200 m) và thác thấp (dưới 50 m). Tùy độ cao của thác, nhà máy sẽ cần đến một loại tuabin tương ứng.

Ngoài ra, người ta cũng xếp loại những nhà máy theo công suất :

(a) thủy điện lớn, mọi nhà máy có công suất lớn hơn 100.000 kW,

(b) thủy điện trung bình, từ 10.000 đến 100.000 kW,

(c) thủy điện nhỏ, từ 500 đến 10.000 kW,

(d) thủy điện mini, từ 100 đến 500 kW,

(e) thủy điện micro, từ 10 đến 100 kW, và

(f) thủy điện pico, công suất dưới 10 kW

Ở một số nước, người ta chỉ có ba loại nhà máy : thủy điện lớn, thủy điện trung bình và, khi công suất dưới 10.000 kW thì gọi là vi thủy điện hay là thủy điện nhỏ. Ở các nước công nghiệp, mỗi loại nhà máy thủy điện có những quy định pháp lý về quyền khai thác nguồn nước và những quy định kỹ thuật riêng.

Ngoài những vấn đề nêu ở những phần trên, vi thủy điện còn có thêm những vấn đề riêng.


Hình 1 ‒ Thủy điện pico thủ công.
(Nguồn : Wikipedia)
Hình 1 là một kiểu “nhà máy” thủy điện mà chúng tôi chép lại vào những năm 1975 1985 từ một tạp chí hay một cuốn sách mà chúng tôi quên tên rồi. Chúng tôi có gửi họa đồ cho những người nghèo ở những nước chậm tiến viết thư xin tư vấn. Hình như cũng vào thời điểm đó, có một bạn Việt Kiều mang về nước. “Nhà máy” chúng tôi vẽ có thể coi là một bánh xe Pelton dùng cho những nhà máy thủy điện thác cao công nghiệp. “Nhà máy” gồm bởi một ổ phát điện lấy từ một xe ô tô đã qua sử dụng và một trục nối liền ổ phát điện với một cánh quạt. Hai ống nước đối chiếu nhau phun nước làm quay cánh quạt và ổ phát điện.


Hình 2 ‒ Một hệ thống thủy điện pico thủ công
(Nguồn : Wikipedia)

Hình 1 và hình 2 do một tác giả từ điển bách khoa trên mạng Wikipedia chụp nơi nào đó ở miền Tây Bắc. Khi đi thăm những vùng thượng du nước ta, chúng tôi cũng thấy tận mắt những “hệ thống sản xuất và phân phối điện” như vậy. Có những “nhà máy” đặt gần bên đường dây cao thế của nhà máy điện Hoà Bình!

Thành thực, khi chúng tôi viết bài về vi thủy điện thì chúng tôi nghĩ đến những nhà máy vi thủy điện công suất từ 100 kW trở lên, chứ đâu ngờ một thành phần đồng bào tôi lại phải làm như vậy để có điện sinh hoạt. Thời chiến tranh và khi còn bị Mỹ cấm vận việc này có thể hiểu được. Nhưng với một quốc gia theo chủ nghĩa Mác Lê (cộng sản chủ nghĩa là chính quyền x

ô -viết và điện lực khắp nơi) và đang tiến lên hàng một quốc gia công nghiệp thì khó có thể chấp nhận được.?


Các vấn đề nêu ở những phần trên được kiềm chế ít nhiều khi là những công trình lớn. Những công trình này được xếp vào loại công trình trọng điểm và những công trình loại trọng điểm được các quan chức quan tâm đến nhiều hơn. Còn về những nhà máy vi thủy điện thì ngành này đã được xã hội hóa, nghĩa là bất cứ ai muốn làm gì thì làm.

Cả nước vẫn chưa đủ vốn và nhân lực cho những công trình trọng điểm. Lấy đâu ra vốn và nhân lực cho những công trình nhỏ mà số công trình nhỏ thì nhiều hơn là số những công trình lớn. Người không có vốn cũng có thể đầu tư. Xây nửa chừng, thiếu vốn thì hủy bỏ dự án và vốn đã đầu tư, tạm ngưng cho tới khi nào tìm được thêm vốn, hay tiếp tục xây nhưng “rút ruột” công trình. Người không có kiến thức khoa học kỹ thuật cũng có thể vận hành một nhà máy vi thủy điện. Khi có sự cố thì bỏ trốn, chạy tội hay đổ lỗi cho người khác.

Vì thiếu vốn và thiếu người có kỹ năng nghiệp vụ, một số công trình vi thủy điện đã được quyết định một cách rất lạ lùng.

Có những nhà máy thủy điện được xây nhưng chủ đầu tư không biết bán điện cho aivii. Có nhà máy hay không có đường tải điện đển nối với mạng phân phối điện quốc giaviii.

Đọc báo trong nước, chúng tôi khám phá có một số công trình thủy điện được xây dựng nhằm mục đích xin tiền thông qua phương thức CMD (Clean Development Mechanism, Cơ chế Phát triển Sạch) của quỹ nghị định thư Kyoto 1997ix. Chúng tôi cũng khám phá một hệ thống pin mặt trời được ghép với nhà máy thủy điện để cung cấp điện vào mùa hạn khi nhà máy thủy điện không có nước để quay ráox.

Những tình huống này được các báo trong nước thường xuyên nêu lên cho tất cả các loại công trình hạ tầng. Riêng về thủy điện thì, gần đây, nhân một hồ thủy lợi ở miền Trung bị nghi là đã xả lũ đúng ngay khi mạn xuôi đang chịu lụt, các báo có nêu lên một số vấn đề vi thủy điện đặt raxi. Chúng tôi không có cơ sở để biết những chuyện này thực hư ra sao mà chỉ nêu thêm một số rủi ro tiềm tàng riêng của vi thủy điện.

Nhiều hồ chứa nước chỉ là những ao tù nước đọng nơi sinh sống của những vi trùng bệnh sốt rét, giun trong máu và bàng quang (bilharzia).

Nếu hồ không đủ dung tích, vào mùa lũ thay vì tích trữ nước cho mùa hạn thì chúng ta phải xả nước để bảo vệ đập. Khi có nước thì chúng ta quay ráo bừa bãi. Dù sao chúng ta khó mà có thể vận hành một cách khác được vì những nhà máy vi thủy điện thường là những nhà máy dọc dòng sông hay nhà máy có cửa âu với ít khả năng điều biến công suất theo nhu cầu. Nhưng nếu, thêm vào đó, phát điện không phối hợp với những nhà máy điện khác và những sinh hoạt sản xuất khác của cư dân địa phương thì mạng phân phối điện quốc gia sẽ bị rối loạn nghiêm trọng.

Nước ta có người với tay nghề và có vốn để thành lập một xí nghiệp thiết bị vi thủy điện. Số địa điểm để xây dựng những công trình vi thủy điện ở nước ta thì tính chừng một vạn. Đó là không kể đến thị trường những nước lân cận của khối ASEAN. Nhưng chúng ta không có một xí nghiệp thiết bị vi thủy điện. Rút cục những thiết bị được chế tạo thủ công, với những vấn đề chất lượng và tối ưu hóa của mọi sản phẩm thủ công. Nếu mua từ nước ngoài thì có rủi ro về đảm bảo chất lượng và phù hợp với nhu cầu thực. Rủi ro người mua hàng ngoại bị lừa bây giờ giảm nhưng vẫn tồn tại.

Chúng ta có một xí nghiệp sản xuất dây điện và một xí nghiệp sản xuất bộ biến điện. Sản phẩm của hai xí nghiệp này đa dạng và phù hợp với những tiêu chuẩn quốc tế. Rủi ro tập trung ở bộ nối. Vì không có tay nghề, người lắp ráp có thể dùng một bộ nối không bảo đảm an toàn hay có thể chắp nối sai quy định kỹ thuật. Thiếu sót này rất nguy hiểm.

Vi thủy điện pico lại có thêm một rủi ro nữa. Vì chỉ cần tải điện dưới điện áp và cường độ nhỏ người ta dùng dây điện gia dụng. Những dây điện này thường dùng trong nhà nên vỏ bọc không có chất kháng những tia tử ngoại. Dây điện loại đó kéo ở ngoài trời lâu dần sẽ có vỏ bọc bị phân rã và làm trơ ra nõi bằng kim loại. Rủi ro này lại nguy kịch hơn vì những dây điện không treo trên trời bắng những cột trụ cách điện mà móc trên những cành cây hay đặt dưới đất. Khi tham quan miền Tây Bắc, chúng tôi được nhiều người kể bị điện giật và có người kể những tình huống con người hay thú vật tử vong vì những dây điện kiểu đó.

Kết luận

“Xã hội hóa” là một việc nên làm vì Nhà Nước không thể và không nên can thiệp vào mọi chuyện. Nhưng, hiện nay, chúng ta chưa có thể xã hội hóa ngành thủy điện được vì thiếu một bộ pháp quy đầy đủ, thiếu vốn và thiếu nhân lực.

Chúng ta đã thiết kế và xây dựng một hệ thống thủy điện với mục đích duy nhất để sản xuất điện thay vì có tầm nhìn rộng hơn về dịch vụ cung cấp nước cho sinh hoạt của người dân và của những ngành kinh tế khác. Về vận hành hàng ngày các nhà máy thủy điện, chúng ta cũng chỉ có tầm nhìn eo hẹp có nước thì quay ráo để sản xuất điện mà không nghĩ đến những ngày tháng sau, vào mùa hạn, người dân và các ngành kinh tế khác cũng vẫn cần đến nước.

Vì đã tính toán ngắn hạn như vậy về quy hoạch cũng như về vận hành nhà máy, ngành thủy điện của ta không khai thác được tất cả tiềm lực tạo hóa đã ban cho chúng ta mà lại còn lũng đoạn việc cung cấp điện của cả nước, gia tăng phí phạm và đe dọa an toàn của cư dân và môi trường.

Chúng tôi xin nhắc lại những đề nghị đã trình bày trong một bài trướcxii để cải thiện tình trạng này.

(a) Cho tới khi tỷ lệ thủy điện xuống tới dưới một phần tư nhu cầu điện toàn quốc, chúng tôi xin đề nghị :

* hủy bỏ những dự án nhà máy thủy điện công suất trên 10 MW nếu không có nhu cầu chính là chống lũ hay cung cấp nước cho nông nghiệp,

* đình chỉ những công trình chưa khởi công,

* tạm thời đình hoãn những công trình đã khởi công nhưng, vì lý do này lý do khác, chưa tiến độ mấy hay tiến triển quá chậm.

* tài chính ngắn hạn được giải phóng như vậy sẽ dùng để xây nhà máy nhiệt điện.

(b) Chúng tôi xin đề nghị tư nhân hay chính quyền một địa phương thành lập một xí nghiệp thiết kế, sản xuất và đưa ra thị trường một số bộ thủy điện tiêu chuẩn ở những bậc thang công suất dưới 10 MW (tỷ dụ 10 MW, 5 MW, 1.000 kW, 500 kW, 250 kW, 100 kW, 50 kW, 10 kW). Những tư nhân hay địa phương có nhu cầu chỉ cần phối hợp những bộ thủy điện tiêu chuẩn đó để đạt công suất của công trình muốn xây.

Một số vấn đề nêu trong bài này là hiện thực và một số khác là rủi ro tiềm tàng. Những ưu điểm của thủy điện, đặc biệt của vi thủy điện, vượt xa những khuyết điểm nêu trong bài này. Địa dư và khí hậu nước ta rất thuận lợi cho ngành thủy điện. Chúng ta cần khai triển ngành này bằng cách :

(a) đào tạo kỹ sư và công nhân cơ khí và điện cơ nhiều hơn nữa,

b) nghiên cứu khoa học về thủy văn, khí tượng và môi trường sinh thái và

(c) thành lập xí nghiệp sản xuất thiết bị để lắp đặt trong nước cũng như để xuất khẩu.

ĐẶNG Đình Cung

i/ Đặng Đình Cung :“Năng lượng, phát triển bền vững và Việt Nam”. Bài 1 và bài 2.

ii/ Đặng Đình Cung :“Vi thủy điện”
iii/ Tỷ dụ "Rà soát quy hoạch thủy điện nhỏ", Tuổi Trẻ ngày 18.11.2009.
iv/ "Sông Hồng cạn trơ đáy", VnExpress 1.12.2009.
v/ World Energy Council : "Survey of Energy Resources".
vi/ Những số liệu kỹ thuật về ba nhà máy này do các cơ quan chính phủ Việt Nam đăng trên các trạm Internet.
vii/ "Nghịch lý thủy điện nhỏ: Bán điện còn khó hơn sản xuất điện", báo điện tử Xaluan.com.
viii/ "Thủy điện nhỏ bí đầu ra vì thiếu đường truyền", VietnamNet 29.10.2008.
ix/ “Thủy điện vừa và nhỏ: Công hay tội” , Tiền Phong 7.11.2009.
x/ "Có nên báo tử hệ thống pin măt trời ghép thủy điện nhỏ ở Gia Lai?", Tạp chí công nghiệp, số cuối tháng 7.2008.
xi/ Sau vụ tai tiếng này, hầu như tất cả các báo chúng tôi tham khảo trên mạng Internet đều có phóng sự và phỏng vấn chuyên gia về những vấn đề của vi thủy điện. Chúng tôi chỉ xin nêu để làm thí dụ loạt bài "Đánh cược với thiên nhiên" (ba bài) và một số bài khác do báo Tuổi Trẻ đăng trong tháng 11.2009 (các đường dẫn có trong bài : Thủy điện ở Tây Nguyên tác động tiêu cực tới môi trường).
xii/ Đặng Đình Cung :“Năng lượng, phát triển bền vững và Việt Nam” đã trích dẫn.

[NhiHa]

Tư duy phương Đông nhìn dưới ánh sáng học thuyết Einstein

Vietsciences- Nguyễn Huệ Chi

Einstein

Đột phá khoa học của thế kỷ XX được đánh dấu bằng việc khám phá ra thuyết tương đối của nhà vật lý học Albert Einstein ngay vào những năm đầu thế kỷ đã làm chấn động dư luận thế giới, nhưng ý nghĩa lớn lao của nó, theo tôi nghĩ, lại chính là sự tác động dây chuyền và có tính chất lâu dài trong suốt cả một thế kỷ, làm lung lay một phương pháp tư tưởng đã hằn sâu thành nếp, chiếm địa vị độc tôn trong nghiên cứu, có lúc gây bế tắc trì trệ cho nhiều ngành khoa học, không chỉ khoa học tự nhiên mà cả khoa học xã hội và nhân văn - phương pháp duy lý cổ điển1 của phương Tây.

1. Trước hết, xin kể một vài kỷ niệm của chính người viết bài này về sự cảm nhận Einstein. Là thế hệ gần cuối của lớp học sinh kháng chiến chống Pháp trên mảnh đất khu IV tuy gọi là vùng tự do nhưng thực chất rất ít có quan hệ thông thương với thế giới bên ngoài, điều bất hạnh là tên tuổi Einstein ngay khi ông còn sống đã không đến được với chúng tôi. Mãi cho đến năm ông lìa bỏ cõi trần được cả nhân loại thương tiếc mà những học sinh cấp III ở Trường phổ thông Phan Đình Phùng, một ngôi trường nổi tiếng và cũng là ngôi trường duy nhất có cấp học cao nhất ở Hà Tĩnh thuở ấy vẫn không biết ông là ai, bởi một lẽ đơn giản, chương trình vật lý phổ thông bấy giờ không hề có một câu nào nhắc đến Einstein. Và các thầy giáo của chúng tôi - của đáng tội không thể trách họ - trong khi không tiếc lời đề cao những thiên tài khoa học Nga và Liên Xô như Lomonossov, Mendeleev, Lobachevski, Pavlov, Mitchourine-Lyssenko... đã không hề nói một câu nào về các nhà khoa học Âu Mỹ (trừ Darwin) nếu không là kích bác thậm tệ như đối với thuyết di truyền, và chắc họ cũng như chúng tôi chẳng hề biết Einstein là người nào. Không có gì đáng ngạc nhiên bởi vì tôi nhớ đây là năm mở đầu của cái trào lưu ngợi ca Liên Xô và Trung Quốc sau hòa bình lập lại, đánh dấu bằng cuộc triển lãm rầm rộ lưu động từ xã này qua xã khác về thành tựu khoa học của hai nước đàn anh trong phe xã hội chủ nghĩa, trong đó tôi còn nhớ như in người ta đã giới thiệu Liên Xô chế ra những thần dược làm cho con người trẻ mãi, còn Trung Quốc thì tiêm màu vào cây bông đến mức các thứ vải do những loại bông ấy làm ra có màu sắc tươi nguyên cho đến khi vải rách vẫn không phai. Xu hướng tụng ca một chiều mà sau này nhà thơ Việt Phương đã khái quát “Ta nhất quyết đồng hồ Liên Xô tốt hơn đồng hồ Thụy Sĩ/Hình như đấy là niềm tin, ý chí và tự hào/Mường tượng rằng trăng Trung Quốc tròn hơn trăng nước Mỹ…” (Cuộc đời yêu như vợ của ta ơi) bắt đầu nảy sinh từ đấy và ngày càng được khuếch đại, thì cũng dễ hiểu vì sao cái tên Einstein không đến tai người đi học những năm 50-55 dầu ở bậc cuối cấp học phổ thông. Nhưng từ 1956, lên đến đại học, thật là may mắn, tôi bắt đầu nghe tên Einstein qua một vị Giáo sư triết học, thầy Cao Xuân Huy, khi ông thuyết trình trong một buổi giảng về logique học: “Logique hình thức chỉ đáp ứng lý tính của chúng ta như một khoa học hiển ngôn bàn về chân ngụy của những phạm trù mà lý tính kiểm chứng được. Nhưng có một nhà vật lý người Đức là Einstein từ lâu đã tìm ra một học thuyết hết sức thâm viễn gọi là thuyết tương đối hẹp và rộng mà để hiểu được chúng, dù chỉ là một tí chút nào đấy, đòi hỏi chúng ta phải đảo lộn mọi logique thông thường”. Tôi ngạc nhiên và thích thú vô cùng. Cái mệnh đề “A không phải là phi A” bây giờ phải lộn ngược lại mới hiểu được Einstein sao? Con người ấy là ai mà ghê gớm đến thế? Nhiều năm sau tôi mới biết thầy Cao Xuân Huy đã tìm hiểu Einstein từ khá lâu khi đào sâu vào triết học phương Đông, nhưng bấy giờ thì tôi chưa thấy mối liên quan nào giữa Einstein với nền triết học đó, hơn nữa, dù cố gắng bao nhiêu tôi cũng chỉ hiểu Einstein một cách lờ mờ gần như là huyền thoại.

Lomonossov (Hóa)

Mendeleev (Hoá )

Lobachevski (Toán)

Michourin (Sinh)

Lyssenko (Sinh)

Pavlov (Sinh)



Mãi đến năm 1959 ra trường, được phân công về Nhà xuất bản Lao động, hứng thú của tôi đối với khoa học tự nhiên vẫn chưa nguôi. Một hôm đi công tác lên Việt Trì và là lần đầu tiên trong đời được đi xe ô tô, tôi rất vui thích, mặc dầu đó là một chiếc xe commanca với hai hàng ghế gỗ mà chúng tôi phải ngồi thành hai dãy quay mặt vào nhau. Xe chạy một chốc, tôi đang lơ đãng nhìn vào các bạn phía trước mặt mình, bỗng để ý thấy một chú ruồi đậu trên ve áo một người ở hàng ghế bên ấy cất cánh bay sang đậu vào vai áo tôi. Chốc sau chú ta lại thảnh thơi bay ngang bay dọc, đậu vào vai những người khác. Tôi hết sức kinh dị. Bởi vì tôi biết xe ô tô đang chạy với một tốc độ rất nhanh, năm sáu chục kilômét một giờ là ít. Vậy thì tại sao khi chú ruồi cất cánh bay khỏi vai người bạn của tôi nó không bị chiếc xe đẩy tụt lại phía sau ngay lập tức mà thung dung như đang bay trong một nơi yên tĩnh, chẳng hạn trong một ngôi nhà? Lực vô hình nào đã giữ nó yên ổn vị trí trong khoảng không của ô tô? Cứ giả thử như chúng ta có cách gì nhích người lên khỏi ghế lơ lửng giữa không trung thì thế nào? Tất nhiên ta sẽ bị vận tốc ô tô đẩy tụt ra phía sau là cái chắc. Mà ô tô nào có kín gì đâu. Đó là chiếc xe không cửa, đằng đuôi để trống, có một tấm gỗ chắn lưng lửng, người lên kẻ xuống đều theo lối ấy, bầu không khí trong ô tô không phải giữ được cố định như trong một chiếc bình vặn nút mà luôn luôn thay đổi, hài hòa với không khí bên ngoài. Thế thì vì lẽ gì? Tò mò, tôi làm thêm một thí nghiệm cho riêng mình: tôi xé một mảnh giấy trong cuốn sổ tay mang theo vo viên lại và cầm nó giơ cao lên rồi thả xuống. Kỳ dị thay, viên giấy rơi thẳng xuống sàn ô tô mà không rơi xéo ra phía sau như tôi tưởng, dù rằng khi viên giấy chạm sàn, ô tô đã chạy được ít nhất cũng một mét. Nói rõ hơn, trong khi ô tô đang chạy, điểm rơi của viên giấy xuống sàn xe vẫn như trong một căn phòng không có gió, nhưng nếu ta so sánh với mặt đất ở điểm bắt đầu thả viên giấy thì thực tế viên giấy đã rơi chếch về phía trước, và một người đứng ngoài ô tô thế tất phải nhìn thấy viên giấy rơi chếch, trái ngược với người ngồi trong xe nhìn thấy viên giấy rơi thẳng xuống sàn. Vậy phải chăng cái không gian trong chiếc ô tô lúc vận hành đã không đồng nhất một cách tương đối với không gian bên ngoài, trong khi lý tính của chúng ta thì cứ nghĩ nó hoàn toàn đồng nhất?

Sau chuyến công tác trở về, gặp đêm Quốc khánh, chúng tôi rủ nhau ra Hồ Gươm xem pháo hoa. Người chen nhau vòng trong vòng ngoài đông nườm nượp. Tôi và bạn tôi đi lòng vòng cố tìm chỗ len vào phía trong để được xem cho rõ, chẳng ngờ lạc nhau. Anh bạn chạy tít lên mãi đường Lê Thái Tổ còn tôi thì lại dạt về góc Tràng Tiền và Đinh Tiên Hoàng. Khi pháo hoa bay lên tôi cứ có cảm tưởng bộ đội bắn chệch, đến nỗi “hoa cà hoa cải” xanh đỏ nở tung hết cả phía trên đầu mình chứ không đúng vào vị trí giữa hồ. Trở về tôi đem điều đó nói với bạn thì anh bạn ra sức cãi, nói rằng chính là pháo hoa bay về phía chỗ đứng của anh. Chúng tôi cứ tranh luận mãi mà chẳng ai chịu ai.

