Sở Khoa học và Công Nghệ

https://sokhcn.tayninh.gov.vn

Vai trò của năng lượng và công nghệ hạt nhân trong việc giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu

Khoa học và kỹ thuật hạt nhân đã và đang cho thấy những giải pháp hiệu quả để giải quyết các thách thức toàn cầu. Cùng với các dự án hợp tác của IAEA, các quốc gia thành viên trong đó có Việt Nam đang nỗ lực nghiên cứu, triển khai và ứng dụng khoa học và kỹ thuật hạt nhân trong các lĩnh vực phát triển nhằm hướng đến các mục tiêu phát triển bền vững, đặc biệt trong cuộc chiến ứng phó trước các biến đổi của khí hậu.
Tác động của biến đổi khí hậu
Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ XXI vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, tài nguyên môi trường và cuộc sống của con người.
Ngày nay chúng ta đều thừa nhận rằng giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu là một vấn đề cấp bách vì các tác động của biến đổi khí hậu đã xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Nhiệt độ trung bình toàn cầu ghi nhận trong giai đoạn 2016 - 2020 có thể coi là ấm nhất từ trước đến nay. Trong giai đoạn 2016 - 2019, khối lượng sông băng đã mất đi nhiều hơn so với tất cả các giai đoạn 5 năm trước đó kể từ năm 1950. Các đại dương cũng đã ấm lên và hấp thụ 20% - 30% tổng lượng phát thải CO2 do con người gây ra kể từ những năm 1980, gây ra hiện tượng axit hóa đại dương nhanh chóng. Biến đổi khí hậu dự kiến sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trung bình trên toàn cầu, các đợt nắng nóng và hạn hán sẽ diễn ra thường xuyên hơn, lâu hơn và nghiêm trọng hơn, làm tăng nguy cơ cháy rừng cả ở những khu vực chưa từng bị ảnh hưởng trước đây. Khí hậu nóng hơn cũng sẽ ảnh hưởng đến sự sẵn có và chất lượng nước ngọt, cũng như dẫn đến lũ lụt và xói mòn nhiều hơn ở xung quanh các bờ biển, ảnh hưởng đến sự da đạng sinh học vùng ven biển.
Đặc biệt, các tác động của biến đổi khí hậu đối với nông nghiệp đã rất nghiêm trọng ở nhiều nơi trên thế giới, gây nên các hiện tượng thời tiết và đất đai bị ảnh hưởng kém thích hợp cho sản xuất. Tình trạng này sẽ làm giảm nguồn lương thực sẵn có và do đó gây nguy cơ mất an ninh lương thực, đặc biệt là ở châu Phi vùng cận Sahara, khu vực Đông Nam Á và Trung Mỹ, Nam Mỹ. Các rủi ro và tác động của biến đổi khí hậu cũng ảnh hưởng đến nhiều mục tiêu phát triển bền vững của Liên hợp quốc (SDGs), đặc biệt ảnh hưởng đến các quốc gia và nhóm dân số dễ bị tổn thương. Nhiều quốc gia đang phát triển và các nhóm dân cư hoặc cá nhân dễ bị tổn thương và yếu thế trong xã hội không có năng lực và khả năng cần thiết để ứng phó với các tác động của biến đổi khí hậu, chẳng hạn như phụ nữ, người dân tộc thiểu số, thanh niên và trẻ em.
Khung chính sách về biến đổi khí hậu toàn cầu đã được định hình thông qua các sự kiện bao gồm: Hội nghị Khí hậu Thế giới lần thứ nhất vào năm 1979; sự thành lập của Ủy ban Quốc tế về Biến đổi Khí hậu (IPCC) vào năm 1988; Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) năm 1992; Nghị định thư Kyoto năm 1997 (có hiệu lực năm 2005) và Thỏa thuận Paris năm 2015. Nội dung chính của thỏa thuận Paris là hạn chế tình trạng nóng lên của Trái Đất ở mức dưới 2oC và nỗ lực cho một mục tiêu tham vọng hơn là 1,5oC so với thời kỳ tiền cách mạng công nghiệp. Với mục tiêu này, các quốc gia đã cam kết giảm thiểu biến đổi khí hậu bằng cách giảm lượng phát thải khí nhà kính do con người gây ra và thực hiện các biện pháp thích ứng với biến đổi khí hậu.