Về sau đọc đến cuốn Thuyết tương đối là gì, một cuốn sách rất mỏng giải thích sơ lược thuyết tương đối của Einstein nhưng cũng hết sức khó hiểu, tôi mới lờ mờ cảm nhận rằng những việc “lạ” mình không lý giải được chắc có liên quan xa gần đến phát kiến “động trời” của nhà vật lý người Đức hơn 50 năm trước. Có thể không phải lúc nào lực hấp dẫn cũng có một tác động như nhau lên mọi vật đang chuyển động với những vận tốc khác nhau. Đối với con người ngồi trên ô tô thì vận tốc năm sáu mươi kilômét chẳng ảnh hưởng gì, nhưng với một vật nhỏ như con ruồi thì vận tốc ấy ít nhiều đã tạo nên một trường hấp dẫn mới mà con ruồi sẽ tùy thuộc vào đó, bên cạnh sự cố gắng của đôi cánh nó để thắng lực hấp dẫn của trái đất. Nghĩa là khi ô tô chạy quả thực đã tạo ra trong lòng chiếc xe một không gian vận động tương đối so với không gian yên tĩnh tương đối ngoài mặt đất, trong phạm vi ấy các con vật bé tí như ruồi có thể hoạt động bình thường, không bị vận tốc ô tô làm cho mình tụt lại. Cũng vậy, cảm giác về hướng bắn của pháo hoa giữa tôi và anh bạn đồng sự nghe ra vô lý, kỳ thực cả hai đều đúng cả, do chúng tôi đứng ở hai vị trí khác nhau để quan sát chuyển động của các chùm ánh sáng nên hình ảnh đập vào thị giác mỗi người cũng có một độ lệch khác nhau tương đối. Thật ra nghĩ ngợi thế thôi chứ về mặt khoa học, tôi biết những kiến giải của mình chẳng đâu vào đâu, vì tốc độ của một chiếc ô tô và một chùm pháo hoa đâu có phải tốc độ ánh sáng mà mong áp dụng được học thuyết tương đối Einstein. Hơn nữa, việc chú ruồi bay thảnh thơi trong khoảng không của ô tô không bị tụt lại phía sau nếu là do tác dụng của lực quán tính thì càng không có quan hệ gì đến thuyết tương đối. Chẳng qua tuổi trẻ lãng mạn đã đưa tôi đến những liên tưởng “bốc đồng”, dầu sao đối với một người làm khoa học xã hội, sự ngộ nhận đôi khi cũng là dịp phá vỡ nếp mòn, hơn thế dẫn đến bứt phá và “đại ngộ”. Tôi hiểu ra trong đời sống tự nhiên còn vô vàn chuyện bí ẩn mà các định luật có giá trị phổ quát không phải lúc nào cũng dễ giải đáp. Ngay trắc nghiệm nhãn tiền cũng đã cho thấy sờ sờ hai “không gian tương đối”, “hai điểm nhìn tương đối” mà bình thường nào đã mấy ai chú ý. Từ đấy mà nhìn rộng sang nhiều lĩnh vực khác của đời sống, sau nhiều năm trải nghiệm, tôi ngày càng thấm thía, không phải những học thuyết về chính trị, kinh tế, triết học bao năm mình từng được nghe giảng giải, tưởng như khuôn vàng thước ngọc, đều là chìa khóa mở thông hết mọi rắc rối khó hiểu trên đời. Và những lời Giáo sư Cao Xuân Huy nói lúc tôi mới bước chân vào đại học hóa ra lại chính là hòn đá tảng quan trọng của một phương pháp tư duy hiện đại: sự chối bỏ logique thông thường để tiếp cận với những chân lý tưởng chừng siêu nghiệm đang tồn tại hiển nhiên trên thế giới này. Tôi có ngờ đâu vừa ra trường tiếp xúc với thực tế, mình đã bị cuốn vào một vấn đề rồi đây sẽ trở thành trung tâm của mọi suy nghĩ, nó có ý nghĩa rọi sáng cho cả một thời đại mới: thời đại “giải lý tính” (dérationnel) của nhận thức khoa học với học thuyết tương đối của Einstein. Từ phương trình trường đến hằng số vũ trụ, đến vụ nổ Big Bang, đến vũ trụ giãn nở rồi vũ trụ ổn định, rồi lại đến vũ trụ giãn nở gia tốc... sự hiểu biết về vũ trụ trong một thế kỷ đã tiến những bước thần kỳ làm cho nhiều người lo lắng thót tim. Và khi bắt tay tìm về triết học phương Đông thì tôi càng bội phần sửng sốt. Trong khi phương Tây còn loay hoay rất lâu với tinh thần duy lý của thời Khai sáng, kể từ tư tưởng cơ giới của Descartes thế kỷ XVII đến chủ nghĩa duy lý-phê phán (le rationalisme critique) của Karl Poper những năm 70 thế kỷ XX, thì ở phương Đông, nhiều bộ óc khổng lồ thời cổ đại, đã bằng trực giác chứ không phải thực nghiệm mà dường như tiếp cận được Einstein, hay đúng hơn là đã bác bỏ lý tính một cách sâu sắc, thâm trầm, trên phương diện cái nhìn siêu việt về vũ trụ.

2. Nói cho đúng, triết học đích thực khai sinh ở phương Tây từ thời cổ đại Hy Lạp, khi người ta bắt đầu biết khu biệt chủ thể với khách thể để từ đấy tìm mọi cách xác lập mối quan hệ giữa hai đại lượng, và nhờ đó mà nẩy sinh những khái niệm công cụ làm cơ sở cho tư duy, cũng là một bước ngoặt bản lề cho các khoa siêu hình học ra đời. Cổ đại phương Đông thì khác. Trong quá trình lâu dài của nhận thức, hình như chưa bao giờ chủ thể và khách thể tách lìa hẳn nhau, “ngã” và “đại ngã” tức bản thể vũ trụ vẫn mai phục trong nhau, phân ra rồi hợp lại ngay đấy, hoặc khởi đầu là phân ra song đi đến tận cùng thì lại hợp lại, là một dạng tồn tại lưỡng thể cộng thông. Tư duy phương Đông cũng chưa đạt đến chỗ xuất hiện được những khái niệm then chốt cũng như những nguyên lý nhận thức then chốt - trừ Danh gia học phái - có khả năng cấp cho chủ thế một ý thức rạch ròi về khách thể. Suy xét duy lý đến đầu đến đũa là điều hoàn toàn vắng mặt trong trước tác của các bậc hiền triết Trung Hoa. Một mặt, người ta quan niệm cái chân lý mà mình tiệm cận không phải nhất thiết ở phía này hay phía kia như hai mặt trắng và đen đối lập, cũng không phải luôn luôn cứng nhắc ở giữa (chữ “trung dung” không có nghĩa là đứng giữa như một sức ỳ), mà chân lý gồm vào trong nó cả hai phía một cách năng động, có lúc phải nghiêng về phía này ít nhiều và có lúc phải nghiêng về phía kia ít nhiều (lưỡng hành). Và con đường đi đến chân lý là một chu trình thay đổi liên miên, nhích về bên này rồi nhích trở lại bên kia (quyền), có thay đổi thế thì mới đạt được sự hiển minh. Mặt khác, việc thức ngộ chân lý không phải là một thao tác khổ công thực chứng. Nếu dùng thực chứng có khi suốt cả đời anh cũng chẳng nhận diện được cái gì cả, bởi thực chứng chỉ đưa anh đến những gì giản đơn, dễ thấy, mà chân lý thì ít khi lộ diện nên giác quan hữu thức khó chạm được vào. Chân lý mà nhất là chân lý tối thượng vốn không phải là “hữu”, nó là cái “vô” (Đại âm hy thanh, Đại tượng vô hình 大音 希 聲 。大象 無 形 - Lão Tử chương 41). Nó không phơi ra những đường, nếp, hình, khối... để cho giác quan chúng ta dễ dàng bám lấy. Thế nên thay vì giác quan, con người phải dùng đến một thứ siêu giác quan là lương năng để mặc khải chân lý. Mà lương năng chỉ thật sự sáng lên khi giác quan cùn lụt đi. Cho nên, phải làm ngược lại với quy trình thông tục của sự suy nghiệm, phải bắt cái tâm của mình (là cơ quan chỉ huy, điều khiển mọi giác quan) trở nên tối tăm, ngu độn (Ngã ngu nhân chi tâm dã tai, độn độn hề! Tục nhân chiêu chiêu, ngã độc hôn hôn. Tục nhân sát sát, ngã độc muộn muộn 我 愚 人 之 心 也 哉 。沌 沌 兮。俗 人 昭 昭。我 獨 昏 昏 。俗 人 察 察 。我 獨 悶 悶 - Lão Tử, chương XX). Dĩ nhiên phương cách làm cho tâm ngu độn lại cũng không phải là cố ý, nhân vi mà là hồn nhiên như không làm; phải “vô ý” trong khi không để trí tới một vật gì. Lại phải làm cho tâm không dừng lại ở bất kỳ một động hình nào cả - cái trạng thái gọi là “thành” ấy là một dạng thức đã được định vị của tư tưởng, với nó tâm sẽ đóng cứng, không còn nhạy bén nữa, không chuyển sang được một dạng thức khác nữa, hẳn nhiên không thể thích nghi với mọi sự chuyển đổi mà hoàn toàn bất lực hoặc thiên vị.

Như vậy, so với triết học Hy Lạp thì triết học phương Đông mà cụ thể là triết học Trung Hoa tưởng chừng không thể gọi là triết học đúng nghĩa, nhìn bề ngoài nó không có đối tượng và cũng không có sự mạch lạc trong diễn từ để trình bày đối tượng. Nhưng kể cũng thật khó hiểu, chính khi được đặt vào một hoàn cảnh tâm thức khiến tư duy trở nên mông lung, không còn sắc bén, triết học phương Đông lại đạt đến cái mà triết học Hy Lạp cơ hồ không thể đạt đến, đó là sự tưởng tượng siêu thăng về vũ trụ ẩn chứa trong nó rất nhiều hạt nhân hợp lý, ngày càng được vật lý học chứng minh. Từ trong điều kiện của một tâm thế vô vi, tịch lặng và trống rỗng, không bị vướng vào trạng thái đã “thành” của tâm, nhà hiền triết lại có nhiều cơ hội tiếp thu được một nguồn sáng kỳ diệu, giúp cho sức mạnh của trực giác trong mình bừng dậy, và bỗng “ngộ” ra cái không thể nhìn thấy bằng tri giác thông thường. Triết học Hy Lạp từng nói nhiều về bản thể, cái thường tồn. Nhưng vốn bị gò bó trong những khái niệm cụ thể, triết gia Hy Lạp ít ai vượt ra khỏi sự tưởng tượng cái thường tồn trong khuôn hình của những cái cụ thể, như nước, lửa, không khí, nguyên tử (Anassagore, Anaximandre, Démocrite...), cùng lắm gọi bản thể là ý niệm như Platon thì tuy không phải là vật chất cũng vẫn là một phạm trù không xa lạ với tư duy... Tóm lại cái bản thể vũ trụ mà triết học Hy Lạp nói đến, dù rộng lớn đến đâu cũng chỉ nằm trong phạm vi thế giới tự nhiên mà tai mắt con người có thể cảm thấy, hoặc thế giới ý thức mà con người có thể luận ra. Trong khi đó, triết học phương Đông không bị cái cụ thể chi phối, cũng không bị cái trừu tượng của suy tưởng đẩy đến thuần túy siêu hình, đã với được tới một chiều kích vừa mơ hồ vừa thăm thẳm. Hãy nghe Lão Tử nói: “Hữu vật hỗn thành, tiên thiên địa sinh. Tịch hề liêu hề, độc lập bất cải. Chu hành nhi bất đãi. Khả dĩ vi thiên hạ mẫu. Ngô bất tri kỳ danh, tự chi viết đạo. Cưỡng vi chi danh viết đại. Đại viết thệ, thệ viết viễn, viễn viết phản 有 物 混 成 。先 天 地 生 。寂 兮 寥 兮 。獨 立 不 改 。周 行 而 不 怠 。可 以 為 天 下 母 。吳 不 知 其 名 。字 之曰 道 。強 為 之 名 曰 大 。大 曰 逝 。逝 曰 遠 。遠 曰 反” - Lão tử chương 25). Tạm dịch: “Có một vật hỗn độn mà thành, sinh ra trước cả trời đất. Tịch mịch trống rỗng, một mình nó không thay đổi. Chu lưu cùng khắp không lười biếng. Xứng đáng làm mẹ của thiên hạ. Ta không biết nó là gì, đặt tên cho nó là Đạo, lại miễn cưỡng hình dung nó là: lớn, đi mãi, xa tắp, quay trở lại”. Từ trước tới nay, không biết bao nhiêu nhà tư tưởng đã phải đối mặt với câu nói tối tăm trên đây của Lão, và đưa ra vô số lời giải đoán, tạo nên nhiều trường phái đối lập nhau. Một xu hướng hiểu chữ “đạo” theo nghĩa gốc từ Hán là con đường và cho rằng Đạo của Lão Tử ở đây nhằm nói về quy luật vận động của vũ trụ. Hiểu theo cách đó chưa hẳn đã không hợp lý, nhưng ít nhất về chỗ đứng của người tìm hiểu, đã đi ra khỏi phạm trù triết học phương Đông. Bởi vì như đã nói, phương Đông cổ đại có từng hình thành nên một hệ thống khái niệm quy củ nào đâu. Tư duy phương Đông cũng coi khinh khái niệm, chống việc bám vào “danh”, vì danh là một dạng thức của chân lý đã định hình, đã thành, bám lấy nó thì tư duy không còn sáng suốt nữa. Ngay Lão Tử cũng đã lưu ý : “Đạo khả đạo phi thường đạo, danh khả danh phi thường danh 道 可 道 。非 常 道 。名 可 名 。非 常 名” (Lão Tử chương 1). Tạm dịch: “Cái “đạo” mà có thể gọi tên là đạo thì đã là cái đạo không thường tồn; cái “tên” mà đã có thể gọi lên [bằng ngôn ngữ] thì đã là cái tên không thường tồn”. Phía sau một lời phủ định trống không, Lão Tử chừng như có ngụ ý chỉ trích cách hiểu Đạo chật hẹp và quá cụ thể của những học phái đang được đương thời sùng thượng, qua đó ông muốn minh định: kiến giải của riêng mình về Đạo mới đích thực vượt khỏi giới hạn bề ngoài của từ ngữ. Vậy hiểu Đạo là con đường là đã duy danh định nghĩa, trái với tinh thần Lão Tử. Dù có uyển chuyển đến mấy nó cũng đã đứng trên hệ quy chiếu của triết học phương Tây. Một xu hướng khác coi Đạo là phạm trù chỉ bản thể vũ trụ. Nhưng vì cũng chỉ đoán phỏng chứ không nắm được hàm nghĩa xác thực của chữ Đạo, xu hướng bản thể luận ngay từ bước khởi điểm đã bị phân rẽ, một phe cho Đạo của Lão là tâm, phe khác lại cho đấy là vật. Trong những người quy Lão Tử về tâm tức là duy tâm lại còn tách ra làm hai nhóm, nhóm trước nói Đạo là cái từ trong tâm mà ảo giác nên, nên Lão là duy tâm chủ quan, còn nhóm sau thì gán cho Lão cái tư tưởng hữu thần, Đạo của ông như một vị thần sáng thế và ông là duy tâm khách quan. Vân vân và vân vân. Ngày nay đem đối chiếu cặn kẽ từng lời của sách Lão Tử với tất cả các thuyết vừa dẫn, ta không thể không băn khoăn nghi ngờ trước những định luận từ bên ngoài áp vào cho ông, bởi chẳng ai tìm thấy một chỗ nào Lão Tử định nghĩa Đạo là bản thể vũ trụ, cũng chẳng một nơi nào ông nói Đạo là vật hay tâm. Quả như nhận xét của F. Julien, tư tưởng Trung Hoa cổ đại “không hề biết đến vấn đề bản thể và đến cả cái động từ của nó”2, và cũng từ sớm đã ly khai khỏi thần luận: “Ở Trung Quốc người ta sớm ưu tiên cho việc đặt ra quy trình cúng bái chứ không quan tâm mấy đến quyền năng của lời cầu nguyện; người ta quan tâm nhiều đến hình thức lễ nghi cúng bái, đến quy củ hơn là đến điều huyền bí của sự hiện tồn”3. Biết đâu những học giả quá sốt sắng định danh Lão là thế này thế khác cũng chỉ muốn mượn hệ quy chiếu của triết học hiện đại chủ yếu là chủ nghĩa duy vật biện chứng mong nắm bắt cho được một tín hiệu của ngôn bản Lão Đam, một cái gì nằm ngoài mọi giải đoán và cực kỳ khó nắm bắt. Đấy đều là những việc làm xuất phát từ lợi ích thực dụng, muốn “xếp loại” cho tư tưởng Lão Tử, hơn là đặt một giả thuyết làm việc nghiêm chỉnh.

[NhiHa]

Thế thì trong văn cảnh của nó, phải hiểu Đạo của Lão Tử thế nào? Hãy tạm phỏng đoán rằng vào thời của mình, đứng trước nhiều học thuyết khác nhau về Đạo, Lão Tử muốn dùng lại một từ vốn đã quen dùng đầu miệng các học thuyết nọ, nhưng không phải dùng theo nghĩa sáo mòn của họ, mà là để gợi lên một điều khác hẳn - gợi lên hình ảnh của một một phi vật thể mà ông mặc khải được, giữa lúc tất cả mọi học phái chưa ai có may mắn giác ngộ ra nó như ông. Phi vật thể đó có trước trời đất, là uyên nguyên của vũ trụ khi vũ trụ chưa hình thành. Nhưng vũ trụ ở đây không chỉ giới hạn trong phạm vi hệ mặt trời mà có thể còn rất rộng, nằm ngoài cả trời đất (tiên thiên địa sinh). Thêm vào đó, cái uyên nguyên không phải chỉ được hình dung ở thể chất tối sơ tối diệu, mà còn được xem xét ở phương thức tồn tại, ở các tiến trình biến hóa và cả ở điểm mút của sự chuyển hóa, sự “quy căn đáo để” của nó. Nghĩa là Đạo gồm thâu toàn bộ bản chất sinh diệt của vũ trụ. Để định dạng Đạo, Lão Tử đưa ra bốn phẩm ngữ: Đạo là vô - cái vô vĩnh cửu, là nhất - cái một vĩnh cửu, là động - cái động vĩnh cửu, và là phản - sự phản phục vĩnh cửu. “Vô” nghĩa là trống rỗng nhưng lại không phải hư vô mà hàm chứa cái hữu (Hữu vô tương sinh). Vô và hữu là hai mặt chuyển đổi nói lên sự nhiệm màu của Đạo trong bước hóa thân từ Đạo sang vũ trụ (Vô, danh thiên địa chi thủy; Hữu, danh vạn vật chi mẫu. Cố thường vô, dục dĩ quan kỳ diệu; thường hữu, dục dĩ quan kỳ kiểu 無 。名 天 地 之 始 。有 。名 萬 物 之 母 。故 常 無 。欲 以 觀 其 妙 。常 有 。欲 以 觀 其 徼 - Lão Tử chương 1). Liên hệ đến Einstein, hãy nhớ lại lý thuyết Big Bang chẳng cũng đã cho rằng vũ trụ vốn bắt nguồn từ một “khối vật chất Item” có kích thước bằng 0 mà khối lượng bằng vô cùng đấy sao? Và năm 1917, chỉ sau khi thuyết tương đối phổ quát ra đời một năm, chẳng phải William de Sitter nhà thiên văn Hà Lan đã khám phá ra một hệ quả hết sức khó hiểu từ phương trình trường của Einstein: vũ trụ ban đầu có thể trống rỗng không chứa một vật chất hấp dẫn nào cả? Có vẻ như thiên tài khoa học của thế kỷ XX bằng các công thức vật lý học đã đi đến cùng một đích với nhà Lão học sống trước mình 24 thế kỷ. Còn cái “Nhất” mà Lão Tử nói là tính toàn vẹn không thể thêm bớt của Đạo (giống như định luật bảo toàn năng lượng) chứ không phải nó chỉ nhất nhất có một. Trong cái một đã ẩn ngụ cả cái nhiều, và mối quan hệ giữa một và nhiều cũng là hệ quả của mối quan hệ giữa tĩnh và động. “Động” là phẩm chất tuyệt đối của Đạo nhưng trong động đã có tĩnh - khi hiểu Đạo là thường tồn thì nó tĩnh, còn khi nhìn nó dưới những hình thức tồn tại muôn vẻ thì nó động, nó mãi mãi sinh sôi nẩy nở: “Đạo sinh nhất; Nhất sinh nhị; Nhị sinh tam; Tam sinh vạn vật 道生 一 。一 生 二 。二 生 三 。三 生 萬 物” (Lão Tử chương 42). Ta lại nhớ đến trường hợp Einstein đã rơi vào “thế kẹt” sau khi người khác dùng thực nghiệm kiểm tra phương trình trường: ông muốn quy nó về một hệ vũ trụ tĩnh nhưng kết quả lại cho thấy nó chứng tỏ một vũ trụ không ngừng giãn nở buộc ông phải đưa thêm vào hằng số vũ trụ. Ngẫu nhiên mà gặp nhau hay có một năng lực thần bí nào mách bảo? Và “phản” chính là một đặc điểm bổ sung cho động, đánh dấu bước hoàn kết của một chu trình luân chuyển của Đạo trong vũ trụ: sự quay trở về lại chính nó, quay trở về cái khởi sinh4. Cứ theo các nguyên lý của Einstein mà đẩy tưởng tượng đi xa hơn, ta sẽ hình dung vũ trụ ra sao sau khi đã giãn nở gia tốc đến tột cùng, nếu chẳng phải là lại trở về với cái mênh mông hoang sơ của một con số không kỳ bí trước khi một vụ nổ Big Bang thứ hai lại sẽ xuất hiện? Lý thuyết Einstein và dẫn thân là lý thuyết vụ nổ Big Bang của cơ học lượng tử rõ ràng đã lấp ló trong nó chữ “phản” của Lão Tử.

Những chuyện trùng hợp kỳ quặc khó tin như thế còn tìm thấy ở khá nhiều phiến đoạn rời rạc khác trong cuốn sách Lão Tử, nhưng chúng tôi muốn bạn đọc quan tâm đến chương 14 sau đây như là một hướng trình bày mới của Lão về Đạo, bổ sung cho hướng chấm phá bằng hình ảnh mà ông đã làm - đó là hướng khơi gợi một đôi ẩn dụ thông qua cảm giác của chủ thể hay theo cách nói của triết học phương Tây là góc nhìn nhận thức luận: “Thị chi bất kiến danh viết di. Thính chi bất văn danh viết hy. Bác chi bất đắc danh viết vi. Thử tam giả bất khả trí cật, cố hỗn nhi vi nhất. Kỳ thượng bất kiểu, kỳ hạ bất muội, thằng thằng bất khả danh, phục quy vu vô vật. Thị vị vô trạng chi trạng, vô vật chi tượng, thị vị hốt hoảng. Nghênh chi bất kiến kỳ thủ, tùy chi bất kiến kỳ hậu. Chấp cổ chi đạo dĩ ngự kim chi hữu. Năng tri cổ thủy, thị vị đạo kỷ 視 之 不 見 名 曰 夷 。聽 之 不 聞 名 曰 希 。博 之 不 得 名 曰 微 。此 三者 不 可 致 詰 故 混 而 為 一 。其 上 不 皦 。其 下 不 昧 。繩 繩 不 可 名 。復 歸 於 無 物 。是 謂 無 狀 之 狀 。無 物 之象 。是 謂 惚 恍 。迎 之 不 見 其 首 。隨 之 不 見 其 後 。執 古 之 道 。以 御 今 之 有 能 知 古 始。是 謂 道 紀”. Tạm dịch: “Nhìn mà không thấy nên gọi là di. Nghe mà không thấu nên gọi là hy. Nắm mà không được nên gọi là vi. Ba cái đó [cũng chỉ là ước lệ nên] không thể căn vặn đến cùng được. Vì thế hỗn hợp lại thành một. Phía trên nó thì không sáng sủa. Phía dưới nó thì không tối tăm. Nó cứ triền miên không dứt, không thể gọi tên được, cuối cùng lại quay trở về chỗ trống không, không có vật gì cả. Đó là thể trạng mà không có thể trạng, là hình tượng mà không có hình tượng. Do đó gọi nó là chập chờn. Đón nó thì không thấy đầu nó ở đâu. Theo nó thì không thấy đuôi nó ở đâu. Hãy nắm cho được cái Đạo của thời tối cổ ấy để chế ngự cái Hữu hôm nay. Khi đã có năng lực để tri giác về cái khởi đầu từ ngàn xưa thì mới gọi đó là dường mối của Đạo”. Ít nhất phải thừa nhận đây quả là cách trình bày rất đặc trưng cho tư duy phương Đông: mường tượng cái không nhìn thấy bằng chính cái không nhìn thấy, gợi cảm giác về những điều cảm giác không thể nói rõ. Tất cả mọi nỗ lực vượt khỏi “vô minh” mà ta đọc thấy trong lời lẽ của người trình bày cũng nói lên một sự thực: Đạo thật tình chỉ mới là một linh cảm mẫn nhuệ từ nơi trực giác sâu thẳm của vị tổ sư Lão học chứ chưa bao giờ hiện hữu. Sự bất lực của ngôn ngữ để diễn tả Đạo cũng là điều chẳng có gì lạ. Khỏi phải nói, nếu các nhà triết học thế kỷ XX đã bắt buộc liên hệ Đạo với những khái niệm có gốc rễ từ Hy Lạp như “bản thể” hay “quy luật” giúp nhận thức bớt phần lúng túng thì cũng là tình thế bất khả kháng. Chỉ có điều các khái niệm “bản thể” hay “quy luật” dùng ở đây, nói như Lão Tử đều là “miễn cưỡng”, nên rất cần được quan niệm theo hướng mở chứ không đóng, thì mới tương thích nhiều ít với Đạo là một thực tồn rộng lớn không cái gì của thế gian có thể so sánh, cũng là một tổng hợp của mọi điều huyền diệu nằm ngoài hết thảy tưởng tượng của thế gian. Muốn thấu tỏ được Đạo không có cách nào hơn là sự thấu thị huyền nhiệm của tâm linh (Huyền chi hựu huyền, chúng diệu chi môn 玄 之 又 玄 。眾 妙 之 門 - Lão Tử chương 1). Tuy thế, tâm linh huyền nhiệm vẫn không phải là dấu hiệu hữu thần, do chỗ giữa cái huyền bí và cái thông tỏ, cái chưa biết và cái biết ở Đạo vốn có một quan hệ nội tại khăng khít (Đạo chi vi vật, duy hoảng duy hốt. Hốt hề hoảng hề, kỳ trung hữu tượng. Hoảng hề hốt hề, kỳ trung hữu vật 道 之 為 物 。惟 恍 惟 惚 。惚 兮 恍 兮 。其 中 有 象 。恍 兮 惚 兮 。其 中 有 物 - Lão Tử chương 21). Quan hệ đó diễn ra ở tầm vĩ mô theo hai chiều hướng: động - chuyển hóa từ vô sang hữu (Hữu sinh ư vô); và phản - chuyển hóa trở lại từ hữu sang vô (Phục quy ư vô vật). “Phản giả, Đạo chi động 反 者 。道 之 動”, phản chính là sự tiếp tục những vận động nội tại của Đạo dưới một biến thái mới để chuẩn bị cho một tiến trình đa hóa khác lại sẽ khởi đầu.

Rút lại, qua cái mô hình được phác vẽ một cách lan man và đứt nối theo kiểu trận đồ bát quái của một con người sống trước chúng ta đến mấy nghìn năm, mở đầu cho một trường phái minh triết Trung Hoa nổi tiếng, thiết tưởng một câu hỏi đã đến lúc phải đặt ra mạnh bạo và dứt khoát hơn: tại sao không thể xem Đạo của Lão Tử là dự báo sáng suốt về cõi thiên hà muôn hình vạn trạng đang vận động với quy luật giãn nở gia tốc mà vũ trụ học hiện đại đã và đang tìm ra cách nhận dạng? Chắc chắn dự báo của Lão Tử có nhiều mặt thô sơ, ấu trĩ đến buồn cười, nhưng xét từ bản chất, nó chứa nhiều ẩn số gần gũi với thuyết tương đối của Einstein biết bao! Nó cũng đâu có gì giống với thần học, đâu có gì giống với các thứ chủ nghĩa duy tâm hay chủ nghĩa duy vật mà con mắt “chủ biệt” của chúng ta rất sành phân chia “trận tuyến” bằng lăng kính “tâm/vật” cố gò vào đấy? Tôi nghĩ, Lão Tử là một chỗ đứng riêng trong triết học phương Đông chưa có tiền lệ.

Nhưng nếu đối chiếu Lão Tử với một vài triết thuyết khác, cũng của phương Đông, ví như Phật giáo, thì ta lại cảm thấy Lão Tử không phải là một hiện tượng đơn độc. Thực tế có khi Phật giáo nguyên thủy từng bàn về vũ trụ từ trước cả thời Lão Tử, cho đến khi truyền sang Trung Quốc đã phát triển thành một hệ thống hoàn chỉnh, mà đem so với Lão học lại có không ít những điểm tương đồng. Phật giáo nói tới “Tam thiên đại thiên thế giới” hay nói đến “Hà sa cảnh giới” là nói đến một con số phiếm chỉ, nhiều đến mức khủng khiếp của những “cõi trời” khác nhau trong vũ trụ mênh mông, không sao tính xuể - số lượng của nó ngang với cát sông Hằng. Thế giới trần gian chỉ là một Tiểu thế giới, hợp một nghìn Tiểu thế giới lại mới gọi là một Tiểu thiên thế giới. Hợp một nghìn Tiểu thiên thế giới lại mới là một Trung thiên thế giới. Hợp một nghìn Trung thiên thế giới lại mới là một Đại thiên thế giới. Thế mà ở đây lại là ba nghìn Đại thiên thế giới. Mấy chữ “Tam thiên đại thiên thế giới” hẳn từ lâu đã lướt qua trí óc vô số người trong chúng ta mà chẳng mấy khi để lại một dấu ấn, là vì tầm mắt chúng ta bị vướng vào cái nhìn thế tục, không lường nổi tầm thước vũ trụ của những thông báo cô đọng nói trên. Phật đã tưởng tượng thấy sự tạo thành hệ thống thiên hà còn bao la hơn rất nhiều hệ thái dương mà con người nhìn thấy, trong đó những “cõi trời” chưa biết đến là cả một con số khổng lồ. Còn về mặt khởi nguyên, để giải thích từ đâu “Tam thiên đại thiên thế giới” sinh ra, sách Ca giả áo nghĩa thư 歌 者 奧 義 書, một bộ sách cổ của Phật giáo Ấn Độ được dịch sang tiếng Trung Quốc từ rất sớm đã chép: “Thái sơ chi thời, thế giới vi hữu, duy nhất vô nhị.... Thái sơ chi thời thế giới vi vô, duy nhất vô nhị, do vô sinh hữu 太 初 之 時 。世 界 為 有 。惟 一 無 二 。。。。太 初 之 時 。世 界 為 無 。 惟 一 無二 。猶 無 生 有”. Tạm dịch: “Vào thời Thái sơ, thế giới là hữu, có một không hai... Vào thời Thái sơ, thế giới là vô, có một không hai, từ vô sinh hữu”. Không khác với Lão Tử, Phật giáo cũng thừa nhận vai trò đối lưu ảo diệu của hai phạm trù “vô” và “hữu” trong cuộc “hoài thai” kỳ vĩ bậc nhất ấy, tuy cái đích cuối cùng Phật nhắm tới vẫn là “vô”. Nào chỉ có thế. Phật còn nói đến “kiếp” như những chu trình hết sức lâu dài của sự chuyển hóa, bao quát hàng tỷ tỷ năm của thế gian, ở đó vũ trụ chuyển lưu qua bốn thời kỳ từ thành (có hình dáng), trụ (đứng vững), hoại (tan vỡ) đến không (trống không), và chu trình ấy cứ lặp đi lặp lại trong vô lượng kiếp, một số lượng cũng không thể nào đếm hết được. Từ trong những “kiếp” xa xưa đã ra đời những vị Phật Quá Khứ, đến “kiếp” này mới xuất hiện vị Phật Hiện Tại là Phật Thích Ca. Rồi đến những “kiếp” sau thì chắc chắn lại có mặt những vị Phật vị Lai. Chủ thuyết luân hồi của nhà Phật hiểu cho cặn kẽ thực đã không còn bó hẹp trong phạm vi thế giới hữu tình. Luân hồi gần như một hằng số chung dành cho toàn cõi thiên hà. Đủ thấy, có một sự đồng dạng lạ lùng giữa nhãn quan của Phật và Lão trong tầm nhìn siêu thế giới, tuy một bên đưa ra những con số gây chấn động về tâm lý còn một bên chỉ là những liên tưởng thấp thoáng, mù mờ. Nhân tố nào đã dẫn đến sự gần gũi trong tiềm năng nhận thức giữa hai trường phái tư tưởng cổ đại phương Đông kia? Chúng tôi lại muốn lưu ý ở đây một đặc điểm giống nhau về phương diện tư duy: cả hai học thuyết đều không hề cột chặt mình vào cái tuyệt đối mà luôn luôn năng động trên cái tương đối. Đó là mặt ưu trội hiếm có của tâm thức phương Đông có khả năng đối trọng với cỗ xe Tam cương ngũ thường rất duy lý của Nho giáo từng thống ngự đời sống tinh thần tư tưởng suốt mấy nghìn năm.

3. Chương 2 sách Lão Tử viết: “Thiên hạ giai tri mỹ chi vi mỹ, tư ác dĩ; giai tri thiện chi vi thiện, tư bất thiện dĩ. Cố hữu vô tương sinh, nan dị tương thành, trường đoản tương giao, cao hạ tương khuynh, âm thanh tương hòa, tiền hậu tương tùy 天 下 皆 知 美 之 為 美 斯 惡 已 。皆 知 善 之 為 善 斯 不 善 已 。故 有 無 相 生。 難 易 相 成 。長 短 較 。高 下 相 傾 。音 聲 相 和 。前 後 相 隨”. Tạm dịch: “Thiên hạ đều biết đẹp là đẹp thì đã là xấu rồi, đều biết thiện là thiện thì đã là bất thiện rồi. Cho nên hữu và vô sinh ra nhau, khó và dễ hoàn thành nhau, dài và ngắn kế tiếp nhau, cao và thấp nghiêng đổ nhau, âm và thanh hòa với nhau, trước và sau theo liền nhau”. Hãy cứ dùng con mắt duy vật biện chứng mà suy, thì đây phải là một phát kiến hệ trọng của Lão Tử về sự tồn tại và chuyển hóa lẫn nhau giữa hai mặt đối lập ngay trong cùng một sự vật. Chương 58 sách Lão Tử còn viết “Phúc hề họa chi sở ỷ, họa hề phúc chi sở bặc 福兮 禍 之 所 倚 。禍 兮 福 之 所 伏” - Phúc là chỗ dựa của họa, họa là chỗ ẩn náu của phúc. Hai mặt mâu thuẫn mai phục ở trong nhau, không có gì đúng hơn thế nữa! Nhưng cũng không loại trừ một cách hiểu thứ hai, rằng Lão Tử muốn nhắc ta: mọi cái khác biệt vốn dĩ là tương đối, tách riêng chúng ra và xác quyết một chiều về chúng mà không đặt chúng trong những liên hệ, đối sánh, chưa phải là ý tưởng thích hợp. Cũng như: “Dụy chi dữ a tương khứ kỷ hà? Thiện chi dữ ác tương khứ nhược hà? 唯 之 與 阿 。相 去 幾 何 。善 之 與 惡 。相 去 若 何” (Lão Tử chương 20) - nhìn theo tri thức thông tục thì “ừ” và “hứ” là hai phản ứng đối nghịch, “thiện” và “ác” cũng là hai hành vi đạo đức không dung nạp nhau, nhưng đặt trong tầm vóc Đạo của bậc triết nhân, những mặt trái ngược giữa chúng đều trở nên vô nghĩa, sự cách biệt không còn đáng kể, chúng là đồng nhất mà thôi. Thế thì “Khúc tắc toàn, uổng tắc trực, oa tắc doanh, tệ tắc tân 曲 則 全 。枉 則 直 。窪 則 盈 。敝 則 新” (Lão Tử chương 22) - gãy thì tròn, cong thì thẳng, trũng thì cao, cũ thì mới... sự vật luôn luôn tự nó đổi thay để trở về với Đạo, theo đó tâm thế nhìn nhận sự vật cũng phải thấu thị mọi sự thay đổi để tri thức không rơi vào phiến diện. Dưới con mắt Lão Tử những hiểu biết vừa vặn với lý trí chỉ là hiểu biết chết, không bắt kịp sự vật đang vận động. Lần đầu tiên các phép tắc được xem là “thiên kinh địa nghĩa” - bền vững muôn đời - của nhiều vị thánh nhân thời cổ mà nhà cầm quyền các thời đại vẫn lấy làm chuẩn mực trị nước bị giáng một đòn rất nặng.

Đối với Phật giáo, tư duy tương đối xem ra còn được vận dụng một cách cao thâm hơn. Ta đều biết theo quan niệm nhà Phật, hai phạm trù cơ bản biểu thị hai trạng huống “vô” và “hữu” của mọi cảnh giới quanh mình là “không” và “sắc”. Nhưng cũng giống như “vô” và “hữu” không thể tách khỏi nhau ngay từ thuở khai sáng vũ trụ (Thiên “Hữu vô ca” trong kinh Vệ đà - Rigveda chép: “Hữu ký phi hữu, vô diệc phi hữu 有 旣 非 有 。無 亦 非 有”5: Hữu đã không phải là hữu, vô cũng không phải là hữu), khi nói “không” và “sắc” cũng không hề có nghĩa đấy phải là hai. Bát nhã tâm kinh viết: “Sắc bất dị không, không bất dị sắc, sắc tức thị không không tức thị sắc 色 不 易 空 。空 不 易 色 。色 即 是 空 。空 即 是 色” (Sắc không khác với không, không không khác với sắc. Sắc tức là không, không tức là sắc). Nếu cứ nhất thiết khu biệt “không” và “sắc” thành hai tức đã rơi vào “nhị kiến”, là cái nhìn chấp trước của những ai chưa ngộ đạo, nó sẽ trói buộc tâm trí người ta trong vòng luẩn quẩn của sự u tối và không thể nào giải thoát được - không đạt được đến chỗ xóa bỏ ngã kiến để đồng nhất mình với cái tâm tịch lặng của trời đất. Cho nên Phật đề xuất “phá chấp”, “tiêu trừ nhị kiến”, đòi hỏi dẹp bỏ mọi sự phân chia cứng nhắc giữa sinh-diệt, chân-vọng, thiện-ác, chính-tà, hạnh phúc-khổ đau, thậm chí giữa sinh tử và Niết bàn... Phật còn chủ trương “vô ngã”, xem cứu cánh tối hậu của vũ trụ chỉ là những năng lượng tự tính của chân tâm chứ tuyệt không có gì cả, giống y như việc bắn phá một hạt nhân nguyên tử cho đến cùng cũng sẽ giải phóng ra một năng lượng nào đấy mà không còn tìm thấy đâu cái gọi là vật chất nữa. Tinh thần phá chấp chính là nền tảng của chủ nghĩa nhân bản Phật giáo, không những làm mềm mại hẳn giáo lý nhà Phật, dẫn đến sự nẩy sinh những hệ phái có ý nghĩa cách mạng như Thiền tông, mà còn tạo nên một bầu không khí bình đẳng, bác ái, hướng thiện trong sinh hoạt tín ngưỡng cũng như trong cuộc sống hàng ngày, là nguồn sức mạnh vô hình lớn lao nâng đỡ chúng sinh vượt qua mọi bất hạnh chồng chất của đêm dài trung cổ.

Ngoài Lão Tử và Phật giáo, cũng cần phải nói đến Trang Chu, một học trò xuất sắc của Lão ở thời Chiến quốc, đã triển khai Lão học thành một học phái mới, đặc biệt đưa cảm hứng tương đối luận đi đến một chặng mốc rất xa. Không làm như triết học Hy Lạp và Danh gia học phái là phân loại sự vật theo thuộc tính, Trang Tử đặt tất cả trong một thông số và đưa ra những đối sánh “cắc cớ” khiến cho mọi tiêu chí về cái đúng cái sai không còn biết đằng nào mà lần. Trong thiên “Tề vật luận” sách Trang Tử ông xây dựng luận điểm: vạn vật là như nhau, dựa trên lý do mọi so sánh đều chỉ là rất tương đối. Nói về lớn nhỏ thì mảy lông mùa thu so với những vật cực nhỏ đã là vô cùng lớn, trái lại so với những vật cực lớn thì núi Thái Sơn vẫn chẳng thấm vào đâu. Nói về thọ yểu thì đứa bé chết yểu so với những thai nhi chết yểu là thọ lắm rồi, trái lại so với những loài sống đến hàng nghìn năm như con rùa hay cây “xuân” thì ông Bành Tổ lại là người chết yểu. Nói về sở thích ăn ở thì loài người ăn thịt dê thịt bò thịt lợn lấy đó làm ngon, nhưng loài hươu nai lại cho ngon là lá cây lá cỏ. Loài người ở trong chỗ ẩm thấp thì không chịu nổi trong khi con lươn lại lấy chỗ ẩm thấp làm chỗ ở lý tưởng của mình. Loài người phải sống trên cây thì run trong khi con khỉ coi chỗ ở trên cây là nơi tốt nhất. Nói về đẹp xấu thì loài người khen Mao Tường, Lệ Cơ là tuyệt đẹp trong khi hươu nai nhìn thấy họ lại chạy xa, chim chóc nhìn thấy họ đều bay mất. Tiếp thu quan điểm “vận động” của Lão Tử, Trang Tử cũng xem xét sự vật ở mặt biến thiên và chỉ ra giữa thời này và thời khác, tiêu chí về tốt xấu, thật giả không còn đồng nhất. Nàng Lệ Cơ vừa phải xa cha mẹ về nhà chồng thì khóc sướt mướt song đến khi về với vua Hiến Công nước Tấn, được nếm cao lương mỹ vị lại thấy chuyện khóc lóc ngày trước là sai lầm. Bầy khỉ của một ông già lần đầu cho ăn “sáng bốn chiều ba” thì kêu gào, lần sau cho ăn “sáng ba chiều bốn” thì vui thích. Trang Tử còn nhận thấy ý nghĩa tương đối của vạn vật đặt trong những không gian khác biệt nhau. Con chim bằng to lớn ở biển Bắc bay lên chín vạn dặm rồi băng mình về biển Nam, cảm thấy trời xanh là rộng lớn, nhưng con chim cút ở trong đầm lại cười chê nó, vì đối với cút bầu trời cao vài nhận và đám cỏ bồng cỏ cảo quanh đầm nước đã làm nó thấy cao rộng lắm rồi. Cuối cùng Trang Tử đi đến: coi “sống ngang với chết, chết ngang với sống” (Phương sinh phương tử, phương tử phương sinh 方 生 方 死 。方 死 方 生); tỉnh ngang với mộng, mộng ngang với tỉnh (Khổng Khâu khi giảng đạo lý là nằm mộng, Cô Thước Tử khi nhắc lời Khổng Khâu là nằm mộng, mà Trường Ngô Tử khi bảo hai người đó nằm mộng thì chính mình cũng nằm mộng nốt - Khâu dã dữ nhữ giai mộng dã, dư vị nhữ mộng diệc mộng dã 丘 也 與 汝 皆 夢 也 。予 謂 汝 夢 亦 夢 也); “không có vật nào không phải là vật khác, không có vật nào không phải là vật này” (Vật vô phi bỉ, vật vô phi thị 物 無 非 彼 。物 無 非 是); “cái kia là từ cái này mà ra, cái này cũng từ cái kia mà có” (Bỉ xuất ư thị, thị diệc nhân bỉ 彼 出 於 是 。是 亦 因 彼); “cái có thể cũng ngang với cái không thể, cái không thể cũng ngang với cái có thể” (Phương khả phương bất khả, phương bất khả phương khả 方 可 方 不 可 。方 不 可 方 可). Mấu chốt đáng nói trong kiến giải của Trang là ông muốn cởi bỏ cho con người cái lầm lẫn tệ hại của ý thức “sai biệt”, là nguồn gốc bao nhiêu khổ đau của nhân loại khi phải liên miên khắc phục một vế - vế “ác” vế “xấu” để bảo tồn một vế - vế “thiện” vế “hay”. Ông nói: “Dựa vào chỗ lớn để nói rằng lớn thì không vật nào là không lớn, dựa vào chỗ nhỏ để nói rằng nhỏ thì không vật nào là không nhỏ” (Nhân kỳ sở đại nhi đại chi tắc vạn vật mạc bất đại, nhân kỳ sở tiểu nhi tiểu chi tắc vạn vật mạc bất tiểu 因 其 所 大 而 大 之 則 萬 物 莫 不 大 。因 其 所 小 而 小 之 則 萬 物 莫 不 小); “Dựa vào chỗ hữu dụng để nói rằng hữu dụng thì không vật nào là không hữu dụng, dựa vào chỗ vô dụng để nói rằng vô dụng thì không vật nào là không vô dụng” (Nhân kỳ sở hữu nhi hữu chi tắc vạn vật mạc hữu, nhân kỳ sở vô nhi vô chi tắc vạn vật mạc vô 因 其 所 有 而 有 之 則 萬 物 莫 有 。因 其 所 無 而 無 之 則 萬 物 莫 無); “Dựa vào chỗ phải mà nói rằng phải thì không vật nào là không phải, dựa vào chỗ trái mà nói rằng trái thì không vật nào là không trái” (Nhân kỳ sở nhiên nhi nhiên chi tắc vạn vật mạc bất nhiên, nhân kỳ sở phi nhi phi chi tắc vạn vật mạc bất phi 因 其 所 然 而 然 之 則 萬 物 莫 不 然 。因 其 所 非 而 非 之 則 萬 物 莫 不 非)6.

Nếu chỉ luận giải trên câu chữ, ta có thể ngờ tư tưởng Trang Tử đã có chiều mấp mé ranh giới một dạng phát ngôn hoài nghi chủ nghĩa trộn lẫn với tương đối chủ nghĩa. Tuy nhiên, F. Julien nghiền ngẫm kỹ văn bản Trang Tử, đã tìm cách đính chính giúp ông7. Nguyễn Hiến Lê, một trong những người dịch Trang Tử có tiếng ở Việt Nam cũng biện hộ cho ông8 . Quan điểm tương đối của Trang sở dĩ không rơi vào chủ nghĩa hoài nghi và cũng “khéo léo vượt qua” chủ nghĩa tương đối vì chính ra ông vẫn không cực đoan hóa “cái một”, không hoàn toàn quy mọi khác biệt về một. Vốn rất ghét mấy nhà “hữu vi” như Nho và Mặc bày ra nào pháp độ, nào lễ tín, ghét cuộc chiến tranh khốc liệt giữa các chư hầu trong thời Chiến quốc đặt ách áp bức của dân tộc này lên dân tộc khác khiến tự do của con người mất đi, song ông vẫn đủ tỉnh táo để thấy đâu là chừng mực hợp lý của những yêu cầu “tuyệt nhân nghĩa”, “thỏa tiêu dao”... Theo F. Julien, ngay trong thiên “Tề vật luận”, khi Trang nói đến “cái một” như kết quả quy đồng giữa ta và khách thể (mọi vật đều giống nhau) tức là đã thêm vào “cái một” được Trang nhận thức, vậy đã là hai chứ không phải một. Và từ hai hợp với “cái một” ban đầu - khi chưa quy đồng - thì đã thành ba9 . Còn theo Nguyễn Hiến Lê cũng dẫn xuất từ thiên “Tề vật luận”, thì Trang Tử tuy biết “thị-phi” vốn đích thực không phải hai, vẫn chủ trương “dung hòa nó, lấy “thị-phi” để làm tốt đẹp mối quân bình tự nhiên, đó gọi là lưỡng hành” (Thị dĩ thánh nhân hòa chi dĩ thị phi nhi hưu hồ thiên quân, thị chi vị lưỡng hành 是 以 聖 人 和 之 以 是 非 而 庥 乎 天 均 。是 之 謂 兩 行)10. Rốt cuộc “thị-phi” cũng không nhất thiết là một.

4. Với sự xuất hiện học phái Lão học của Lão Tử và Trang Tử và với sự du nhập Phật giáo từ Ấn Độ sang Trung Hoa, bộ mặt tư tưởng phương Đông mất đi màu sắc đơn điệu, một chiều vốn có, trở nên đa dạng, năng động, dồi dào sinh lực hơn. Lão Trang như một nghịch lý sống động làm cho Khổng Mạnh lộ hết chỗ nhân vi cứng nhắc của họ. Triết học phương Đông không còn chỉ đóng khung trong các vấn đề thực tiễn: nhân sinh quan, chính trị luận... mà bắt đầu đề cập một vấn đề rất cốt lõi là vũ trụ quan, xoay quanh nó có hai cái đích mà bao nhiêu thế hệ triết gia âm thầm hướng tới: vũ trụ tự nhiên và vũ trụ tâm linh. Lão học và sau này là Huyền học đã góp phần đưa con người trở về với thiên nhiên, tắm mình trong trạng thái hồn toàn, giải phóng con người khỏi rất nhiều vòng vây lễ nghĩa cứng nhắc, biến con người-chức năng hay con người-phận vị thành con người-tự do tự tại.