Cách tiếp cận toàn diện trong thích ứng với biến đổi khí hậu.
Đối với nhiều quốc gia, mục tiêu toàn cầu của Thỏa thuận Paris về nâng cao năng lực thích ứng, tăng cường khả năng chống chịu trước biến đổi khí hậu là rất cấp bách, cần được hành động ngay và quyết liệt. Họ đã và đang đưa ra các chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu và áp dụng các công cụ lập kế hoạch thích ứng cấp quốc gia. Số lượng các dự án thích ứng với biến đổi khí hậu ở các nước đang phát triển ngày càng tăng.
Phần lớn các nước đang phát triển đã chú trọng lĩnh vực nông nghiệp trong các kế hoạch và biện pháp giảm nhẹ và thích ứng biến đổi khí hậu của quốc gia. Ở nhiều nước đang phát triển, nông nghiệp là một ngành quan trọng, đóng góp 10 - 20% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) ở các nước có thu nhập trung bình thấp và hơn 40% ở các nước có thu nhập thấp. Do đó, bất kỳ tác động nào liên quan đến biến đổi khí hậu đối với ngành nông nghiệp cũng sẽ gây ra những hậu quả kinh tế và xã hội rộng lớn hơn. Theo IPCC, ước tính có khoảng 23% tổng lượng phát thải khí nhà kính do con người gây ra trong giai đoạn 2007 - 2016 có nguồn gốc từ nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất khác, chỉ đứng sau lĩnh vực năng lượng. Tầm quan trọng của hệ thống lương thực và nông nghiệp được phản ánh trong Thỏa thuận Paris, trong đó nhấn mạnh “ưu tiên cơ bản của việc bảo vệ an ninh lương thực và chấm dứt nạn đói và những tính chất dễ bị tổn thương của hệ thống sản xuất lương thực trước tác động bất lợi của biến đổi khí hậu”.
Vai trò của công nghệ và năng lượng hạt nhân trong giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu
Ứng dụng công nghệ hạt nhân có thể góp phần giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu trong các lĩnh vực: sử dụng và quản lý đất đai, nông nghiệp thông minh với khí hậu, hệ thống sản xuất lương thực, phân tích phát thải khí nhà kính, quản lý tài nguyên nước, bảo vệ đại dương và vùng ven biển.
Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chất lượng đất đai
Mỗi năm ước tính có khoảng 36 tỷ tấn đất bị mất đi do hoạt động của con người và những thay đổi trong việc sử dụng đất. Vấn đề này càng trở nên trầm trọng hơn do biến đổi khí hậu, tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng cao làm tăng tốc độ suy thoái đất. Trong khi các kỹ thuật quan trắc và mô hình hóa truyền thống dùng để đánh giá xói mòn/bồi lắng đất đòi hỏi một số lượng lớn các thông số và cần đo đạc trong nhiều năm thì việc sử dụng các đồng vị phóng xạ rơi lắng (FRNs) giúp cung cấp thông tin cơ bản và tin cậy về tỷ lệ xói mòn đất qua các khoảng thời gian khác nhau. Kỹ thuật này sử dụng các đồng vị phóng xạ nhân tạo (ví dụ: Cs-137) có nguồn gốc từ các cuộc thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong những năm 1950-1960, các đồng vị phóng xạ tự nhiên có nguồn gốc từ tia vũ trụ (ví dụ: Be-7).... Trong quá trình xói mòn và lắng đọng, các đồng vị phóng xạ này di chuyển theo các hạt đất và do đó có thể được sử dụng để theo dõi lượng đất bị xói mòn trên diện tích lớn và trong thời gian dài. Các kỹ thuật đồng vị cũng có thể được sử dụng để đánh giá các nguồn trầm tích gây xói mòn ở các lưu vực đầu nguồn.