Ngoài vòng cương tỏa chân cao thấp,

Trong thú yên hà cuộc tỉnh say.

(Nguyễn Công Trứ)

Lần đầu tiên ở phương Đông, với Lão học, những phẩm chất nội tại của con người được đề cao, con người biết vui sống cái bản năng sống của mình, biết hưởng cái quyền được làm đúng với sở thích của mình.

Còn Phật giáo thì mở lối cho con người đi tìm cái tâm thanh tịnh, đắm vào những giây phút trầm mặc siêu hình để lấy lại sự cân bằng tâm trí, không còn bị các loại “giả tướng” sống-chết, phải-trái, có-không, buồn-vui, sướng-khổ... lục đục tranh chấp hành hạ thân xác, nhờ đó đạt tới trạng thái thăng hoa, xuất thần. Thời gian và không gian không còn tồn tại nữa trong tâm ý con người đắc đạo:

Tạc dạ nguyệt minh, kim dạ nguyệt,

Tân niên hoa phát, cố niên hoa.

Tam sinh thúc hốt chân phong chúc,

Cửu giới tuần hoàn thị nghĩ ma.

(Đốn tỉnh-Chợt tỉnh)

Trăng rọi tối nay: trăng tối trước,

Hoa cười năm mới: hoa năm qua.

Ba sinh gió thổi: đuốc lòe tắt,

Chín cõi cối vần: kiến nhẩn nha.

(Chúng tôi tạm dịch)

Bài thơ trên là của Trần Tung (1230-1291), một nhà Phật học uyên bác thời Trần cũng là một nhà thơ xuất sắc. Trần Tung đã ghi lại thần tình nguồn cảm hứng “nhập Thiền” của ông - một sự thảnh thơi tâm trí được nâng cấp dần dần:

Tằng vi vật dục dịch lao khu,

Bài lạc trần hiêu, thế ngoại du.

Tát thủ na biên, siêu Phật tổ,

Nhất hồi đẩu tẩu, nhất hồi hưu.

(Xuất trần-Thoát trần)

Vật dục hành cho xác mệt nhoài,

Ruổi rong thoát quách chốn trần ai.

Buông tay sang đấy ta siêu Phật,

Mỗi lúc vươn mình: lúc nghỉ ngơi.

(Chúng tôi tạm dịch)

Trong trường kỳ lịch sử chuyên chế phương Đông, Nho giáo sớm giành được vị trí độc chuyên, tầng lớp sĩ phu rường cột của chế độ quân chủ đều xuất thân cửa Khổng sân Trình, song có một hiện tượng lý thú là nhà nho dù ở thời đại nào cũng vậy, không mấy khi trung thành với chỉ một hệ tư tưởng Nho giáo. Họ vừa là tín đồ của Khổng Phu tử cũng vừa là tín đồ của Phật Lão. Nho giáo cung cấp cho họ những phương châm hành xử để làm một người kinh bang tế thế, còn Phật Lão lại là chỗ dựa để họ thoát khỏi gánh nặng của con người chức phận, hòa nhập vào thiên nhiên, tìm thú vui tiêu sái, giải thoát mọi phiền muộn của cuộc đời bể khổ, trở lại sự tự do, trở lại là mình.

[NhiHa]

5. Ý nghĩa của cuộc đấu tranh phát huy tương đối luận và giải lý tính Nho giáo của các trào lưu Lão học và Phật học còn để lại nhiều kinh nghiệm quý giá cho chúng ta hôm nay, trong yêu cầu kiếm tìm một mẫu số chung của thời buổi toàn cầu hóa, thời buổi thiên nhiên bị xâm hại đến cùng kiệt, thời buổi bài toán “tự do và tăng trưởng” đang chưa có đáp số cuối cùng. Chúng ta đã từng rút được không ít bài học thấm thía về sự cả tin vào ý chí của một thời vốn được mệnh danh là “thời đại cách mạng lay trời chuyển đất”, cả tin vào lẽ phải của lý trí, khi ta mơ ước chân thành mà cũng có phần nông nổi về lý tưởng tối hậu của cuộc đấu tranh giai cấp giữa giàu và nghèo là cốt triệt đi một vế - vế xấu xa, vế của sự giàu sang - để vế nghèo cũng được xóa bỏ, cuộc đời xung quanh ta sẽ tốt đẹp hơn. Nhưng kết cuộc lại không hẳn đã như ta nghĩ. Cái giàu bị tiêu diệt nào ngờ cái nghèo càng nghèo thêm. Lịch sử xây dựng xã hội chủ nghĩa ở miền Bắc nước ta trong mấy thập niên 50-80 thế kỷ XX đã cho thấy, sau cải cách ruộng đất tiêu diệt giai cấp địa chủ từ 1053-1955 và sau cải tạo công thương nghiệp ở thành thị đánh sập giai cấp tư sản khoảng 1958-1962, năng suất xã hội không cao hơn mà ngày càng tuột dốc, hàng hóa khan hiếm phải “xếp hàng cả ngày”, đời sống nhân dân lâm vào quẫn bách, bị chế độ tem phiếu dồn đến thế cùng. Xin thử chiêm nghiệm lại Lão Trang, phải đâu hai bậc hiền triết Trung Hoa chỉ trưng dẫn một câu châm ngôn duy nhất: giàu nghèo mai phục ở trong nhau; họ còn nhắc nhở ta trong nhiều ngụ ngôn thâm thúy khác: giàu không phải có mặt bất thiện của giàu mà có cả mặt thiện của giàu, nó có thể cứu rỗi cái nghèo. Và xin thử chiêm nghiệm lại Phật giáo: miễn là “tức lự” thì kẻ sát sinh vẫn cứ thành Phật. Người chỉ quen duy lý chắc rất khó nhìn ra tiềm năng “thành Phật” của kẻ sát sinh. Vấn đề là cần làm sao kịp thời thức tỉnh, đừng biến mình thành nạn nhân của trò chơi lý trí - một kiểu trò chơi ú tim. Lý trí là mặt sáng mà giải lý trí là mặt tối, nhưng mặt sáng nhiều khi là ảo còn mặt tối mới chứa đựng sự thực, cái sự thực của những viên kim cương nằm sâu trong lòng đá. Từ gần hai thế kỷ nay, biết bao định hướng nạm vàng bằng “lý trí thông thái”, Tây cũng như Đông, đã lần lượt làm đá lát đường dẫn con người... xuống địa ngục. Giới hạn trong nhiều cảnh ngộ “đắt giá” mà chúng ta từng là người trong cuộc, liệu diễn dịch và quy nạp thật đúng logique kể cả logique biện chứng, có giải quyết được gì chăng? Tạm lấy một ví dụ ngẫu nhiên và hơi thô thiển trong sự kiện cải cách ruộng đất mà ở trên ta vừa nhắc: trước những chuyện đau lòng về mặt đạo lý như “đấu cha tố mẹ” cách đây hơn 50 năm, logique hình thức - và ngay cả logique biện chứng được trang bị bài bản trong đầu óc những bậc cầm chịch lúc bấy giờ - nào có đủ sáng suốt để cảnh báo một đáp án sai? Hoàn toàn không. Duy lương thức của chữ “tâm” bảo lưu từ Phật Lão và cả Khổng nữa mới giúp tìm thấy đích thực nghiệm số sai hay đúng. Biện chứng Phật Lão không rạch ròi, quy củ được như biện chứng Hegel và biện chứng của Marx, điều đó thì đã hẳn. Ấy thế mà hạt nhân hợp lý của nó lại có một sự ứng hợp khá cao trong đời sống tự nhiên và xã hội, khiến ngay nhiều nhà khoa học phương Tây trong đó có Einstein cũng từng rất xem trọng.

Đã đành, từ bỏ duy lý cổ điển, bao hàm cả duy lý mác-xít không phải là từ bỏ thực nghiệm khoa học, cũng không phải là từ bỏ chủ nghĩa Mác như một triết thuyết. Trái lại khoa học loài người đang phát triển như vũ bão vẫn cần và càng rất cần duy lý, miễn đó là duy lý hiện đại, một thứ duy lý không đông cứng trong hai đáp số sai và đúng theo cách nghĩ “cái gì hợp với lý trí thì tồn tại”. Và chủ nghĩa Mác vẫn cần cho tư duy con người như mọi học thuyết triết học khác của nhân loại, miễn không biến nó thành một học thuyết chính trị xã hội độc tôn với những công thức “bao giờ cũng đúng” như vô sản chuyên chính, đấu tranh giai cấp bằng bạo lực cách mạng... Con người chức năng trong xã hội mới cũng không phải là không còn đáng giá, miễn nó phải hài hòa với con người tự do, biết chủ động chuyển hóa thành con người tự do, không bị điều kiện hóa trong mọi thứ công thức từ trên dội xuống: “Ngang lưng thì thắt phương châm/Đầu đội chính sách tay cầm chủ trương/ Hai chân đứng vững lập trường...”. Xưa kia con người chức năng của nhà Nho đã tìm được ở Lão Trang và Phật giáo một liệu pháp cân bằng tâm thế và giảm đẳng gánh nặng chuyên chế trong tư tưởng, trong ý thức hệ. Từ mấy thập kỷ nay rồi con người chức năng xã hội chủ nghĩa vô tình hay cố ý cũng tự phát tìm đến một liệu pháp giảm đẳng gánh nặng tâm lý bằng hành vi tiêu cực: “nói vậy mà không phải vậy”. Không thể nói đấy là phương cách “giải lý tính” đúng nghĩa. Tuy nhiên, tự nó đã là một thách đố gay gắt đòi hỏi trước sau phải có lời giải.

25-VII-2005


Nguồn: Tham luận trong Hội thảo khoa học “Vật lý học hiện đại-Văn hóa và phát triển” do Tạp chí Tia sáng thuộc bộ Khoa học và công nghệ phối hợp với Ban sáng lập Trường đại học Phan Châu Trinh thuộc UBND tỉnh Quảng Nam tổ chức tại Hội An vào hai ngày 31-7-2005 và 1-8-2005. Tác giả có bổ sung và sửa chữa.



(1) Từ đây trở xuống tất cả những chữ duy lý, lý tính dùng trong bài đều giới hạn trong phạm vi ngữ nghĩa chủ nghĩa duy lý cổ điển hay chủ nghĩa duy lý truyền thống.

(2) Một bậc minh triết thì vô ý. Nguyên Ngọc dịch. In trong Minh triết phương Đông và triết học phương Tây; Nxb. Đà Nẵng, 2004, tr. 637.

(3). Đại tượng vô hình. Trương Quang Đệ dịch; Nxb. Đà Nẵng, 2004, tr. 25.

(4) Có người giải thích “phản” là thuộc tính vận động chuyển hóa giữa các mặt đối lập. Chúng tôi không phủ nhận nội hàm chữ “phản” có thể mang trong nó cả cách hiểu ấy, nhưng trong mạch văn: “Cưỡng chi vi danh viết đại, đại viết thệ, thệ viết viễn, viễn viết phản” thì “phản” chủ yếu là quay trở lại.

(5) Chúng tôi không có nguyên bản kinh Rigveda bằng tiếng Phạn nên trích dẫn qua một bản dịch tiếng Hán.

(6) Trở lên các dẫn chứng đều rút từ Trang Tử, các thiên “Tiêu dao du”, “Tề vật luận” và “Thu thủy”.

(7) Xin xem Một bậc minh triết thì vô ý. Sđd, chương V và chương VI.

(8) Xin xem bản dịch Trang Tử; Nxb. Văn hóa, 1994, tr. 178-179.

(9) Mệnh đề này trích từ thiên “Tề vật luận”, rất khó hiểu, xin chú nguyên văn để bạn đọc tham khảo: “Thiên địa dữ ngã tịnh sinh nhi vạn vật dữ ngã vi nhất. Ký dĩ vi nhất hỹ, thả đắc hữu ngôn hồ? Ký dĩ vị chi nhất hỹ, thả đắc vô ngôn hồ? Nhất dữ ngôn vi nhị, nhị dữ nhất vi tam 天 地 與 我 并 生 而 萬 物 與 我 為 一 。旣 以 為 一 矣 。且 得 有 言 乎 。旣 以 謂 之 一 矣 。且 得 無 言 乎 。一 與 言 為二 。二 與 一 為 三”.

(10) Chúng tôi chỉ dẫn theo ý chứ không trích nguyên Nguyễn Hiến Lê, vì câu văn dịch của chúng tôi có khác Nguyễn Hiến Lê.



Văn bản tác giả đã bổ sung hoàn chỉnh nhất cho Vietsciences

Tháng 10/2007

[NhiHa]

Cuộc Săn Lùng “Hạt Thần Thánh”
Vietsciences-Phạm Việt Hưng

I want to know God’s idea

Albert Einsstein

Cách đây hơn một tuần, ngày 04-07-2008, một bản tin[1] nóng hổi vừa được loan đi từ CERN – Trung Tâm Nghiên Cứu Hạt Nhân Âu Châu – cho biết các nhà khoa học ở đây tin rằng vào đầu năm tới, 2009, họ có thể sẽ tìm thấy “Hạt Thần Thánh” (God Particle)!

Bản tin viết: Các nhà khoa học tại trung tâm hy vọng quá trình thí nghiệm sắp tới sẽ cho thấy dấu hiệu rõ ràng của loại hạt được gán cho cái tên “Hạt thần thánh” …

Vậy “Hạt Thần Thánh” là gì?

1] Giả thuyết về sự tồn tại của “Hạt Thần Thánh”:

Mãi cho đến cuối thế kỷ 19, nhân loại vẫn cho rằng nguyên tử là thành phần nhỏ nhất của vật chất – thành phần không thể phân chia được và không còn thành phần nào nhỏ hơn thế nữa. Nhưng những khám phá của vợ chồng Pierre và Marie Curie ngay từ đầu thế kỷ 20 đã gợi ý rằng sự thật không phải như vậy. Hàng loạt khám phá của các nhà khoa học tiếp theo trong suốt thế kỷ 20 cho thấy bản thân nguyên tử cũng là một “vũ trụ mênh mông” – một thế giới phức tạp bao gồm những hạt nhỏ hơn được gọi là hạt “hạ nguyên tử” (sub-atomic).

Thế kỷ 20 là thế kỷ mở toang cánh cửa bí mật của nguyên tử để xâm nhập vào thế giới “hạ nguyên tử”. Lúc đầu người ta tưởng chỉ có vài ba loại hạt cấu tạo nên nguyên tử, nhưng càng về sau khoa học càng khám phá ra không biết bao nhiêu loại hạt, và quan trọng hơn nữa, người ta bắt đầu nhận ra rằng tập hợp các hạt không chỉ có ý nghĩa về số lượng, mà chúng còn tuân theo những “tổ chức quy củ”, trong đó mỗi hạt có “nhiệm vụ” và “quyền hạn” khác nhau, và do đó sẽ quyết định những đặc trưng vật chất khác nhau.

Từ đó, những lý thuyết phân loại hạt đã thi nhau ra đời, nhằm hệ thống hoá các loại hạt, sắp xếp chúng theo những trật tự xác định tuỳ theo chức năng vật lý của chúng. Các lý thuyết đó dần dần được tập hợp lại và hoàn thiện thành một hệ thống lý thuyết lôgích nhất quán, làm cơ sở cho toàn bộ khoa học vật lý hạt nhân. Hệ thống đó được gọi là Mô Hình Tiêu Chuẩn (MHTC – Standard Model).

Theo MHTC, toàn bộ thế giới “hạ nguyên tử” được quy về 17 loại hạt. Với 17 loại hạt đó, chúng ta có thể giải thích được mọi hiện tượng vật chất trong vũ trụ.

Tuy nhiên, trong số 17 loại hạt đó, vật lý thực nghiệm mới chỉ quan sát được 16 loại hạt, vẫn còn 1 loại hạt “bặt vô âm tín”, mặc dù lý thuyết toán học đã chứng minh rằng nó ắt phải tồn tại!

Đó là “Higgs boson” – một loại hạt mà MHTC cho rằng nó cung cấp khối lượng cho vật chất, nói cách khác, đó là loại hạt đặc trưng cho trường hấp dẫn.

Giả thuyết về sự tồn tại của Higgs boson đã được nêu lên từ những năm 1960 bởi Peter Higgs – một nhà vật lý lý thuyết người Scotland – và do đó tên của ông đã được dùng để đặt tên cho loại hạt này.



Peter Higgs, Giáo sư Đại Học Edinburg,

Người đầu tiên nên lên giả thuyết về sự tồn tại của Higgs boson
Leon LedermanVề lý thuyết, Higgs boson đóng một vai trò quan trọng đến nỗi nhà vật lý nổi tiếng Leon Lederman, người đã từng đoạt Giải Nobel vật lý năm 1988, gọi nó là “Hạt Thần Thánh” (God Particle), vì nếu “tóm” được nó thì giấc mơ “biết được ý Chúa” của Albert Einstein sẽ được thực hiện!

Thật vậy, trong hơn ba chục năm cuối đời, Einstein đã dồn mọi nỗ lực để tìm một lý thuyết thống nhất của vật lý, cho phép nhìn thấy bản chất thống nhất của mọi hiện tượng vật chất trong vũ trụ, tức là hiểu rõ “ý Chúa”. Theo ông, vũ trụ được thiết kế theo những định luật xác định và tác giả của bản thiết kế đó là Chúa. Nhiệm vụ của khoa học là đọc được bản thiết kế đó, tức là “hiểu được ý Chúa”. Ông đã nhiều lần nói không úp mở rằng “I want to know God’s idea” (Tôi muốn hiểu được ý Chúa).

Khát vọng của Einstein thực ra chỉ là sự nhắc lại khát vọng của Pythagoras từ hơn 2500 năm trước khi ông cho rằng mọi bí mật của Vũ Trụ nằm trong các con số. Xét cho cùng thì toàn bộ lịch sử khoa học trong hơn 2 thiên niên kỷ rưỡi đã qua chỉ là thực hiên giấc mơ của Pythagoras mà thôi. Einstein được coi là môn đệ cuối cùng, và có lẽ là một trong những môn đệ vĩ đại nhất của chủ nghĩa Pythagoras!

Cuối thế kỷ 20, trong cuốn “Lược sử thời gian” (A brief history of time), nhà vật lý người Anh Stephen Hawking đã nhắc lại giấc mơ “hiểu được ý Chúa” của Albert Einstein và cho rằng đã gần tới cái ngày vĩ đại đó – ngày nhân loại tìm ra một lý thuyết thống nhất toàn bộ vật lý, cho phép giải thích được mọi hiện tượng trong Vũ Trụ.

Nhưng tất cả còn phải chờ đợi việc khám phá ra Higgs boson!

Nếu không tìm được Higgs Boson thì MHTC sẽ lung lay, và nếu quả thật Higgs boson không tồn tại thì vật lý hạt nhân sẽ sụp đổ!

Vì thế, gọi Higgs boson là “Hạt Thần Thánh” quả cũng không ngoa. Đó là lý do để tên gọi này đã trở nên phổ biến trong thế giới vật lý, thậm chí được các nhà vật lý ưa dùng hơn cả tên gọi chính thức của nó, mặc dù chính bản thân Peter Higgs rất khó chịu với cái tên này, bởi ông là người vô thần.

Và cũng vì thế, việc săn lùng “Hạt Thần Thánh” đã và đang trở thành một trong những đề tài lớn nhất, “nhọn” nhất của vật lý hiện đại.

Nói cách khác, “Hạt Thần Thánh” là chìa khoá chủ yếu để tìm ra Lý Thuyết Cuối Cùng (The Final Theory) của vật lý, hay còn gọi là Lý Thuyết Về Mọi Thứ (Theory of Everything) – Lý thuyết kết hợp Thuyết Tương Đối Tổng Quát của Einstein với Cơ Học Lượng Tử của Bohr-Heisenberg, cho phép thống nhất tất cả các loại lực về cùng một bản chất, và do đó giải thích được mọi hiện tượng vật chất.

Với tất cả ý nghĩa trọng đại đó, cuộc săn lùng “Hạt Thần Thánh” đã bắt đầu từ khoảng gần hai chục năm nay và hiện đang trở thành một cuộc chạy đua khoa học ráo riết nhất, khẩn trương nhất, thách thức những bộ óc siêu việt nhất, tài năng nhất trên khắp thế giới.

Hiện có 3 trung tâm nghiên cứu mạnh nhất về vật lý hạt nhân là Mỹ, Nhật Bản và Liên Minh Châu Âu. Ai tìm ra “Hạt Thần Thánh”, người ấy sẽ có cơ may trở thành một “Einstein của thế kỷ 21”!

Người đó là ai?


2] Sau Lan Wu, người phụ nữ đi tiên phong trong cuộc săn lùng “Hạt Thần Thánh”:

Chúng ta chưa biết người đó là ai, nhưng chúng ta biết chắc chắn rằng trong số những nhà vật lý đi tiên phong trong lĩnh vực này, có một phụ nữ xinh đẹp, tươi tắn, đang làm cho toàn thế giới hồi hộp theo dõi từng bước đi của bà, vì dường như bà đang tiến gần tới đích hơn ai hết!

Người đó là Sau Lan Wu, một nhà vật lý người Mỹ gốc Hong-Kong, hiện là Giáo Sư Vật Lý Ưu Tú được phong danh hiệu Enrico Fermi (Enrico Fermi Distinguished Professor of Physics) của Đại Học Wisconsin ở Madison, Mỹ.

Sau Lan Wu, giáo sư Ưu Tú được phong danh hiệu Enrico Fermi của Đại Học Wisconsin, người đang săn tìm Hạt Thần Thánh, được liệt vào danh sách những phụ nữ có đóng góp lớn nhất trong vật lý thế kỷ 20

Tin tức cho hay: Sau Lan Wu và các đồng nghiệp trong nhóm vật lý do bà lãnh đạo đã tiến sát tới việc khám phá ra Higgs boson! Dường như đã xuất hiện thấp thoáng những dấu vết của Higgs boson và nhóm của Sau Lan Wu đang đuổi theo những dấu vết đó!

Khi những tin tức đó được loan ra, cuộc chạy đua tìm kiếm “Hạt Thần Thánh” lại càng trở nên khẩn trương hơn, toàn thế giới đang nín thở hướng mắt về Sau Lan Wu.

Sau Lan Wu năm nay 63 tuổi. Bà sinh ở Hong Kong, tên khai sinh là Sau Lan Yu, nhưng sau khi sang Mỹ lấy chồng họ Wu, bà lấy họ chồng và tên đầy đủ là Sau Lan Yu Wu, nhưng thường gọi là Sau Lan Wu.

Thủa nhỏ Sau Lan Wu mê hội hoạ, nhưng sau khi đọc tiểu sử Marie Curie, cô học sinh Sau Lan Yu đã bị choáng nhợp trước tài năng và nghị lực của người đàn bà phi thường này, từ đó cô thay đổi ý hướng nghề nghiệp: “Tôi mơ trở thành một hoạ sĩ, nhưng tiểu sử Marie Curie đã gây cảm hứng cho tôi mạnh đến nỗi tôi quyết định hiến dâng đời mình cho vật lý”, Sau Lan Wu tâm sự.

Sau khi tốt nghiệp phổ thông, Sau Lan Wu lập tức lên đường sang Mỹ, nơi bà nghĩ là một thiên đường của khoa học. Mọi niềm vui và nỗ lực của bà dồn hết vào học tập và nghiên cứu:

● Năm 1963, bà lấy bằng cử nhân tại Học Viện Vassar,

● Ngay năm sau bà hoàn thành luận án thạc sĩ tại Đại Học Harvard,

● Năm 1970 bà hoàn thành luận án tiến sĩ cũng tại Harvard.

● Ngay sau khi có bằng tiến sĩ, bà được Khoa Vật Lý của Đại Học Công Nghệ Massachusetts (MIT) bổ nhiệm làm trợ lý nghiên cứu. Tài năng của bà sớm lộ rõ, vì thế chỉ 2 năm sau, bà được cất nhắc lên vị trí nghiên cứu chính thức tại MIT, đồng thời được rất nhiều đại học và trung tâm nghiên cứu khác ở Mỹ và trên thế giới mời chào cộng tác.

● Năm 1977, bà được Đại Học Wisconsin ở Madison bổ nhiệm làm Trợ Lý Giáo Sư,

● Năm 1980, được nâng lên thành Phó Giáo Sư,

● Từ 1983 đến nay bà được bổ nhiệm chức giáo sư chính thức,

● Đặc biệt từ 1990 đến nay, bà được Đại Học Wisconsin phong danh hiệu cao quý bậc nhất: Giáo Sư Vật Lý Ưu Tú Mang Danh Hiệu Enrico Fermi (Enrico Fermi Distinguished Professor of Physics).

● Bà được đưa vào danh sách những phụ nữ có đóng góp lớn nhất cho vật lý thế kỷ 20, bên cạnh những tên tuổi vĩ đại như Marie Curie và những phụ nữ từng đoạt Giải Nobel vật lý như Maria Goeppert Mayer, v.v.

Mặc dù công việc ngập ngụa tại Mỹ nhưng bà vẫn cộng tác chặt chẽ với CERN – Trung Tâm Nghiên Cứu Hạt Nhân Âu Châu – đặt tại Geneve, Thụy Sĩ. Chính tại đây bà đã có những khám phá làm sửng sốt giới vật lý hạt nhân.

Nếu cần phải nói thật ngắn gọn để giới thiệu tài năng và công lao của Sau Lan Wu, thì chỉ xin nói như sau:

Trong số 17 hạt hạ nguyên tử của MHTC, Sau Lan Wu là người đã khám phá ra 2 hạt: Hạt J, còn gọi là Charm Quark (hạt Quark Quyến Rũ), và hạt Gluon.

Có lẽ chỉ chừng ấy cũng đã quá đủ để thấy tầm vóc khoa học của Sau Lan Wu lớn đến chừng nào. Nhưng khát vọng của bà không dừng lại ở đó. Bà đang tấn công vào thành luỹ cuối cùng của MHTC, như bài báo “Going after the God Particle”[2] (Săn đuổi Hạt Thần Thánh) cho biết: mặc dù việc tìm kiếm Higgs boson đã diễn ra 20 năm nay, nhưng vẫn chưa có ai tìm ra bằng chứng để khẳng định sự tồn tại của nó. Tuy nhiên, Sau Lan Wu và nhóm của bà đã tiến gần tới đích nhất.

Ngày 20-09-2000, trong bài báo nhan đề “Wisconsin team narrows search for Higgs boson” (Nhóm Đại Học Wisconsin thu hẹp diện nghiên cứu tìm kiếm Higgs Boson)[3], tạp chí Science Daily (Tin Khoa Học Hàng Ngày) đưa tin:

Sau một thời gian thí nghiệm trên máy gia tốc hạt lớn nhất Âu Châu, một nhóm các nhà vật lý thuộc Đại Học Wisconsin của Mỹ có thể sắp trở thành một trong số những người đầu tiên nhìn thấy Higgs boson – hạt hạ nguyên tử chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho mọi vật chất.

Tại cuộc họp ngày 05-09-2000, một nhóm các nhà khoa học quốc tế cộng tác với nhau đã trình bầy kết quả thí nghiệm ALEPH, một trong 4 thí nghiệm lớn trên máy gia tốc LEP của Trung Tâm Nghiên Cứu Hạt Nhân Âu Châu CERN. Nhóm này đã đưa ra những kết quả quan sát có thể coi là bằng chứng đầu tiên của Higgs boson, một loại hạt vô cùng quan trọng trong việc hiểu biết tự nhiên mà nhiều khi được gọi là Hạt Thần Thánh.

Giáo sư Sau Lan Wu, người lãnh đạo nhóm Đại Học Wisconsin trong thí nghiệm ALEPH, nhận định:

“Khám phá về Higgs boson sẽ đánh dấu một cột mốc vô cùng quan trọng trong lịch sử khoa học. Higgs boson có lẽ là hạt cơ bản quan trọng và khác thường nhất. Đúng là không có một loại hạt nào khác giống như nó, và không có nó thì toàn bộ hiểu biết của chúng ta về cách ứng xử của vật chất và năng lượng ở tầng đáy sâu nhất của vật chất sẽ bị đổ vỡ”.

Nhóm của bà Wu là những người đi tiên phong trong thí nghiệm ALEPH. Họ đã “tóm” được một số “ứng cử viên” của Higgs boson (Higgs boson candidates) mà khối lượng vào khoảng 114 GeV, nặng gấp 122 lần so với một proton.

“Nếu những ứng cử viên này chứng tỏ những dấu hiệu của Higgs boson thì cuối cùng chúng ta sẽ có một bức tranh hoàn chỉnh về hành tung của vật chất và năng lượng ở tầng sâu nhất mà hiện nay có thể thâm nhập bằng thực nghiệm”, bà Wu nói.

Để thám hiểm thế giới hạ nguyên tử, các nhà khoa học phải tạo ra những va đập của các hạt thông thường như protons và electrons và quan sát thăm dò kết quả của các va đập này. Công trình nghiên cứu của bà Wu được thực hiện trên máy gia tốc lớn mang tên LEP tại CERN, đặt dưới một đường hầm dài 17 dặm dưới lòng đất ở Geneve, Thụy Sĩ (để tránh bị nhiễu loạn bởi các hạt từ các tia vũ trụ).

Lúc đầu, do vấn đề phức tạp của Higgs boson, CERN dự định cho LEP ngừng hoạt động để thiết kế một máy gia tốc mạnh hơn mang tên LHC (Large Hadron Collider). Nhưng những dấu hiệu về các “ứng cử viên” của Higgs boson do nhóm bà Wu thu được đã làm cho CERN thay đổi kế hoạch: Họ quyết định kéo dài tuổi thọ của LEP với hy vọng nó sẽ tiếp tục củng cố các quan sát đối với các “ứng cử viên” đó.

Bà Wu cho biết:

“Nhóm ALEPH đã quan sát hàng nghìn va đập tại CERN, nhưng chỉ có 3 quan sát đem lại kết quả đầy hưng phấn, trong đó chứa đựng tất cả những dấu hiệu đặc trưng về Higgs boson. Đây là kết quả cực kỳ hiếm hoi sau nhiều năm săn lùng Higgs boson. Mặc dù chưa có kết luận nhưng những bằng chứng mới nhận được rất hấp dẫn và có sức thuyết phục. Việc giải thích bằng thống kê là cực kỳ phức tạp. Làm sao từ một đống dữ kiện hỗn tạp có thể nhặt ra những sự kiện có ý nghĩa như thế này là cả một công trình khổng lồ như công việc của Hercules[4]. Tuy nhiên trong thí nghiệm của chúng tôi, những ứng cử viên của Higgs boson đã co cụm lại với một khối lượng vào khoảng 114 GeV, bằng khoảng 122 lần so với một proton. Trong vùng này, chúng tôi dự đoán một vài sự kiện ẩn chứa những thông tin có ý nghĩa, …”.

Tuy nhiên, kết quả mới chỉ ở mức phát hiện thấy dấu vết của các “ứng cử viên” của Higgs boson mà thôi, chưa đến lúc có thể tuyên bố đã “tóm” được Higgs boson. Nói một cách dễ hiểu: Nhóm của bà Wu mới trông thấy dấu vết của một số “kẻ lạ mặt” bị tình nghi là “thủ phạm”, chúng mang những dấu hiệu của “thủ phạm”, tuy nhiên chưa đủ bằng chứng để khẳng định đó chính là “thủ phạm”.

Peter McNamara, một cộng sự của Wu, nói: “Mặc dù kết quả rất lý thú, hấp dẫn và thuyết phục, nhưng cần có thêm nhiều dữ liệu hơn nữa mới có thể tuyến bố chắc chắn cho việc khám phá ra Higgs boson”.

Nhưng người ta tin rằng trước sau rồi cũng sẽ đến lúc Higgs boson được khám phá. Con đường mà Sau Lan Wu đang đi là con đường đúng hướng, đầy lạc quan và triển vọng. Cả thế giới vẫn đang dõi theo từng bước chân của bà, đơn giản vì bà đã chinh phục được niềm tin và sự kính trọng của toàn bộ thế giới vật lý hạt nhân.

Bà Wu từng được mọi người biết đến vì những khám phá mang tính đột phá. Năm 1979, khi mới là trợ lý giáo sư tại Đại Học Wisconsin, bà đã là một gương mặt hàng đầu trong công trình khám phá ra hạt Gluon. Năm 1984, khi đã là một nhà nghiên cứu ở bậc hậu tiến sĩ, bà đã cùng các cộng sự khám phá ra hạt Charm Quark. Năm 1995, bà đã được trao tặng Giải Thưởng của Hội Vật Lý Âu Châu. Bà cũng đã được bầu làm viện sĩ của Viện Hàn Lâm Khoa Học và Nghệ Thuật Mỹ. Nếu khám phá ra Higgs boson, bà sẽ trở thành một huyền thoại của thế kỷ 21.

Tuy nhiên, dường như LEP vẫn không đủ mạnh để giúp cho các nhà khoa học “tóm” được “Hạt Thần Thánh”. Trong những năm qua, CERN lao vào thiết kế một máy gia tốc mạnh hơn, được gọi là LHC (Large Hadron Collider). Theo dự kiến, máy này sẽ sớm hoàn thành vào dịp đầu năm 2009 sắp tới, hứa hẹn sẽ đưa cuộc săn lùng “Hạt Thần Thánh” tới đích. Đó chính là nội dung bản tin của CERN ngày 04-07-2008 vừa qua.


3] Bản tin ngày 04-07-2008 của CERN:

Hôm thứ hai, nhà vật lý người Anh Peter Higgs nói sẽ sớm có khả năng chứng minh được sự tồn tại của một lực cung cấp khối lượng cho vũ trụ và làm cho sự sống có thể nẩy sinh – như ông đã nêu lên từ 40 năm trước đây.

Higgs nói ông tin rằng hạt mang tên “Higgs boson”, bắt nguồn từ lực, sẽ được khám phá khi một chiếc máy gia tốc khổng lồ của CERN đặt tại biên giới Pháp-Thụy Sĩ bắt đầu hoạt động đầy đủ vào đầu năm tới.

“Có nhiều khả năng là hạt này sẽ lộ diện trong chớp nhoáng … Tôi chắc chắn tới 90% rằng điều đó sẽ xẩy ra”, Higgs nói với các nhà báo.

Những cố gắng đầu tiên trong những năm 1960 của nhà khoa học năm nay đã 79 tuổi này – nhằm giải thích tại sao nhất thiết Higgs boson phải tồn tại – đã không được chú ý tại CERN.

Ngày nay, sự tồn tại của loại trường vô hình này đã được chấp nhận rộng rãi bởi các nhà khoa học. Họ tin rằng trường đó đã xuất hiện trong một khoảnh khắc vài phần nghìn giây sau Big Bang (Vụ Nổ Lớn) khai sinh ra vũ trụ 15 tỷ năm trước.

Việc khám phá ra Higgs boson sẽ chứng minh lý thuyết của Higgs là đúng.

Máy giá tốc LHC của CERN nhắm vào mục tiêu mô phỏng những điều kiện giống như thời điểm khủng khiếp ban đầu của vũ trụ bằng cách cho các hạt va đập với nhau với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng và do đó sẽ làm lộ ra nhiều bí mật của vũ trụ.

Sau 13 năm, Peter Higgs đã có mặt tại Geneve để lần đầu tiên đến thăm CERN, trước khi cuộc thí nghiệm sẽ diễn ra vào đầu năm tới. Các nhà khoa học tại trung tâm hy vọng quá trình thí nghiệm sắp tới sẽ cho thấy dấu hiệu rõ ràng của loại hạt được một số người gán cho cái tên là “Hạt Thần Thánh”, một cái tên làm cho Higgs khó chịu vì ông là người vô thần.

Ông đưa ra lý thuyết giải thích tại sao khối lượng biến mất khi vật chất vỡ ra thành những thành phần nhỏ nhất cấu tạo nên chúng – như phân tử, nguyên tử và các quarks.

Máy gia tốc khổng lồ LHC của CERN đặt dưới một đường hầm dài 17 dặm tại một vùng biên giới Pháp-Thụy Sĩ

Peter Higgs, nhà vật lý thường né tránh các hãng truyền thông, đã dành phần lớn nghề nghiệp đời mình tại Đại Học Edinburgh ở Scotland, nêu lên giả thuyết cho rằng vật chất không có khối lượng vào lúc khởi thuỷ của Big Bang và sau đó nhiều vật chất nhanh chóng tích tụ khối lượng.

Ông lý luận, nguyên nhân của điều này là do tồn tại một trường bám vào các hạt khi các hạt đi qua trường này và làm cho các hạt có sức nặng (khối lượng). Nếu điều này không xẩy ra thì vật chất sẽ bay tự do trong không gian và các ngôi sao và hành tinh sẽ không bao giờ hình thành.

Higgs nói ông hy vọng loại hạt hay lẩn tranh này (elusive) – mà trước đây một máy gia tốc không đủ mạnh tại CERN và một máy gia tốc khác tại Viện Fermi ở Mỹ không phát hiện được – sẽ được khám phá trước ngày sinh nhật lần thứ 80 của ông trong năm 2009. “Nếu không phải như vậy thì tôi sẽ rất rất bối rối”, ông nói.

Nhưng ông cho rằng không thể nhìn thấy trực tiếp sự xuất hiện của Higgs boson trên những computer cực kỳ tinh vi do các nhà khoa học của CERN sử dụng để phân tích hàng triệu va đập trên LHC, bởi vì “Tất cả sẽ xẩy ra quá nhanh đến nỗi sự xuất hiện của Higgs boson có thể bị che lấp trong đống dữ liệu thu thập được, và cần phải có một thời gian dài để tìm thấy nó”, Peter Higgs nói, “Có lẽ tôi phải uống sâm banh có đá để chờ đợi”.


4] Thay lời kết:
Nếu thí nghiệm năm tới của CERN thành công, chắc chắn tác giả của việc khám phá ra Higgs boson sẽ đoạt Giải Nobel vật lý. Cầu chúc cho Peter Higgs và Sau Lan Wu sẽ chia nhau giải thưởng đó!

Khi đó câu chuyện của chúng ta sẽ không dừng lại ở chuyện chia giải thưởng, mà chuyển sang một câu hỏi khó hơn:

Nếu vật lý khám phá ra tất cả các loại hạt, có nghĩa là biết được bản chất tận cùng của vũ trụ, thì phải chăng vật lý không còn lý thuyết gì lớn để nghiên cứu nữa? Phải chăng sau đó chỉ còn những nghiên cứu ứng dụng? Nếu đúng như vậy thì đó là niềm vui hay nỗi buồn?

=============

[1] Xem bài “Key scientist sure to prove life-enabling ‘force’ soon” trên website của CERN RESEARCH CENTRE : www.eitb24.com/noticia/en/B24_93748

[2] innovators.vassar.edu/innovator.html?id=72

[3] www.sciencedaily.com

[4] Hercules (hoặc Heracles) là một nhân vật trong thần thoại Hy-La cổ đại, tượng trưng cho sức mạnh anh hùng, mang lại bình an cho nhân loại bằng cách đập tan những lực lượng ma quỷ hắc ám.



Sydney ngày 15 tháng 07 năm 2008

Phạm Việt Hưng

[NhiHa]

Năng lượng gió và Việt Nam
Vietsciences- Đang Đình Cung

Những nguồn năng lượng hóa thạch (dầu, khí tự nhiên, than) hiện đang thịnh hành. Nhưng những loại năng lượng đó sinh ra khí có hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu và, trong tương lai, sẽ cạn kiệt. Những loại năng lượng tái tạo là giải pháp cho cả hai vấn đề đó. Với trình độ công nghệ hiện nay thì năng lượng gió (hay phong năng) có tiềm năng là nguồn năng lượng tái tạo lớn.

Phát triển của phong năng

Phong năng có lẽ là nguồn lực đã được nhân loại khai thác sớm nhất.

Gió đã được dùng để đẩy thuyền buồm từ thời tiền sử. Từ khi chúng ta lập quốc, ngư phủ Việt Nam đã dùng tàu buồm để ra khơi đánh cá quanh những hải đảo Hoàng Sa và Trường Sa. Cũng từ thời buổi đó, tàu buồm của người Philippines, Indonesia và Malaysia đã cập bến miền Trung giao thương với ta. Nhà khảo cổ học Louis Malleret cho biết khi khảo sát di tích Oe Eo (An Giang hiện nay) vào năm 1920, ông đã tìm thấy những đồng tiền thời Hoàng đế Marc Aurèle, chứng tỏ đã có những tàu buồm từ La Mã đến trao đổi hàng hoá với Phù Nam.

Trước cách mạng công nghiệp, người ta đã biết dùng sức gió cho nhiều hoạt động kinh tế trên đất liền. Người Tây Âu dùng sức gió để xay lúa và bơm nước. Người Hà Lan dùng quạt gió làm cạn châu thổ sông Rhin để lấn biển mở rộng lãnh thổ của họ. Vùng đồng bằng Bắc Mỹ đã được khai hoang nhờ những máy bơm chạy bằng sức gió mang nước cho con người, gia súc và đồng ruộng. Những máy bơm loại đó cũng đã giúp người Anh định cư thương trực ở Australia.

Sau cách mạng công nghiệp, với sự phát triển của điện lực, người ta đã thử dùng những quạt gió để sản xuất điện. Nhiều kiểu quạt phong điện đã được sáng chế từ quạt với trục đứng cũng như quạt với trục nằm. Nhưng chỉ từ những khủng hoảng năng lượng vào thập niên 1970 thì công nghệ phong điện mới có những quạt lớn từ một megawatt trở lên. Những vùng ven biển, nơi mà 70 phần trăm nhân loại sinh sống, và những vùng đồi núi là những nơi rất thuận tiện để khai thác sức gió.

Vì gió thổi không đều và với tầm biến động lớn nên những quạt gió không thể chạy liên tục với công suất đều đặn. Điều này không quan trọng mấy khi dùng sức gió để bơm nước nhưng đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật và kinh tế trong việc sản xuất điện. Nếu công suất những quạt gió trong tổng công suất mạng phân phối điện quốc gia quá cao (ước chừng 10 phần trăm) thì mạng sẽ không có thể cân bằng được. Nếu quạt gió không liên kết với mạng phân phối điện quốc gia thì phải có biện pháp tich trữ điện hay phụ trợ bằng những phương tiện phát điện khác. Những biện pháp này làm tăng nhu cầu vốn đầu tư cho một hệ thống phong điện.

Cho tới nay, năng lượng gió mới chỉ đóng góp có 1,5 % nhu cầu điện của nhân loại. Nhưng tỷ số đó tăng mạnh và, hiện nay, đã có tám chục quốc gia trên thế giới có cơ sở sản xuất điện gió : 19 % sản lượng điện của Đan Mạch, 13 % của Tây Ba Nha và Bồ Đào Nha, 7 % của Đức và Ái Nhĩ Lan,... Theo AWEA (American Wind Energy Association, Hội Phong năng Hoa Kỳ) thì, năm 2009, Hoa Kỳ đã lắp đặt 9.922 MW công suất phong điện, tăng 39 % so với 2008 và nâng tổng công suất phong điện lắp đặt ở Hoa Kỳ lên hơn 35.000 MW (công suất tương đương với công suất của 35 lò phản ứng hạt nhân cỡ trung bình).
Khả năng khai thác phong năng ở Việt Nam

Nước ta có trên 3.000 km chiều dài bờ biển và 90 % lãnh thổ của ta là đồi núi. Nói rằng tổng công suất phong năng của ta ước đạt 513.360 MW, bằng hơn 200 lần công suất của Thủy điện Sơn La thì quá đáng . Nhưng chắc chắn địa thế của ta rất thuận lợi để khai thác phong năng.

Nguồn tài nguyên có sẵn. Nhu cầu thì cũng lớn.

Nông nghiệp, hơn nửa tổng số lao động của cả nước, dùng sức con người và súc vật là chính. Vài nơi dùng động cơ máy nổ và máy điện. Đây là một thị trường lớn cho những máy bơm nước chạy bằng sức gió.

Chúng ta có một số đảo lớn như đảo Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ, Lý Sơn, Phú Quý, Thổ Chu, Trường Sa Lớn,... có nhiều người sống thường trực nhưng quá xa bờ để có thể cung cấp điện bằng một dây cáp dưới biển và số nhân khẩu không đủ để chứng minh một nhà máy điện cổ điện lớn. Những đảo này cần được trang bị bởi một hai quạt phong điện kết nối với một máy phát điện hỗ trợ cùng công suất. Mục đích là giảm lượng nhiên liệu phải tải đến những đảo. Không những giá thành của điện sẽ giảm mà rủi ro ô nhiễm môi trường khi thuyên chuyển nhiên liệu cũng giảm theo.

Những hải đảo nhỏ hơn có vài người luân phiên nhau cư trú thì chỉ cần đến một hay hai quạt gió liên kết với những bình ắcquy điện tích đủ để bảo đảm điện cho những phương tiện truyền thông và giữ lạnh thực phẩm và thuốc men.

Những đá ngầm thì dùng quạt gió hay pin mặt trời để cung cấp điện cho những cọc tiêu. Chất lượng những thiết bị đó bây giờ đủ tốt để không còn vấn đề bảo hành trong cả chục năm.

Trên đất liền thì chúng ta có thể xây dựng những quạt phong điện công suất lớn nhất. Những nước khác làm gì thì làm tùy hoàn cảnh riêng của họ. Chúng ta không bắt buộc phải theo họ vì nước ta có nhiều núi thuận tiện xây hồ tích năng. Những quạt gió, dù là những quạt phát điện cũng nên chỉ dùng để bơm nước vào những hồ tích năng và để những nhà máy thủy điện sản xuất điện theo nhu cầu. Ở nước ta, khi thì quá ít gió, khi thì bão nên tỷ lệ sẵn dùng được của những quạt phong điện sẽ rất thấp. Gió thổi với biến động lớn về cường độ. Nếu chúng ta liên kết những quạt phong điện trực tiếp với mạng phân phối điện quốc gia thì ổn định mạng sẽ là một vấn đề nan giải.
Đề nghị một chiến lược công nghệ năng lượng gió cho Việt Nam

Về chiến lược công nghệ, người ta phân biệt ba giai đoạn khai triển : thế hệ một khi tiềm năng công nghệ mới được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm, thế hệ hai khi có những nguyên mẫu được chế tạo hay xây dựng để thử nghiệm và xác định những thông số kỹ thuật và kinh tế, và thế hệ ba khi đã có một thị trường toàn cầu với những kiểu mẫu được tiêu chuẩn hóa và tối ưu hóa để đưa vào sản xuất hay xây dựng một cách công nghiệp.

Phong năng để bơm nước thuộc thế hệ ba vì đã có những nhà máy sản xuất đại trà những máy bơm chạy bằng sức gió từ cuối thế kỷ XIX. Còn phong điện thì đang chuyển từ thế hệ hai sang thế hệ ba. Vì lý do đó mà, so với điện sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, phong điện vẫn còn đắt. Nhưng, với đà gia tăng của ngành phong điện mô tả ở trên, hiệu ứng tay nghề (learning effect) sẽ làm giảm giá thành xuống dưới giá điện cổ điển vào khoảng năm 2020 ở một số nơi trên thế giới. Còn ở nước ta thì phong điện có lẽ sẽ phải chờ lâu hơn mới có thể cạnh tranh được với nhiệt điện.

Công nghệ những quạt gió dùng để bơm nước tương tự như công nghệ sản xuất xe đạp. Sản xuất một cách thủ công thì cũng có thể được. Nhưng nếu sản xuất một cách công nghiệp thì giá sẽ rẻ và chất lượng sẽ được bảo đảm. Công nghệ những quạt gió dùng để sản xuất điện, lớn hay nhỏ, gần với công nghệ hàng không và vũ trụ. Những tiến bộ của ngành này sẽ hiệp đồng giúp ngành kia.

Như viết ở trên, hiện nay phong điện vẫn còn đắt. Những tư nhân và xí nghiệp sản xuất phong điện và làm ăn có lợi chỉ nhờ ưu đãi thuế của chính phủ hay nhờ những xí nghiệp điện quốc doanh được lệnh mua lại điện với giá ưu đãi. Chính phủ các nước công nghiệp tài trợ công nghệ phong điện để tạo ra hiệu ứng tay nghề để có lợi thế chiến lược khi công nghệ này sẽ chuyển vào thế hệ ba.