Giám sát đầu vào hóa chất nông nghiệp để cải thiện an toàn thực phẩm
Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến sự phân bố của côn trùng và nấm gây hại làm thay đổi mô hình sử dụng hóa chất trong nông nghiệp, nguy cơ tồn dư hóa chất trong thực phẩm cũng như sự xuất hiện của dư lượng hóa chất ở những địa điểm trước đây chưa có. Đồng vị bền của các nguyên tố chính đã được ứng dụng thành công để xác định nguồn gốc và giám sát quá trình vận chuyển, theo dõi và xác định nguồn gốc hóa chất trong hệ thống nông nghiệp. Kết hợp kỹ thuật đồng vị với các phương pháp phân tích khác và các công cụ đánh giá rủi ro có thể giúp giám sát đầu vào và quá trình vận chuyển hóa chất ra môi trường. Kết quả của các nghiên cứu này cho phép liên tục đánh giá, thích ứng và cải tiến các giải pháp nông nghiệp thông minh thích ứng với khí hậu để tăng cường tính bền vững của đất và an toàn thực phẩm. Bên cạnh đó, một phần tư lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính có nguồn gốc từ nông nghiệp, bao gồm cả phát thải cacbon dioxit (CO2), metal (CH4) và nitơ oxit (N2O), trong đó N2O là khí gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu gấp 300 lần so với khí CO2, có nguồn gốc từ chăn nuôi và phân bón hóa học. Phân bón dư thừa tạo ra N2O không chỉ làm trái đất nóng lên mà còn gây ô nhiễm đất và nguồn nước. Kỹ thuật đồng vị có thể giúp xác định lượng phân bón mà cây trồng hấp thụ, do vậy có thể tối ưu hóa việc sử dụng phân bón để giảm lượng khí thải N2O.
Ngoài ra, biến đổi khí hậu cũng dẫn đến tình trạng hạn hán ở nhiều quốc gia, do vậy cần hiểu được hạn hán ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng như thế nào trong những điều kiện thời tiết mới này để có biện pháp tiết kiệm nước trong trồng trọt. Ứng dụng kỹ thuật đồng vị có thể đánh giá trạng thái và sự di chuyển của nước trong đất, qua đó giúp chúng ta biết được cách thức tạo ra những cây trồng khỏe mạnh trong những điều kiện thay đổi.
Phát triển các giống cây trồng chịu hạn và chịu nhiệt
Trong chọn tạo giống cây trồng, tia gamma và tia X được sử dụng để phát triển các giống cây trồng mới có sức đề kháng hoặc chịu hạn, chịu mặn, dịch hại và sâu bệnh. Hạt giống và các nguyên liệu thực vật khác được chiếu xạ để tạo ra những thay đổi di truyền tương tự như đột biến tự phát, dẫn đến cải thiện các giống có năng suất cao và thích nghi tốt hơn với biến đổi khí hậu. Chọn tạo giống bằng phương pháp đột biến phóng xạ giúp tạo ra các giống cây trồng mới có khả năng thích nghi và phát triển trong điều kiện môi trường thay đổi. Công nghệ này có nhiều lợi thế so sánh như: tiết kiệm chi phí, tính nhanh chóng, hiệu quả đã được kiểm chứng, có thể chuyển giao, áp dụng phổ biến, không nguy hiểm và thân thiện với môi trường.
Chọn tạo giống bằng phương pháp đột biến phóng xạ tạo ra một số lượng lớn các giống cây trồng mới cho một loạt các tính trạng bao gồm nâng cao năng suất, khả năng thích ứng với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, trưởng thành sớm hơn, chất lượng tốt, cải thiện các tính trạng như khả năng chống chịu đối với sâu, bệnh và cỏ dại, bền vững và thân thiện với môi trường hơn so với việc sử dụng hóa chất. Hơn 3.300 giống đột biến của hơn 210 loài thực vật đã chính thức được sử dụng thương mại ở hơn 70 quốc gia theo Cơ sở dữ liệu về các giống đột biến của FAO/IAEA (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc/Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế).