Vậy chính phủ Việt Nam có nên làm theo họ hay không? Chúng tôi xin trả lời là nên làm một cách khác.

Máy bơm chạy bằng sức gió sẽ giúp nông dân ta đỡ vất vả khi phải tát nước. So với những máy bơm điêzen hay máy bơm điện thì những máy bơm chạy bằng gió sẽ rẻ hơn nhiều cả về đầu tư cũng như về vận hành. Dân số Việt Nam sống nhờ nghề nông đủ để bảo đảm một thị trường lớn. Nếu tính thêm những nước láng giềng trong khối ASEAN thì thị trường này rất lớn. Chúng ta cần thành lập một xí nghiệp cơ khí chuyên về sản xuất những máy bơm chạy bằng sức gió.

Về những quạt phong điện, chúng ta tạm thời không xây dựng những trại phong điện để ưu tiên dành vốn cho những ngành kinh tế mang lại lợi nhuận sớm hơn. Để thoả mãn nhu cầu điện tại các hải đảo, chúng ta có thể nhập khẩu những thiết bị chạy bằng gió hay chạy bằng ánh sáng mặt trời. Nhưng, để có tự chủ về công nghệ phong điện khi giá thành của năng lượng này có thể cạnh tranh được với điện hạt nhân và điện cổ điển, chúng ta phải theo sát những phát triển kỹ thuật của ngành này.

Để làm tốt việc đó chúng ta có nhiều cách :

(a) kêu gọi những xí nghiệp nước ngoài đến lập những trại phong điện trên lãnh thổ nước ta để làm trạm nghiên cứu khoa học kỹ thuật với điều kiện những quạt phong điện của họ không được kiên kết với mạng phân phối điện quốc gia,

(b) cung cấp những nghiên cứu sinh và nghiên cứu sư làm gia công trong những công trình nghiên cứu với họ,

(c) sản xuất để xuất khẩu những thiết bị phong điện do chúng ta thiết kế hay do nước ngoài đặt mẫu,

(d) khai triển những công nghệ có hiệp đồng với công nghệ phong điện như là cơ khí, cơ điện, điều khiển học, tự động học, vật liệu mới, hàng không và vũ trụ,... đang hỗ trợ những ngành công nghiệp khác mà chúng ta đang khai triển.

*****

Mục đích của chúng ta là trở thành một quốc gia công nghệ. Vì thiếu vốn và thiếu nhân lực có tay nghề chúng ta không thể thấy người khác làm gì là nhào đi làm theo họ. Chúng ta phải có một chiến lược thích hợp với hoàn cảnh riêng của mình : dùng vốn đầu tư một cách tối ưu và hợp doanh với nước ngoài để tích lũy tay nghề và chia với họ lợi nhuận sáng chế.

Về phong năng thì điều quan trọng không phải là sản xuất điện bằng mọi công nghệ với bất cứ giá nào. Điều quan trọng là phải có một mạng phân phối điện ổn định và có đủ công suất để phát triển kinh tế một cách hài hòa. Cho tới nay, tỷ trọng của tất cả các ứng dụng của năng lượng gió trên thế giới chưa đáng kể so với những loại năng lượng khác. Do đó đóng góp của loại năng lượng này chưa được là bao nhiêu trong việc kìm hãm biến đổi khí hậu. Ít nhất trong hai thập niên tới, kinh tế Việt nam vẫn còn có thể tiếp tục phát triển mạnh với những công nghệ sản xuất điện cổ điển.

Đặng Đình Cung

"U.S. wind energy industry breaks all records, installs nearly 10,000 MW in 2009"

"Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: Việt Nam: Nguồn năng lượng gió lớn nhất Đông Nam Á"

Đã đăng trên diendan.org

---oOo---

Ngày xưa người ta cũng đã tận dụng năng lượng gió

Cối xay gió Sorine tỉnh SANTENAY- được François SORINE (1782-1855), con của một người trồng nho tỉnh Santenay xây vào khoảng năm 1830

Được tu bổ năm 1990 và khánh thành năm 1995, cối xay này vẫn còn xay được (Vietsciences)

[Can Tho]

Mặt trời của chúng ta

Vietsciences- Trương Văn Tân

1. Nguồn năng lượng vô tận

Cảm giác cháy da trong những ngày hè nóng bỏng hay cái ấm áp của những ngày mùa đông nắng tốt như là một lời nhắc nhở đến sự hiện hữu của mặt trời mà lắm lúc ta xem như một tồn tại đương nhiên. Ánh sáng mặt trời là một nguồn năng lượng dồi dào, nhưng khi tính ra con số rất ít người biết đến là mặt trời truyền đến cho ta một năng lượng khổng lồ vượt ra ngoài sự tưởng tượng của mọi người. Trong 10 phút truyền xạ, quả đất nhận một năng lượng khoảng 5 x 1020 J (500 tỷ tỷ Joule), tương đương với lượng tiêu thụ của toàn thể nhân loại trong vòng một năm. Trong 36 giờ truyền xạ, mặt trời cho chúng ta một năng lượng bằng tất cả những giếng dầu của quả đất. Năng lượng mặt trời vì vậy gần như vô tận. Hơn nữa, nó không phát sinh các loại khí nhà kính (greenhouse gas) và khí gây ô nhiễm. Nếu con người biết cách thu hoạch nguồn năng lượng sạch và vô tận nầy thì có lẽ loài người sẽ mãi mãi sống hạnh phúc trong một thế giới hòa bình không còn chiến tranh vì những cuộc tranh giành quyền lợi trên các giếng dầu.

Mười vấn đề lớn của nhân loại trong vòng 50 năm tới đã được ghi nhận theo thứ tự nghiêm trọng là (1) năng lượng, (2) nước, (3) thực phẩm, (4) môi trường, (5) nghèo đói, (6) khủng bố và chiến tranh, (7) bệnh tật, (8) giáo dục, (9) thực hiện dân chủ và (10) bùng nổ dân số. Năng lượng quả thật là mối quan tâm hàng đầu của nhiều chính phủ trên thế giới. Nguồn năng lượng chính của nhân loại hiện nay là dầu hỏa. Nó quí đến nỗi được người ta cho một biệt hiệu là "vàng đen". Một vài giờ cúp điện hay không có khí đốt cũng đủ làm tê liệt và gây hỗn loạn cho một thành phố. Cuộc sống văn minh của nhân loại không thể tồn tại khi thiếu vắng năng lượng. Theo thống kê, hiện nay hơn 85 % năng lượng được cung cấp từ dầu hỏa và khí đốt. Nhưng việc thu hoạch từ các giếng dầu sẽ đạt đến mức tối đa trong khoảng năm 2010 - 2015, sau đó sẽ đi xuống vì nguồn nhiên liệu sẽ cạn kiệt cùng năm tháng. Người ta cũng tiên đoán nếu dầu hỏa được tiếp tục khai thác với tốc độ hiện nay, kể từ năm 2050 lượng dầu được sản xuất sẽ vô cùng nhỏ và không đủ cung cấp cho nhu cầu toàn thế giới. Như vậy, nguồn năng lượng nào sẽ thay thế cho "vàng đen"? Các nhà khoa học đã và đang tìm kiếm những nguồn năng lượng vô tận, sạch và tái sinh (renewable energy) như: năng lượng từ mặt trời, gió, thủy triều, nước (thủy điện), lòng đất (địa nhiệt) v.v...

Trong những nguồn năng lượng nầy có lẽ năng lượng mặt trời đang được lưu tâm nhiều nhất. Những bộ phim tài liệu gần đây cho thấy ở các vùng hẻo lánh, nghèo khổ tại Ấn Độ hay châu Phi, cư dân tràn ngập hạnh phúc khi có điện mặt trời thắp sáng màn đêm hay được sử dụng các loại nồi năng lượng mặt trời để nấu thức ăn. Dù vậy, cho đến nay con người vẫn chưa đạt được nhiều thành công trong việc chuyển hoán năng lượng mặt trời thành điện năng vì một phần mật độ năng lượng mặt trời quá loãng, một phần phí tổn cho việc tích tụ năng lượng mặt trời còn quá cao. Nếu tính theo mỗi kilowatt-giờ (năng lượng 1 kilowatt được tiêu thụ trong 1 giờ) thì phí tổn thu hoạch năng lượng mặt trời là $0,30 USD. Trong khi đó năng lượng từ gió là $0,05 và từ khí đốt thiên nhiên là $0,03. Một hệ thống chuyển hoán năng lượng mặt trời cung cấp đủ điện năng cho một căn nhà ở bình thường tốn ít nhất $18000 USD (giá 2005). Chỉ cần yếu tố tài chính không thôi cũng đủ để làm người tiêu thụ tránh xa việc sử dụng năng lượng mặt trời. Hệ quả là tại những nước tiên tiến như Mỹ điện lực được tạo từ năng lượng mặt trời từ các tế bào quang điện (photovoltaic cell; photo = quang, voltaic = điện) chỉ chiếm 0,02 % [1]. Tuy nhiên, điều đáng mừng là thị trường năng lượng mặt trời toàn cầu trị giá 10 tỷ USD/năm và tăng 30 % hằng năm nhờ vào các kết quả nghiên cứu làm giảm giá tế bào quang điện [2].

Bài viết sẽ tổng kết những kỳ tích trong lĩnh vực cực kỳ quan trọng nầy trong nửa thế kỷ vừa qua.



2. Silicon và các chất bán dẫn vô cơ

Vật liệu chính cho tế bào quang điện được dùng để chuyển hoán năng lượng mặt trời thành điện năng là silicon (Si). Silicon là một nguyên tố nhiều thứ hai sau oxygen trên quả địa cầu. Đây là cũng là một nguồn thiên nhiên phong phú gần như vô tận. Nó chiếm gần 30 % của vỏ quả đất dưới dạng silica (SiO2), và là một hợp chất chính trong cát. Nhìn xung quanh, ta thấy tính hữu dụng của silica hiện hữu từ công nghệ "thấp" như bê tông, thủy tinh đến công nghệ cao như transistor, chip vi tính và các linh kiện điện tử khác. Có thể nói rằng silicon, hay đi từ nguyên thủy - cát, là xương sống của nền văn minh hiện đại. Nói khác hơn, ngoài đá cát của thiên nhiên ta thấy sự hiện diện của nguyên tố silicon hầu hết ở tất cả mọi nơi từ những tòa nhà chọc trời đến những linh kiện điện tử thu nhỏ cho máy vi tính ở thang nanomét (nhỏ hơn sợi tóc 100.000 lần).

Năm mươi năm trước, cùng một lúc với sự phát minh của silicon transistor, pin mặt trời (hay là pin quang điện) silicon được chế tạo tại Bell Labs (Mỹ). Pin nầy có khả năng chuyển hoán năng lượng mặt trời sang điện năng với hiệu suất là 6 %. Một con số tương đối nhỏ so với hiệu suất lý thuyết tối đa cho silicon là 31 %, nhưng đây là một thành quả rất ấn tượng cho bước đầu nghiên cứu của pin mặt trời. Nhóm nghiên cứu của giáo sư Martin Green (University of New South Wales, Úc) hiện nay đã đạt kỷ lục 24,7 %.

Cho đến ngày hôm nay những đặc tính cơ bản của pin quang điện mặt trời nầy vẫn không có nhiều thay đổi; 95 % các hệ thống, dụng cụ dùng tế bào quang điện chế tạo từ silicon với hiệu suất trung bình 15 %. Có ba loại silicon được làm pin mặt trời: đơn tinh thể (monocrystalline), đa tinh thể (polycrystalline) và vô định hình (amorphous). Phần lớn các pin mặt trời hiện nay xuất hiện trên thương trường vẫn là pin của thế hệ thứ nhất (first-generation cell) dùng silicon đơn tinh thể có hiệu suất chuyển hoán 18 %. Sản phẩm đòi hỏi silicon đơn tinh thể phải có độ nguyên chất đạt đến 99,9999 % (6 con số 9) thậm chí 99,999999999 % (11 con số 9), và quá trình chế tạo cần nhiệt độ cao để làm tan chảy silicon. Độ nguyên chất phải ở mực gần như tuyệt đối để bảo đảm sự di động dễ dàng của điện tử tạo ra dòng điện. Hai yêu cầu khó khăn nầy đẩy giá thành lên cao và vì vậy không được áp dụng rộng khắp.

Pin dùng silicon đa tinh thể và vô định hình thuộc thế hệ thứ hai. Silicon đa tinh thể được chế tạo ít tốn kém hơn vì không cần đạt đến độ nguyên chất như đơn tinh thể. Nhưng đa tinh thể nhiều đường biên tinh thể (crystalline boundary) cản trở sự di động của điện tử làm giảm hiệu suất của pin (12 – 15 %). Ngoài ra, silicon vô định hình có thể được xem là vật liệu trong việc sản xuất pin mặt trời giá rẻ. Một trong những ưu điểm là khác với silicon tinh thể, silicon vô định hình có thể làm thành phim mỏng vừa ít tốn kém nguyên liệu vừa có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời 40 lần cao hơn silicon đơn tinh thể; phim silicon dày 1 mm có thể hấp thụ gần 90 % bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, vì bản chất vô định hình hiệu suất chuyển hoán thành điện chỉ bằng phân nửa hiệu suất của silicon đơn tinh thể. Điều nầy cũng dễ hiểu. Vô định hình như một nắm tóc rối nùi, trong khi tinh thể như một mái tóc được chải mượt mà. Hiệu suất tùy vào sự di động của điện tử và sự di động nầy tạo ra dòng điện. Đương nhiên độ di động của điện tử trong một môi trường có một trật tự cao hơn trong một không gian vô định hình ngoằn ngoèo như một mê cung. Dù vậy, silicon vô định hình vẫn là loại vật liệu được ưa chuộng nhờ vào giá rẻ để chế tạo mái ngói hoặc các panô (panel) quang điện cho nhà ở hoặc các cao ốc, công thự. Ngoài silicon vô định hình với lợi điểm tạo thành phim mỏng, pin mặt trời thuộc thế hệ thứ hai bao gồm các loại hợp chất bán dẫn như indium dislenide đồng và cadmium telluride được phủ lên thủy tinh. Các loại bán dẫn nầy có giá rẻ hơn rất nhiều so với silicon đơn phân tử nhưng có khuyết tật cấu trúc nên hiệu suất không cao.

Việc phát triển mọi ngành công nghệ đều tập trung vào việc giảm giá thành. Công nghệ pin mặt trời cũng không phải là ngoại lệ. Ngoài việc phổ cập hóa silicon vô định hình, cải thiện quá trình sản xuất silicon đơn tinh thể đã làm giảm giá vật liệu nầy. Nhờ vậy, giá điện mặt trời đã giảm 20 lần trong 30 năm qua. Nếu chiều hướng nầy tiếp tục thì trong vòng 25 năm tới giá sẽ giảm đến $0,02/kWh. Với sự trợ giúp của công nghệ nano người ta dự đoán rằng đến năm 2050 thì năng lượng mặt trời sẽ cung ứng 25 % nhu cầu năng lượng của nhân loại [1].



3. Nguyên lý của pin mặt trời

Nguyên lý của pin mặt trời là hiệu ứng quang điện (photoelectric effect). Hiệu ứng quang điện được xem là một trong những phát hiện to lớn của Einstein. Hiệu ứng nầy mô tả khả năng của ánh sáng (quang) khi được chiếu trên bề mặt vật liệu có thể đánh bật điện tử (điện) ra khỏi bề mặt nầy. Để giải thích hiệu ứng quang điện Einstein đưa ra khái niệm quang tử (photon). Ánh sáng là những quang tử được bắn lên vật liệu để tống điện tử của vật liệu thành điện tử tự do. Sự di động của các điện tử nầy sẽ cho ta dòng điện.

Vật liệu silicon nguyên chất là một mạng nối kết các nguyên tố silicon và mạng nầy trung tính về điện nên không hữu dụng. Khi silicon được kết hợp một lượng nhỏ (vài phần triệu) "chất tạp", mạng sinh ra điện tích. Silicon mang điện tích là vật liệu cho nhiều áp dụng cực kỳ quan trọng. Khi silicon kết hợp với chất tạp (dopant) có khả năng lấy điện tử (electron acceptor) từ mạng silicon, mạng silicon sẽ có những lỗ trống mang điện tích dương (+). Đây là p-silicon (p = positive, dương). Lỗ trống (+) vốn dĩ là "nhà" của điện tử, cho nên khi điều kiện cho phép điện tử sẽ chiếm đóng trở lại. Mặt khác, khi silicon được kết hợp với chất tạp có khả năng cho điện tử, mạng silicon sẽ dư điện tử. Đây là n-silicon (n = negative, âm). Silicon dùng trong mọi linh kiện điện tử (thí dụ: transistor, đèn diode) là một vật liệu hỗn hợp liên kết giữa p-silicon và n-silicon. Có thể nói rằng p- và n-silicon đã tạo ra một cuộc cách mạng khoa học ở thế kỷ 20 và đã cho nhân loại nền văn minh silicon.

Như một quy luật thiêng liêng trong vạn vật, sự tiếp cận âm dương lúc nào cũng cho ta nhiều điều thú vị. Khi p-silicon tiếp cận với n-silicon, vùng chuyển tiếp (junction) giữa hai vật liệu nầy sẽ sinh ra một điện áp tự nhiên (0,7 V). Khi quang tử của ánh sáng mặt trời chạm vào mạng silicon, nó sẽ đánh bật điện tử ra khỏi mạng thành điện tử "vô gia cư" và để lại lỗ trống (+) trên mạng. Tuy nhiên, sau khi bị quang tử tấn công cặp điện tử và lỗ trống (+) vẫn còn quyến luyến vì lực hút Coulomb nên không chịu rời nhau! Cặp điện tử và lỗ trống (+) còn gọi là exciton. Chỉ có những cặp gần vùng chuyển tiếp mới bị điện áp vùng biên kéo cả hai ra xa để lỗ trống (+) đi về phía p-silicon và điện tử đi về phía n-silicon. Bây giờ, điện tử mới thật sự tự do di động để cho ra dòng điện. Hình 1 cho thấy cấu trúc của pin mặt trời silicon. Vùng chuyển tiếp hay là mặt tiếp xúc giữa p-silicon và n-silicon rất rộng để tạo ra nhiều khả năng để cặp điện tử và lỗ trống (+) có nhiều cơ hội chia ly. Thật ra, đây chỉ là cuộc chia ly tạm thời vì điện tử đi đường vòng ra ngoài tạo nên dòng điện, "bọc hậu" trở lại p-silicon tìm lại bạn xưa! Cứ như thế, khi ánh sáng chiếu liên tục ta sẽ có dòng điện liên tục để sử dụng.




Hình 1: Cấu trúc của pin mặt trời silicon và cơ chế tạo ra dòng điện. Chấm đen là điện tử e-; chấm trắng là lỗ trống h+.





4. Tối ưu hóa hiệu suất chuyển hoán

Quang tử mang nhiều năng lượng khác nhau và chỉ có quang tử mang năng lượng lớn hơn một mức độ nhất định nào đó thì mới có khả năng đánh bật điện tử ra khỏi mạng silicon để trở thành điện tử tự do. Vậy mức độ nhất định đó là gì? Mức độ nầy chẳng qua là trị số khe dải năng lượng (energy band gap) của silicon. Khái niệm dải năng lượng điện tử (electronic energy band) và khe dải năng lượng đã được đề cập trong một bài viết trước [3]. "Đánh bật" là một từ nói cho tượng hình, nhưng để hiểu một cách khoa học hơn ta phải dùng đến khái niệm khe dải năng lượng. Các điện tử chiếm đóng ở dải hóa trị (valence band) khi có một kích hoạt (thí dụ: quang tử) tác dụng điện tử sẽ nhảy qua khe dải chiếm cứ dải dẫn điện (conduction band). Vì vậy quang tử phải mang một năng lượng ít nhất bằng hoặc hơn trị số khe dải để "nâng" điện tử từ dải hóa trị đến dải dẫn điện. Khi điện tử ở dải dẩn điện rồi, điện tử sẽ trở thành điện tử tự do tạo ra dòng điện (Hình 2). Khe dải của silicon có trị số khoảng 1,1 eV tương đương với năng lượng của tia hồng ngoại. Phổ ánh sáng mặt trời bao gồm tia hồng ngoại (năng lượng <1,7 eV), ánh sáng thấy được (1, 7 -3,3 eV) và tia tử ngoại (>3,3 eV). Như vậy, phần lớn ánh sáng mặt trời từ tia hồng ngoại đến tia tử ngoại đều có khả năng "đánh bật" điện tử ra khỏi mạng silicon.



Hình 2: Quang tử trong ánh sáng mặt trời "đánh bật" và nâng điện tử lên dải dẫn điện để lại lỗ trống (+) ở dải hóa trị. Cặp (+)(-) (lỗ trống - điện tử) còn gọi là exciton.

Hiệu suất lý thuyết tối đa 31 % đề cập bên trên được định đoạt bởi trị số khe dải 1,1 eV của silicon. Bởi vì ta cần một năng lượng "đánh bật" 1,1 eV, những quang tử có năng lượng nhỏ hơn 1,1 eV không thể dự phần, và quang tử có năng lượng lớn hơn sẽ bị thất thoát đi phần dư thừa ở dạng nhiệt. Hai nguyên nhân nầy đưa đến sự thất thoát 69 % năng lượng mặt trời trong silicon do trị số khe dải. Đó là chưa kể sự thất thoát gây ra bởi cấu trúc vật liệu (tinh thể hay vô định hình), phản xạ bề mặt và phương pháp sản xuất. Nếu ta dùng những vật liệu bán dẫn với những khe dải khác nhau và liên kết những vật liệu nầy thành một cấu trúc chuyển tiếp đa tầng (multi-junction) để hấp thụ quang tử mặt trời ở các mực năng lượng khác nhau, hiệu suất chuyển hoán sẽ phải gia tăng.

Năm 2002, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Quốc gia, Lawrence Berkeley National Laboratory (Mỹ), thiết kế các hợp chất bán dẫn chứa indium (In), gallium (Ga) và nitrogen (N) cho đèn phát quang diode. Trong cơ chế phát quang của đèn diode ta cho dòng điện tạo ra sự kết hợp giữa điện tử và lỗ trống (+) trong chất bán dẫn để tạo ra ánh sáng [4]. Cơ chế của pin mặt trời có thể xem là một hiện tượng nghịch lại vì ánh sáng làm phân ly điện tử và lỗ trống (+) để cho ra dòng điện. Khi hợp chất bán dẫn InGaN được chế tạo, các nhà khoa học Mỹ khám phá ra là bằng sự điều chỉnh tỉ lệ của In và Ga, khe dải của hợp chất InGaN có thể biến thiên liên tục từ 0,2 đến 3,4 eV bao gồm toàn thể quang phổ mặt trời. Các nhà khoa học ở Lawrence Berkeley vừa làm vật liệu cho đèn diode vừa cho pin mặt trời. Một công hai việc. Trở ngại chính là sự tốn kém trong việc sản xuất, cấu trúc nầy vì vậy không thể trở thành một sản phẩm phổ cập. Nhưng nếu tiền bạc không phải là vấn đề quan trọng như trong một số áp dụng đặc biệt chẳng hạn như cho vệ tinh, các loại pin nầy là nguồn điện hữu hiệu để vận hành vệ tinh. Chỉ cần kết hợp hai tầng InGaN được thiết kế có khe dải 1,1 eV và 1,7 eV, hiệu suất dễ dàng đạt đến 50 %. Mười hai tầng InGaN có khe dải bao gồm toàn thể quang phổ mặt trời sẽ cho hiệu suất 70 %.

Gần đây (năm 2006), một số chất bán dẫn đã được thiết kế để tối ưu hóa trị số khe dải, gia tăng hiệu suất và đồng thời giảm giá thành sản xuất. Trong một cuộc triển lảm quốc tế về năng lượng mặt trời (2006), công ty Sharp Solar (Nhật Bản), một trong những công ty lớn và uy tín trên thế giới sản xuất pin mặt trời, đã ra mắt một panô pin mặt trời có hiệu suất đột phá 36 % mà vật liệu là hợp chất bán dẫn của các nguyên tố ở cột III (aluminium, gallium, indium) và cột V (nitrogen, arsenic) trong bảng phân loại tuần hoàn. Không chịu thua, cũng vào năm 2006 công ty Boeing - Spectrolab (Mỹ) dùng chất bán dẫn với một công thức được giữ bí mật có thể chuyển hoán 41% năng lượng mặt trời. Mười tháng sau đó, viện nghiên cứu quốc gia Lawrence Berkeley National Laboratory (Mỹ) lại chế tạo một loại pin mặt trời dùng chất bán dẫn zinc-manganese-tellium với hiệu suất 45 %. Những con số nầy rất ấn tượng, nhưng phải nói rằng panô của Sharp Solar dù ở 36 % nhưng đã đạt tới trình độ hữu dụng của một thương phẩm về giá trị thực tiễn cũng như giá cả.

Hiện nay, việc nghiên cứu các chất bán dẫn vô cơ mà điển hình là silicon được phát triển mạnh trên mặt sản xuất làm giảm giá thành, tối ưu hóa những vật liệu hiện có để nâng cao hiệu suất và tìm kiếm những hợp chất bán dẫn mới với các trị số khe dải thích hợp. Nền công nghệ nano đang là chủ lực để đạt những mục tiêu nhiều tham vọng nầy. Một trong những ý tưởng nano là chế tạo hằng tỷ tế bào pin mặt trời ở kích thước nanomét gọi là điểm lượng tử (quantum dot), thay vì dùng từng mảng vật liệu như hiện nay. Nhóm của giáo sư Martin Green (University of New South Wales, Úc) lần đầu tiên chế biến thành công trong phòng thí nghiệm pin mặt trời silicon mang cấu trúc điểm lượng tử với hiệu suất đạt đến gần con số lý thuyết 31 %. Điểm lượng tử silicon thật ra là tinh thể nano silicon. Tiến sĩ Arthur Nozik thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng Tái sinh (Mỹ) (National Renewable Energy Laboratory) cũng đã chế tạo thành công tập hợp điểm lượng tử silicon (Hình 3). Mỗi điểm có bán kính khoảng 7 nm, chứa 50 - 70 nguyên tử silicon. Thông thường một quang tử đánh bật một điện tử, nhưng ở thứ nguyên nano cực nhỏ nầy một quang tử khi va chạm vào điểm lượng tử có thể sinh ra hai, ba điện tử tự do. Kết quả là ta sẽ có nhiều điện tử tạo ra dòng điện. Theo Nozik, nhờ vào hiệu ứng đa điện tử của điểm lượng tử silicon, hiệu suất chuyển hoán có thể đạt hơn 60 %, gấp đôi con số lý thuyết 31 % của trường hợp một quang tử cho một điện tử. Tuy nhiên, để trở thành một sản phẩm thông dụng, người ta dự đoán phải cần một thời gian từ 10 đến 15 năm. Chúng ta hãy kiên nhẫn chờ xem.



Hình 3: Tập hợp điểm lượng tử (tinh thể nano) silicon. Mỗi điểm có đường kính 7 nm và chứa 50 - 70 nguyên tử silicon (Nguồn: Tiến sĩ Arthur Nozik).



5. Polymer mang nối liên hợp và fullerene

Cơ chế biến năng lượng mặt trời thành dòng điện thật ra là một cơ chế đơn giản. Nó qua một tiến trình như sau: (1) điện tử bị quang tử "đánh bật" ra khỏi "nhà" của mình (mạng vật liệu) để lại một lỗ trống (+); (2) vì điện tử có điện tích âm (-) và lỗ trống mang điện dương (+) nên cặp âm dương (+)(-), hay là lỗ trống - điện tử (exciton) (Hình 1 và 2), không chịu rời nhau do lực hút tĩnh điện và (3) cặp (+)(-) phải được tách rời để điện tử hoàn toàn tự do đi lại cho ra dòng điện. Thiếu một trong ba quá trình nầy, dòng điện không xảy ra. Trong trường hợp silicon và các chất bán dẫn vô cơ khác, như đã đề cập bên trên vùng chuyển tiếp (junction) giữa p-silicon và n-silicon là nơi phân ly cặp (+)(-).

Cũng như trong các áp dụng đèn phát quang [4], sự đổi màu điện học [5] và các ứng dụng quang học và quang điện tử đều liên hệ đến khe dải năng lượng, vật liệu hữu cơ được đặc biệt chú trọng nhờ vào các phương pháp tổng hợp đơn giản, gia công dễ dàng, tạo được phim mỏng và có thể thiết kế để có những trị số khe dải khác nhau. Những lợi điểm nầy làm giảm giá sản xuất và tạo điều kiện cho sản xuất quy mô lớn. Trong pin mặt trời dùng vật liệu hữu cơ, nguyên tắc chính là sự di chuyển điện tử từ một polymer/phân tử cho điện tử (electron donor) đến một polymer/phân tử nhận điện tử (electron acceptor). Sự di chuyển của điện tử sẽ tạo thành dòng điện. Chuyện nghe đơn giản nhưng làm không đơn giản! Lý do chính là làm sao để điện tử có thể di động thoải mái để tạo dòng điện và không còn "quyến luyến" với các lỗ trống (+) lúc nào cũng chập chờn chờ đợi sự tái kết hợp.

Một trong những pin mặt trời hữu cơ là pin mặt trời polymer - fullerene (thí dụ: quả bóng đá C60) [6]. Polymer là các polymer mang nối liên hợp (viết tắt: polymer liên hợp) (- C = C - C = C -) như polyacetylene (PA), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene (PT), poly (phenylene vinylene) (PPV) v.v... và các polymer dẫn xuất. Cũng nên nhắc lại là polymer liên hợp khi kết hợp với dopant sẽ trở thành polymer dẫn điện. Điện tử p trong nối liên hợp một lần nữa thể hiện vai trò quan trọng của nó. Khi có một kích hoạt bên ngoài, chẳng hạn như quang tử của ánh sáng mặt trời, polymer mang nối liên hợp "phóng thích" các điện tử p và để lại nhiều lỗ trống (+) trên mạch polymer. Vì vậy, polymer liên hợp được gọi là vật liệu loại p (p-type, p = positive = dương). Ngược lại, fullerene là vật liệu nhận điện tử rất hiệu quả; sau khi nhận điện tử fullerene mang điện tích âm nên được gọi là vật liệu loại n (n-type, n = negative = âm) (Hình 4). Trong silicon ta cũng có p-silicon và n-silicon.



Hình 4: Quang tử trong ánh sáng mặt trời đánh bật điện tử ra khỏi mạch polymer của poly (3-hexylthiophene) (P3HT) và được nhận bởi [6,6]-PCBM C60 (một chất dẫn xuất của C60).



Kịch bản chuyển hoán năng lượng mặt trời thành dòng điện trong các vật liệu hữu cơ cũng tương tự như silicon. Những quang tử sẽ đánh bật điện tử ra khỏi mạng của vật liệu p tạo ra cặp âm dương (+)(-) (cặp điện tử - lỗ trống). Những cặp nầy khuếch tán, "rong chơi" trong vật liệu và chỉ có những cặp ở gần vùng chuyển tiếp p-n (p-n junction) thì mới có cuộc phân ly "chia loan rẽ thúy"! Sau khi chia lìa điện tử sẽ di động trong vật liệu n tiến đến cực dương và lỗ trống (+) di động trong vật liệu p tiến đến cực âm (Hình 5a). Dòng điện xuất hiện.

Như vậy, để gia tăng hiệu suất chuyển hoán, diện tích của mặt (tiếp xúc) chuyển tiếp giữa hai vật liệu p và n cần phải được cực đại hóa. Vì mặt chuyển tiếp là nơi tiếp xúc của hai vật liệu khác nhau nên được gọi là mặt chuyển tiếp dị chất (hetero-junction). Đối với các vật liệu hữu cơ việc cực đại hóa chỉ cần một phương pháp đơn giản là trộn (blend) hai vật liệu nầy tạo thành một composite. Để cho sự di chuyển của điện tử và lỗ trống (+) đến điện cực không bị ùn tắt giữa đường, mô dạng (morphology) composite cần có những đường vân liên tục của vật liệu p và n đan xen vào nhau (interpenetrating) và tiếp nối đến điện cực để điện tử và lỗ trống (+) đi đến nơi đến chốn (Hình 5b). Ngoài ra, vật liệu phải nguyên chất (silicon có độ nguyên chất cao hơn 99.99 %) bởi vì chất tạp trở thành rào cản chận đứng sự di động của điện tử và lỗ trống (+). Đây là những đòi hỏi nhiều thử thách trong pin mặt trời hữu cơ.





Hình 5: (a) Tiến trình phân ly của cặp lỗ trống - điện tử (h+ và e-) tại mặt chuyển tiếp giữa vật liệu p và n. (b) Điện tử (e-) đi theo đường vân vật liệu n tiến đến cực dương, và lỗ trống (h+) theo đường vân vật liệu p tiến đến cực âm. Dòng điện xuất hiện.

Sự lựa chọn vật liệu loại p rất quan trọng vì nó là nguồn cung cấp điện tử cho pin. Nhưng tại sao lại phải là polymer liên hợp? Lý do chính là polymer liên hợp có tính bền trong vùng ánh sáng thấy được, có thể tạo thành phim mỏng ở đơn vị micromét (một phần ngàn mm) đến nanomét (một phần triệu mm) nhưng vẫn có thể hấp thụ ánh sáng rất hiệu quả. Khe dải của những polymer liên hợp tiêu biểu có trị số trong khoảng 1,5 - 2,5 eV nằm trong vùng quang phổ của ánh sáng mặt trời. Một ưu điểm khác là khe dải có thể được thiết kế có trị số nhỏ hơn (~ 1 eV) để lợi dụng các quang tử có năng lượng thấp. Sự điều chỉnh khe dải được áp dụng rất hiệu quả cho đèn phát quang polymer (PLED) [4]. Đây là một ưu điểm vượt trội của polymer liên hợp vì có thể thực hiện dễ dàng hơn các chất bán dẫn vô cơ. Dùng phương pháp tổng hợp hóa hữu cơ ta có thể điều chỉnh trị số khe dải bằng cách gắn những nhóm biên (functional group) vào mạch polymer để thay đổi cấu trúc phân tử hay tạo ra polymer liên hợp mới. Có thể nói là ngành hóa hữu cơ "cổ lổ" bỗng nhiên được hồi sinh nhờ vào những đòi hỏi của công nghiệp điện tử. Sự lựa chọn vật liệu loại n cũng không kém phần quan trọng. Vật liệu nầy sẽ nhận điện tử và kích thích sự phân ly của cặp (+)(-). Trong một danh sách dài của các vật liệu loại n có khuynh hướng thu hút điện tử cực mạnh, ta có thể chọn các loại phân tử, những oxide với cấu trúc nano như TiO2, ZnO, hạt nano bán dẫn (semiconducting nanoparticles) và fullerene.

Hiện nay, vật liệu loại p đang được nghiên cứu là chất dẫn xuất của PPV, poly [methoxy (dimethyloctyloxy) - phenylene vinylene] (MDMO-PPV) và chất dẫn xuất của PT, poly (3-hexylthiophene) (P3HT), và vật liệu loại n thông dụng là chất dẫn xuất của C60, PCBM C60 (Hình 4). Composite MDMO-PPV/PCBM C60, composite P3HT/PCBM C60 và các composite khác đã được khảo luận tỉ mỉ trong bài báo cáo tổng kết pin mặt trời hữu cơ của Mozer và Sariciftci [7]. Ảnh hưởng của mô dạng composite đến hiệu suất chuyển hoán được phân tích trong bài báo cáo của Yang và Loos [8]. Hai bài báo cáo xuất sắc nầy cho thấy những đóng góp kiên trì của các nhà khoa học vào sự phát triển của pin mặt trời hữu cơ hơn 10 năm qua, từ một hiệu suất khiêm tốn 0,1 % cho đến ngày hôm nay tăng đến 5 - 6 % tương đương với hiệu suất của phim silicon vô định hình. Dù con số nầy chỉ bằng 1/10 của các hợp chất bán dẫn vô cơ "siêu hạng" được đề cập bên trên, các loại pin hữu cơ mỏng, mềm dẻo, giá rẻ, nhẹ và bền có thể sản xuất hàng loạt bằng phương pháp in phun như đã làm cho đèn phát quang polymer (PLED).





6. Pin mặt trời từ thuốc nhuộm

Cái tựa đề nghe có vẻ hoang tưởng nhưng đây là một sản phẩm được mô phỏng từ Mẹ thiên nhiên. Loại pin nầy bắt chước quá trình quang hợp trong thực vật. Phản ứng quang hợp xảy ra trong lá cây với sự hiện diện của ánh sáng mặt trời và diệp lục tố (chlorophill) biến nước được cung cấp từ rễ và carbon dioxide (CO2) từ không khí thành đường glucose (năng lượng) và oxygen theo một công thức đơn giản,

6H2O + 6CO2 ® C6H12O6 (đường glucose) + 6O2

Diệp lục tố cho màu xanh của lá, là chất xúc tác của phản ứng trên biến năng lượng mặt trời thành hóa năng dưới dạng đường, duy trì sự sống còn của thực vật. Diệp lục tố nhận năng lượng mặt trời, hay nói một cách khác, quang tử mặt trời đánh bật điện tử p của diệp lục tố thành điện tử tự do gây ra những phản ứng dây chuyền để cuối cùng tạo ra đường. Thật ra, diệp lục tố là thuốc nhuộm thiên nhiên do sự hấp thụ ánh sáng hiển thị màu xanh. Thuốc nhuộm spiro-MeOTAD dùng trong pin mặt trời và diệp lục tố có cấu trúc vòng rất giống nhau mang nối liên hợp với những điện tử p kỳ diệu (Hình 6).



Hình 6: Cấu trúc nối liên hợp của diệp lục tố (chlorophill) và thuốc nhuộm spiro-MeOTAD.

Nhóm của giáo sư Michael Grätzel (Swiss Federal Institute of Technology, Thụy Sĩ) là nhóm tiên phong nghiên cứu về pin thuốc nhuộm từ năm 1991. Ông và cộng sự dùng thuốc nhuộm (thí dụ: spiro-MeOTAD) làm vật liệu loại p (cho điện tử) và oxide bán dẫn TiO2 làm vật liệu loại n (nhận điện tử). Ngoài ra, các oxide bán dẫn khác như ZnO, Nb2O5, SnO2 cũng đã được khảo sát. Đặc điểm của TiO2 là giá rẻ, rẻ hơn rất nhiều so với silicon. Tuy nhiên, cũng như trường hợp pin polymer liên hợp – fullerene, vùng chuyển tiếp giữa hai vật liệu p và n phải được cực đại hóa. Hiệu suất của pin thuốc nhuộm không có gì ấn tượng cho đến khi Grätzel và cộng sự chế biến thành công tinh thể nano TiO2 ở thứ nguyên nanomét (15 - 20 nm). Đây là một bước đột phá kỹ thuật. Tinh thể nano TiO2 có thể phủ lên điện cực dưới dạng phim có những lỗ vi mô (micropores) với độ dày 5 - 20 mm với diện tích tiếp xúc rất lớn. Nhờ những lỗ vi mô nầy một gram phim tinh thể TiO2 có bề mặt là 80 - 200 m2, tương đương với một sân tennis! Các phân tử thuốc nhuộm len lỏi vào những lỗ vi mô làm diện tích của vùng chuyển tiếp dị chất (hetero-junction) gia tăng hơn 1000 lần và nhờ vậy sự phân ly cặp (+)(-) trở nên cực kỳ hiệu quả.

Giáo sư Grätzel cho biết pin thuốc nhuộm của nhóm ông đạt đến hiệu suất 11 % tiến đến hiệu suất của silicon đa tinh thể và có thể sản xuất với giá 3 đến 4 lần rẻ hơn pin silicon. Một thành tích rất ấn tượng cho pin mặt trời hữu cơ.



7. Lời kết

Kể từ lúc pin silicon đơn tinh thể, pin mặt trời thuộc thế hệ thứ nhất, xuất hiện ở đầu thập niên 50 của thế kỷ trước đến pin silicon vô định hình và các hợp chất bán dẫn vô cơ thuộc thế hệ thứ hai và các loại pin hữu cơ dựa vào sự di động của điện tử p thuộc thế hệ thứ ba, các nhà khoa học đã đi một đoạn đường dài trong việc lợi dụng năng lượng mặt trời tạo ra điện năng. Công nghệ nano đang và sẽ góp phần không nhỏ vào việc hoàn thiện dụng cụ nầy. Ngoài những áp dụng thực tiễn, trong quá trình nghiên cứu và phát triển pin mặt trời các nhà khoa học và vật liệu học đã khám phá ra những điều thú vị trong việc tạo ra những vật liệu hiệu quả, tối ưu hóa việc chuyển hoán năng lượng với những ứng biến linh động dựa trên khe dải năng lượng và mô dạng trong các composite cho trường hợp của các vật liệu hữu cơ.

Với những thành quả nghiên cứu, các loại pin mặt trời dù được làm từ chất vô cơ hay hữu cơ càng ngày sẽ càng hiệu quả và càng giảm giá. Theo các chuyên gia, trong sân chơi "năng lượng mặt trời", không có trở ngại kỹ thuật nào mà không thể vượt qua nếu các nhà khoa học được cung cấp tài chánh dồi dào để tiếp tục phát huy. Nhưng có thực sự là năng lượng mặt trời sẽ đóng vai trò chủ chốt trong các loại năng lượng tái sinh khác trong tương lai? Vấn đề chính của pin mặt trời là sự đòi hỏi những khoảng đất rộng lớn để cài đặt những panô pin cho việc cung cấp điện. Trở ngại thứ hai là việc tồn trữ điện cho những ngày mưa phải cần đến một kỹ năng khác mà hiện giờ vẫn chưa có một giải đáp thỏa đáng.

Trớ trêu thay, Nhật Bản - một nước đất hẹp người đông - lại là một quốc gia đứng đầu thế giới về năng lượng mặt trời. Công ty Sharp Solar (Nhật Bản) đang đổ tiền đầu tư để tiến hành một dự án xây những thiết bị pin mặt trời có khả năng sản xuất 100 gigawatts (100 tỷ watts) vào năm 2030, tương đương với 30 lần công suất của toàn thế giới hiện nay [1]. Cái táo bạo của người Nhật Bản cho ta một niềm lạc quan vào tương lai của năng lượng mặt trời. Tuy có những chướng ngại cơ bản về đất đai để thiết lập panô pin và việc tồn trữ điện, điện lượng tiêu thụ của con người trong 20, 30 năm tới không ít thì nhiều phải dựa vào dạng năng lượng nầy.

Từ khi thái dương hệ xuất hiện, những tia sáng mặt trời truyền đến mặt đất bị hoang phí đã hằng tỷ năm. Hơn nửa thế kỷ qua, cơ học lượng tử đã giúp loài người đạt được nhiều kỳ tích "đuổi bắt" những tia sáng kỳ diệu nầy. Thêm nửa thế kỷ sắp tới, khai thác năng lượng mặt trời đặt các nhà nghiên cứu khoa học trước nhiều thử thách trong việc chọn lựa vật liệu và tối ưu hóa thiết kế cấu trúc của tế bào quang điện, nhưng bù lại sẽ mang đến cho nhân loại những dụng cụ tiện ích và rất nhiều khám phá kỳ thú. Trong khi đó mặt trời của chúng ta vẫn ung dung rực cháy.



Đầu Xuân (Wollongong)

TVT

[Can Tho]

Mỏ dầu Bạch Hổ của VNCH
Sau hơn 40 năm vẫn còn


“Saigon 24 tháng 2, 1975 (VTX) – Hôm nay, Thứ Hai, 24 tháng 2 năm 1975, lúc 15 giờ, Tổng Thống Việt Nam Cộng Hòa Nguyễn Văn Thiệu đã rời Sài Gòn đi quan sát giếng Bạch Hổ-1X do tàu khoan Glomar IV khoan cách Sài Gòn chừng 200 cây số về hướng Ðông Nam trên thềm lục địa Việt Nam.
“Ðược biết vào ngày 11 tháng 2, 1975, một cuộc thử nghiệm sản xuất sơ khởi đầu tiên của giếng thực hiện tại độ sâu 9250 bộ đã đo được một khối lượng là 430 thùng dầu thô (68,000 lít) và 200,000 bộ khối khí thiên nhiên mỗi ngày.
“Vào ngày 18 tháng 2, 1975 vừa qua, cuộc thử nghiệm thứ nhì được thực hiện ở nhiều lớp đá từ độ sâu 9084 đến 9174 bộ. Lưu lượng chảy lên đo được là 2,400 thùng dầu thô (384,000 lít) và 860,000 bộ khối khí thiên nhiên mỗi ngày.
“Tổng Thống đã lần lượt quan sát các hoạt động của tàu khoan và thăm hỏi các chuyên viên Việt Nam cũng như ngoại quốc đang phục vụ tại đây.
“Trước khi ra về, Tổng Thống đã dùng giải khát và chụp hình lưu niệm với các chuyên viên trên tàu khoan Glomar. Cuộc viếng thăm chấm dứt và tổng thống đã về đến Sải Gòn lúc 18 giờ 15 cùng ngày.
“Cùng tham dự với Tổng Thống hôm nay có Thủ Tướng Chính Phủ Trần Thiện Khiêm, ông Tổng Trưởng Kế Hoạch Nguyễn Tiến Hưng, ông Tổng Cục Trưởng Dầu Hỏa và Khoáng Sản Trần Văn Khởi, và ông Tổng Giám Ðốc Mobil Vietnam Peter Gelpke.”
Thông thường, sau khi đã tìm được mỏ dầu có dung lượng lớn như vậy, công ty Mobil sẽ khoan thêm một giếng thăm dò nhằm xác định chi tiết và giới hạn của mỏ dầu; sau đó sẽ định vị trí tối hảo để đặt một giàn sản xuất cố định, từ đó sẽ khoan nghiêng nhiều giếng tới các mạch dầu, đưa lên sản xuất, Các ước lượng sơ khởi của Mobil lúc bấy giờ cho biết có thể bắt đầu sản xuất và xuất cảng dầu trong năm 1977 – trung bình là giữa năm, ráng sớm được thì đầu năm, trễ thì cuối năm.
Tiếp thu
Vốn đã theo dõi những tiến triển trong công tác tìm dầu ở miền Nam nên sau ngày Việt Nam Cộng Hòa (VNCH) bị cộng sản bắc việt xâm lược và cưỡng chiếm thì cộng sản đã nhanh chóng đưa người vào tiếp thu Tổng Cục Dầu Hỏa và Khoáng Sản.
Theo tài liệu trong bộ Lịch Sử Ngành Dầu Khí Việt Nam của Tập Ðoàn Dầu Khí Việt Nam (Nhà Xuất Bản Chính Trị Quốc Gia – Sự Thật, Hà Nội – 2011) thì có hai đoàn đi tiếp thu. Ðoàn đầu tiên đến trụ sở của Tổng Cục vào ngày 13 tháng 5, 1975 và đã thu thập được nguyên vẹn các hợp đồng đã ký kết, các tài liệu kỹ thuật, các phúc trình của công ty dầu, và ngay cả hai thùng phuy dầu thô mới lấy từ giếng Bạch Hổ 1X. Ðoàn thứ hai đến Sài Gòn ngày 15 tháng 6, 1975, và sau ba tháng làm việc đã làm báo cáo tổng hợp đầu tiên về triển vọng dầu khí và tiềm năng trữ lượng ở thềm lục đia miền Nam: đánh giá sơ bộ cho thấy tiềm năng “là rất lớn.”
Ngày 20 tháng 7, 1975, bộ chính trị đảng cộng sản họp lần đầu tiên ở Sài Gòn để xác định đường lối phát triển ngành dầu khí Việt Nam, rồi sau đó ra nghị quyết triển khai thăm dò dầu khí trên khắp cả nước. Mục tiêu nhắm tới là sớm bắt đầu khai thác ở thềm lục địa từ năm 1980-1981, dự kiến sản xuất dầu được 3-5 triệu tấn (1 tấn là khoảng 7 thùng), tăng lên tới 17-22 triệu tấn năm 1985, rồi 47-52 triệu tấn năm 1990. Lô Bạch Hổ và các lô tốt khác được giữ làm dự trữ quốc gia; các lô còn lại sẽ đưa ra hợp tác.
Giậm chân tại chỗ
Nhưng rồi lực bất tòng tâm.
Tự làm lấy thì không được bởi bất tài, và phần khác là do không máy móc, không dụng cụ, không kỹ thuật, không cả tài chánh; mà kêu gọi Tây Phương đầu tư thì xúc tiến làm sao, phương thức nào – cả nước chưa đủ ai am hiểu chi tiết vận hành của kỹ nghệ dầu khí Tây Phương. Mặt khác, kỹ thuật dầu khí Tây Phương vẫn do Hoa Kỳ chế ngự và chi phối từ bao lâu nay, mà nay Mỹ thi hành cấm vận đối với Việt Nam thì hoạt động dầu khí sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Trong 5 năm đầu sau khi chiếm được miền Nam VN, Việt Nam đã lúng túng không làm được gì nhiều trong công tác tìm dầu, và không xúc tiến được gì thêm ở Bạch Hổ:
• 1975: Xây dựng tổ chức Tổng Cục Dầu Khí; thăm dò trên đất liền; đàm phán với công ty ngoại quốc về thăm dò trên thềm lục địa miền Nam.
• 1976: Tiếp tục xây dựng và ổn định tổ chức; phát hiện dầu không có giá trị công nghiệp ở miền Bắc; tiếp tục khảo sát địa vật lý ở nội địa miền Nam; xây dựng cơ sở dịch vụ dầu khí Vũng Tàu.
• 1977: Thành lập PetroVietnam; tiếp tục thăm dò trên đất liền;vay vốn của Na Uy làm địa vật lý; ký hợp đồng khảo sát địa vật lý; ký thỏa thuận nguyên tắc với ba công ty Deminex (Ðức), Agip (Ý) và Bow Valley (Gia Nã Ðại).
• 1978: Tiếp tục bổ sung thay đổi tổ chức; làm địa chấn và khoan 4 giếng tìm kiếm trên đất liền; ký hợp đồng dầu khí với Deminex, Agip, và Bow Valley.
• 1979: Nghiên cứu địa chất tổng thể, khoan 9 giếng ở đất liền, không kết quả; ba công ty Ðức-Ý-Gia Nã Ðại hoàn thành 9 giếng ở thềm lục địa miền Nam, có phát hiện dầu khí nhưng không có giá trị thương mại.
• 1980: Ðánh giá trữ lượng mỏ khí Tiền Hải; sau khi khoan 5 giếng, quyết định ngưng thăm dò ở đồng bằng Cửu Long; ba công ty Ðức-Ý-Gia Nã Ðại khoan thêm ba giếng, có gặp dầu khí nhưng không có giá trị thương mại; chấm dứt hoạt động, rút khỏi VN. Hợp tác với Liên Xô.
Tổng kết 5 năm: “Nhìn chung, đã đánh giá quá cao về triển vọng dầu khí; quan điểm tự lực trong công tác thăm dò và khai thác dầu khí ở ngoài biển chưa có tính khả thi về vốn, cán bộ, và công nghệ.” (sách đã dẫn, trang 551 tập III).
Không sớm đi với Mỹ
Thời gian dầu khí VN giậm chân tại chỗ cũng là mấy năm VN qua lại với Mỹ về chuyện thiết lập quan hệ bình thường.
Sau khi bọn lính đánh thuê cho ngoại bang là bọn cộng sản Bắc Việt xâm lăng và may mắn nhờ viện trợ ồ ạt của bọn quan thầy Trung Cộng – Liên Xô mà đánh chiếm và ăn cướp được miền Nam Việt Nam, Hoa Kỳ đã ngưng bỏ mọi liên hệ và áp đặt cấm vận đối với VN. Có lẽ ít ai biết rõ về liên hệ Việt-Mỹ trong thời gian này bằng Trần Quang Cơ, nguyên Thứ Trưởng Ngoại Giao của VN. Trong hồi ức và suy nghĩ của mình, ông đã ghi lại những điểm chính của diễn tiến trong quan hệ đó, có thể tóm lược như sau:
• Hơn một tháng sau khi chiếm cứ miền Nam, VN nhờ Liên Xô chuyển cho Mỹ một thông điệp miệng “tán thành có quan hệ tốt trên cơ sở tôn trọng lẫn nhau.” Mỹ trả lời ngay là không có thù hằn gì với VN ;
• Sau đó, VN gởi thông điệp nhắn với Mỹ: “Nghĩa vụ đóng góp hàn gắn vết thương chiến tranh và xây dựng sau chiến tranh theo tinh thẩn Ðiều 22 của Hiệp Ðịnh Paris sẽ tạo điều kiện lập quan hệ bình thường”;
• Qua năm 1976, Mỹ nhờ Liên Xô nhắn với VN nên bỏ qua chuyện quá khứ và cùng phát triển cơ sở cho một quan hệ mới; VN gởi công hàm nói rõ cần giải quyết hai vấn đề bồi thường chiến tranh và người Mỹ mất tích (MIA, missing in action) mới đi tới bình thường quan hệ.Mỹ khẳng định sẵn sàng sớm có thảo luận, nhưng việc VN tự ý lọc lựa điều khoản hiệp định để đòi thi hành (selective application of past agreements) là không đem lại kết quả xây dựng.
• Tình hình nhùng nhằng cho tới khi Jimmy Carter nhiệm chức đầu năm 1977. Ngay từ đầu, chính phủ Carter coi mối quan hệ với VN là lợi ích chiến lược của Mỹ ở Châu Á-Thái Bình Dương. Mỹ đưa ngay đề nghị (i) VN báo cho Mỹ biết tin về MIA, (ii) Mỹ chấp nhận VN vào Liên Hiệp Quốc và lập quan hệ đầy đủ, (iii) Mỹ có thể đóng góp khôi phục VN bằng hợp tác kinh tế. Nhưng VN không chịu.
Ngay cả sau khi Mỹ rút bỏ việc phủ quyết để thuận nhận VN vào Liên Hiệp Quốc, VN vẫn ngoan cố nhất định đòi phải có 3.2 tỉ đô-la.
• Ðầu năm 1978, Mỹ “chơi lá bài Trung Quốc,” xúc tiến bình thường hóa quan hệ với Trung Quốc và gác sang bên chuyện liên hệ với VN.Ðến cuối năm 1978, khi VN rút bỏ đòi hỏi 3.2 tỉ đô-la thì đã muộn. Sở dĩ Mỹ còn nói chuyện với VN là chỉ nhằm làm VN chập chững trong quan hệ với Liên Xô và trong vấn đề Campuchia.
• Qua năm 1979, đàm phán Mỹ Việt tan vỡ do cuộc xâm lăng Campuchia của VN, và cũng từ đó Mỹ gắn vấn đề quan hệ Việt-Mỹ với quá trình giải quyết vấn đề Campuchia.
• Ông Trần Quang Cơ nhận định rằng Mỹ đã quyết định dứt bỏ đàm phán từ khi VN tham gia khối COMECON rồi ký hiệp ước hữu nghị với Liên Xô tháng 11 năm 1978.
Ði với Liên Xô/Nga
Các diễn tiến cho thấy cùng với hiệp ước hữu nghị cuối năm 1978 là ý hướng đi với Liên Xô khai thác dầu khí ở ngoài khơi.
• Ngay từ trong năm 1979, một đoàn cấp cao VN đã đi thăm và làm việc ở Liên Xô, bàn về “hợp tác toàn diện từ khâu đầu tới khâu cuối, cả trên đất liền, biển nông và thềm lục địa.”
• Cuối năm 1979, tổng bí thư Lê Duẩn gởi thư cho Tổng Bí Thư Leonid Brezhnev đề nghị đảng Cộng Sản và chính phủ Liên Xô giúp xây dựng ngành dầu khí VN và khai thác dầu khí trong thềm lục địa miền Nam VN, rồi sau đó đích thân cầm đầu một phái đoàn đi Liên Xô ký một hiệp định nguyên tắc. Năm 1981 hai bên ký hiệp định thành lập Xí Nghiệp Liên Doanh Việt-Xô.
• Tuy có nhiều đợt đàm phán ở nhiều cấp, thực chất hiệp định 1981 hoàn toàn do phía Nga chi phối và bao trùm:
• Có người phía Liên Xô nói với đoàn VN: “Thôi chúng ta không bàn nữa; tôi thông báo với các đồng chí biết là hai Bộ Chính Trị đã thông qua nội dung hiệp định rồi”; “Tôi tham gia nhiều văn kiện, hiệp định, nhưng với hiệp định này thì cái dấu phẩy cũng không thay đổi được” “Chúng ta cứ ký đi rồi sau này sẽ xem xét thay đổi” (sđd trang 203, tập I).
Hiệp định một chiều
Ngay từ đầu, chuyên viên VN đã thấy hiệp định Việt-Xô 1981 có những bất lợi rõ ràng:
• Hiệp định không có thời hạn;
• Ðối tượng là toàn bộ thềm lục địa VN làm VN bị trói tay, mất quyền chủ động trong việc phát triển dầu khí;
• Ðiều bất hợp lý lớn nhất là Xí Nghiệp Liên Doanh không chịu trách nhiệm về sự làm ăn thua lỗ của mình; mọi thua lỗ phía VN phải gánh chịu, còn phía Liên Xô vẫn thu được một nửa lợi nhuận tự do, không dưới 15% vốn đầu tư bỏ ra – vốn đầu tư càng lớn thì thu lợi nhuận càng nhiều.Tính toán cho thấy với cơ chế này, đến năm 2000, khai thác tổng cộng được 41.5 triệu tấn dầu thô thì phải trả Liên Xô 31.5 triệu tấn, còn lại 10 triệu tấn không đủ bù đắp chi phí sản xuất, ngoài ra ta còn nợ thêm Liên Xô 2 tỉ rúp. (sđd trang 89, tập II)
Sửa đổi hiệp định
Khởi sự từ năm 1987, phải sau tám kỳ đàm phán trong bốn năm, việc sửa đổi hiệp định cũ mới hoàn tất, thay thế bằng hiệp định mới ký năm 1991, như là một biểu tượng của bắt đầu sự nghiệp đổi mới ở cả Liên Xô lẫn VN.
Hiệp định mới đã đặt đúng tương quan giữa VN là một quốc gia chủ tài nguyên và Xí Nghiệp Liên Doanh VietSovPetro (VSP) là một công ty tìm kiếm, khai thác và dịch vụ dầu khí:
• Xóa bỏ cơ chế bao cấp; VSP hoạt động theo nguyên tắc hạch toán kinh tế độc lập, phải đóng thuế tài nguyên, thuế lợi tức và thuế chuyển tiền lời về Nga;
• Giới hạn khu vực hoạt động trong ba lô, chủ yếu là lô Bạch Hổ;
• Thời hạn hiệu lực là 20 năm kể từ 1-1-1991, kết thúc ngày 31 tháng 12, 2010. Mới đây, hiệp định được gia hạn đến cuối năm 2030, với thay đổi quan trọng là phía VN từ nay chiếm 51% và phía Nga còn 49% của VSP.
• Tổng giám đốc VSP là công dân VN; phía Nga có nhiệm vụ đào tạo và chuyển giao các chức vụ trọng yếu cho phía VN.
Nhờ những thay đổi này, và nhờ sản lượng ở Bạch Hổ tăng nhanh nên tính đến năm 2006 thì VSP đã xuất khẩu được hơn 32 tỉ đô-la dầu thô, nộp ngân sách VN 20 tỉ, lợi nhuận phía Nga là 6 tỉ. Tính trung bình phần nộp ngân sách nhà nước chiếm tới 25% tổng thu ngoại tệ hàng năm. Phía VN đã thu hồi vốn vào năm 1993 và phía Nga thu hồi vốn vào năm 1996. (sđd, trang 121 tập II).
Bước đầu khai thác Bạch Hổ: thất vọng
Ưu tiên hàng đầu của VSP là sớm khai thác mỏ Bach Hổ, dựa trên các dữ kiện từ giếng Bạch Hổ 1X khoan từ năm 1975, và các tài liệu địa chấn mới thu thập gần đây. Nhằm sớm sản xuất, VSP không chờ khoan thêm một giếng tìm kiếm để xác định chi tiết mỏ dầu, một phần vì không ai có ngoại tệ để thuê giàn khoan di động, và một phần vì Liên Xô đang đóng một giàn di động cho cả Xakhalin và VN, mà phải qua 1983 mới đóng xong. Thay vào đó, VSP quyết định sẽ sớm khai thác mỏ Bạch Hổ bằng hai giàn cố định MSP1 và MSP2, với 6 giếng BH-1, 2, 3, 4, 5, 6. Phía Nga rất lạc quan về tiềm năng của Bạch Hổ.
• Cuối năm 1983, VSP bắt đầu khoan giếng đầu tiên BH-5 gần vị trí của giếng Bạch Hổ 1X trước đây. Qua tháng 5 năm 1984, giếng phát hiện dầu trong lớp trầm tích như trước, Cả nước vui mừng. Nhưng lưu lượng lại chỉ có 20 tấn/ngày, (1 tấn là khoảng 7 thùng) chỉ bằng 1/15 lưu lượng công ty Mobil công bố. Mà lại không thấy gì sai sót khi khoan hay khi thử.VSP băn khoăn không biết tại sao.
• Giữa năm 1985, giếng BH-1 khởi sự khoan từ giàn cố định MSP1 – vừa khai thác vừa thăm dò. Giếng nhắm khoan tới mục tiêu dự liệu (tầng 23), cộng sâu thêm 5% theo như thông lệ cho các giếng tìm kiếm của Liên Xô. Qua tầng 23, tiếp tục khoan thì gặp dấu hiệu của tầng đá móng, nhưng thấy có biểu hiện dầu nên vẫn khoan tiếp cho đến khi mất nhiều bùn khoan, phải dùng vỏ trấu trám giếng. Thử vỉa tầng sâu này thì không thấy dầu, sau đó làm một cầu xi măng ngăn cách để sản xuất tầng 23:Dòng dầu Bạch Hổ đầu tiên chảy về tàu chứa dầu ngày 26-6-1986 là một dấu mốc lịch sử. Nhưng sản lượng vỏn vẹn chỉ có hơn 100 tấn/ngày, mà áp suất lại thấp. VSP bắt đầu lo ngại.
• Giếng thứ hai từ MSP1 không chảy dầu; những giếng tiếp tục từ MSP1 cũng không cho dòng tốt hơn BH-1; thêm vào đó, tầng 23 lại như mỏng dần và biến mất về phia MSP2 đang lắp ráp.Tư tưởng hoang mang, bi quan, chán nản bắt đầu lan rộng qua nhiều người.
• Chỉ sau 4 tháng sản xuất, áp suất ở giếng BH-1 đã mất đi một nửa; sản lượng toàn bộ giàn sản xuất MSP1 chưa đến 100 tấn/ngày. “Nhìn ngọn lửa cháy leo lét ở đuốc giàn MSP mà không khỏi bùi ngùi!” (sđd,trang 287 tập I).
Tình hình nghiêm trọng đến độ nhiều chuyên gia cao cấp VSP bị đổi, và có người đặt vấn đề nên dừng khai thác Bạch Hổ và mở rộng tìm kiếm sang các lô khác.
VN thông cảm, cấp choVSP thêm ba lô nữa, trong đó có lô mỏ Ðại Hùng.
Khám phá vĩ đại: dầu trong tầng móng
Tiếp tục đánh giá trữ lượng, VSP khoan giếng BH-6 trong năm 1986 nhằm xác định giới hạn của các tầng Oligocen và tầng 23; mất gần chín tháng. Tầng 23 bị sét hóa, ít triển vọng, rồi qua tầng sét đen, đến tầng móng. Ngày 11 tháng 5, 1987 tiến hành thử giếng: kết quả dòng dầu có lưu lượng đạt tới 500 tấn/ngày từ đáy của BH-6.
Ai cũng ngạc nhiên, không biết chắc dầu từ đâu tới. Lúc đó chưa có ai nghĩ rằng tầng phong hóa của móng lại có lưu lượng cao như vậy, và trong các tài liệu địa chất hồi đó cũng ít thấy nói đến. Ngoài ra, trong bối cảnh cải tổ ở Liên Xô và đổi mới ở VN thì làm ăn phải có hiệu quả, cho nên việc có nên tiếp tục khai thác mỏ Bạch Hổ hay không trở nên gay gắt đối với VSP.
Trong khi đó giếng BH-1 được sửa chữa vì sản lượng giảm nhanh. Trong tiến trình sửa chữa có ý kiến cho rằng đối tượng sâu ở dưới tầng 23 thử gần 2 năm trước sở dĩ không cho dòng dầu là vì đã dùng quá nhiều trấu bít nhét chỗ mất bùn khoan, và đề nghị khoan lại tầng móng. Khoan lại một giếng sản xuất là một công tác có nhiều rủi ro, nhưng giếng đã được VSP khoan trở lại thành công. Khi rửa giếng ở đoạn cuối thì bất ngờ một dòng dầu lên mạnh, áp suất rất cao – lưu lượng không được đo chính xác nhưng ước lượng tới 2000 tần/ngày. Dầu tiếp tục phát hiện và khai thác sâu trong móng, từ đó VSP đã khẳng định thật sự có một mạch dầu mới, sản lượng cao trong tầng móng nứt nẻ ở mỏ Bạch Hổ.
Theo TS Ngô Thường San, người VN đầu tiên làm tổng giám dốc VSP và là chuyên gia gắn bó với khám khá đó: “Tên Bạch Hổ đã đi vào văn liệu dầu khí thế giới, được ghi nhận là mỏ dầu lớn nhất của VN đồng thời cũng là mỏ rất đặc trưng, có trữ lượng cực lớn (trên 500 triệu tấn trữ lượng tại chỗ) với sản lượng cao (trên 12 triệu tấn/năm) từ tầng chứa là đá móng nứt nẻ. Tính đến năm 2012, tầng đá móng đã sản xuất được hơn 200 triệu tấn dầu (khoảng 80% của cả nước), 26 tỉ mét khối khí và 6 triệu tấn LPG và condensate, trị giá tổng cộng hơn 50 tỉ đô-la.
Ngoài Bạch Hổ và Rồng của VSP, hàng chục mỏ khác đã được phát hiện và sản xuất từ tầng đá móng trong thềm lục địa miền Nam, như Rạng Ðông, Hồng Ngọc, Sư Tử Ðen/Vàng/Nâu, Cá Ngừ Vàng, Ðồi Mồi, v.v.”
Trong website công ty, VSP cho rằng “việc phát hiện ra dầu khí ở tầng móng là một kết quả ngẫu nhiên, nhưng cũng là kết quả tất nhiên cho những quyết định mạnh dạn.” TS San thì cho rằng “nhờ VN kiên nhẫn mới phát hiện ra dầu ở tầng móng.”
Nhiều chuyên gia làm việc với Mobil Oil hồi trước sau này cũng đồng ý đã “không thấy” được tầng móng lúc đó. Cũng có người theo dõi chuyện đã nhận xét rằng tầng móng thật ra đã được phát hiện lúc đầu ở giếng BH-1, nhưng vì khoan gặp trở ngại,dùng trấu chống mất bùn khoan làm hư giếng nên khi thử không có dòng; về sau khoan lại làm sạch giếng thì dầu phun lên ngay; mà sở dĩ giếng BH-1 khoan sâu hơn là nhờ có thêm 5% phòng hờ trong kế hoạch các giếng tìm kiếm của Nga!
Một đời sản xuất
Mỏ Bạch Hổ bắt đầu sản xuất từ năm 1986, và đã tiếp tục tăng nhanh đến gần 6 triệu tấn trong năm 1993. Trong thời gian này, mỏ hoạt động theo chế độ suy giảm tự nhiên, và tính đến cuối năm 1993 thì đã sản xuất được gần 20 triệu tấn.
Sau đó áp suất bắt đầu giảm, đòi hỏi phải áp dụng giải pháp duy trì áp suất bằng kỹ thuật bơm ép nước xuống phần đáy thân dầu. Do hiệu ứng tích cực của bơm ép nước, mức sản xuất đã tăng nhanh từ gần 6 triệu tấn năm 1993 lên đến đỉnh 12.1 triệu tấn/năm trong các năm 2001-2004. Tổng cộng sản xuất từ 1994 đến hết năm 2004 là gần 110 triệu tấn.
Sau khi đạt đỉnh, từ năm 2005 sản lượng dầu Bạch Hổ bắt đầu bước qua giai đoạn suy giảm cuối đời: càng nhiều giếng bị ngập nước, cột dầu giảm, áp suất giảm, và VSP phải liên tục áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm duy trì sản xuất và gia tăng hệ số thu hồi. Một nghiên cứu năm 2009 cho thấy mức sản xuất ở Bạch Hổ có thể suy giảm mỗi năm khoảng 20000 thùng ngày, tương đương với 1 triệu tấn một năm, cỡ 15%-20% một năm, một mức suy giảm tương đối cao.
Bình thường, sau giai đoạn bơm ép nước thì các mỏ dầu lớn có thể áp dụng các biện pháp cải tiến thu hồi dầu (enhanced oil recoveries, EOR), như bơm hơi nước nóng, bơm khí carbonic, hoặc bơm hóa phẩm. EOR đang được áp dụng ở các mỏ khổng lồ như West Texas và Prudhoe Bay ở Mỹ. Riêng đối với Bạch Hổ, thử thách lớn là VSP sẽ phải nghiên cứu, từ phòng thí nghiệm qua thử nghiệm ở mỏ, biện pháp EOR nào là hữu hiệu cho mỏ tầng móng đặc biệt này, trong nội dung một giá dầu thô bấp bênh.
Còn lại là biển sâu
Trong 8 tháng, VNCH đã cho khoan 6 giếng tìm dầu đầu tiên trong thềm lục địa VN: giếng Hồng chỉ thấy “dầu chết,” giếng Mía phức tạp không thấy nhắc nhở tới, hai giếng Dừa tìm thấy dầu khí, sau bao nhiêu năm vắng tiếng mới đây công ty Santos đã khai thác thương mại trong vùng Dừa; mỏ Ðại Hùng sau nhiều lần đổi chủ vẫn còn khai thác thương mại trong tay PetroVietnam; còn mỏ Bạch Hổ, lừng danh nhờ VietSovPetro khám phá tầng móng nứt nẻ, vẫn còn đóng góp thêm nhiều năm nữa.
Tính đến nay, ngoại trừ khí ở Tiền Hải, một mỏ khí nhỏ ở miền Bắc, tất cả dầu khí ở VN đều sản xuất từ thềm lục địa miền Nam. Sau nhiều năm đầu lúng túng, VN đã khai thác dầu khí thành công trong vùng biển này, từ khám phá và khai thác dầu khí ở tầng móng, tới sản xuất dầu khí ở khắp thềm lục địa miền Nam, tới tận dụng khí để phát điện và làm phân bón và hóa phẩm.
Cũng từ hơn 40 năm nay, thế giới dầu khí đã lần lần đi xa ra biển sâu, trước là tìm kiếm, sau là khai thác, hàng loạt mỏ dầu khí khổng lồ, lúc đầu ở hàng trăm thước nước tới giờ đây ở hàng ngàn thước nước, không những chỉ ở vịnh Mexico của Mỹ, mà còn ở khắp các thềm lục địa lớn ở Nam Mỹ, Tây Phi, Ðông Phi, và ngay cả ở Biển Ðông.
Trong khi đó, sau nhiều năm thụ động ở thềm lục địa, VN đã không làm được gì nhiều ở biển sâu. Mới đây có nghe về một chiến lược ở biển nhằm nâng cao đóng góp của biển trong tổng sản lượng GDP, nhưng cũng không thấy có chương trình gì cho biển sâu.
Sau hơn 40 năm, VN đã có thu hoạch ít nhiều kết quả trong dầu khí ở vùng biển cạn. VN vẫn sẽ cần phải đi nhiều bước dài và mạnh dạn mới bắt kịp thế giới trong dầu khí biển sâu.
Giữa lúc tài nguyên hạn hẹp vì sản xuất ở Bạch Hổ cạn dần và khi giá dầu thô hạ thấp, mà nói chuyện phát triển sách lược và chương trình thiết bị lâu dài cho dầu khí biển sâu thì thật là quá phức tạp. Nhưng may ra thì cũng chưa phải là quá trễ. (Sài Gòn trong tôi – Nguyên Phương/ Nguyễn Phúc An Sơn s/t & t/h)