Kiểm soát sâu bệnh gây hại
Biến đổi khí hậu và sự thay đổi của các mô hình mưa, nhiệt độ đã ảnh hưởng đến sự di cư của động vật, gây ra sự xuất hiện/tái xuất hiện các bệnh động vật và bệnh truyền nhiễm từ động vật sang người. Các đợt bùng phát dịch bệnh động vật đang xảy ra ở những khu vực mà trước đây chưa có, đe dọa sức khỏe động vật và cộng đồng. Việc áp dụng các kỹ thuật hạt nhân và các kỹ thuật liên quan hỗ trợ việc phát hiện sớm, nhanh chóng, giúp kiểm soát các bệnh lây truyền từ động vật.
Biến đổi khí hậu cũng ảnh hưởng đến sự lây lan của côn trùng. Việc mở rộng phạm vi dịch hại của côn trùng cũng tác động đến sự cân bằng sinh thái và có thể gây ra các đợt bùng phát dịch hại lớn. Kỹ thuật triệt sản côn trùng (Sterile Insect Technique - SIT) có thể giải quyết vấn đề này bằng cách ứng phó với sự lây lan của dịch hại thông qua ngăn chặn hoặc diệt trừ côn trùng gây hại ở những khu vực mới bị nhiễm. SIT là một trong những phương pháp kiểm soát côn trùng gây hại thân thiện với môi trường nhất từng được phát triển. SIT sử dụng bức xạ ion hóa để làm vô sinh các con côn trùng đực được sản xuất hàng loạt tại các cơ sở nuôi đặc biệt. Sau đó, các con côn trùng đực này được thả vào những khu vực mục tiêu, nơi chúng giao phối với những con cái trong tự nhiên dẫn đến không sinh sản được và qua thời gian số lượng quần thể côn trùng gây hại sẽ suy giảm. Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công tại hơn 40 quốc gia đối với các loài sâu bọ gây hại nông nghiệp như ruồi giấm, ruồi Glossina, ruồi Screwworm, bướm đêm và được nghiên cứu ứng dụng đối với chủng muỗi Aedes gây bệnh Zika. Ở một số quốc gia, công nghệ SIT giúp giảm đáng kể thiệt hại trong sản xuất cây trồng và vật nuôi, bảo vệ các ngành trồng trọt và chăn nuôi thông qua việc ngăn chặn sự xâm nhập của dịch hại, giảm đáng kể chi phí sản xuất, bảo vệ sức khỏe con người và môi trường thông qua việc giảm sử dụng thuốc diệt côn trùng.
Tăng cường an toàn thực phẩm sau thu hoạch
Chiếu xạ thực phẩm giúp tăng cường an toàn thực phẩm, ngăn ngừa các bệnh do thực phẩm gây ra, giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm từ đó giảm thiểu lãng phí thực phẩm. Phương pháp chiếu xạ thường sử dụng tia bức xạ gamma (từ nguồn Co-60 hoặc Cs-137) hoặc tia X và các dòng electron được phát ra từ máy phát để chiếu vào thực phẩm nhằm diệt vi trùng (thịt), vi sinh vật, sâu bọ, côn trùng và ký sinh trùng (lúa mì, bột, đồ gia vị, ngũ cốc, trái cây khô), làm chậm lại sự phát triển, làm chậm chín cũng như ngăn chặn sự nảy mầm ở các loại trái cây, củ quả…. Chiếu xạ không chỉ kiểm soát vi sinh vật trong thực phẩm mà còn ngăn chặn sự lây lan của côn trùng gây hại và được sử dụng để đảm bảo các tiêu chuẩn về kiểm dịch.
Ứng dụng trong nghiên cứu đại dương
Đại dương hấp thụ một phần tư lượng CO2 thải ra trong khí quyển và có khả năng lưu trữ lượng CO2 nhiều hơn 50 lần so với trong khí quyển. Lượng CO2 tăng lên dẫn đến axit hóa đại dương, có thể ảnh hưởng đến các sinh vật biển không quen với điều kiện axit, tác động đến toàn bộ hệ sinh thái, chuỗi thức ăn và sau cùng là sinh kế của những cộng đồng sinh vật phụ thuộc vào đại dương. Khi nước trở nên quá chua, môi trường sống của sinh vật sẽ bị phá hủy.
Kỹ thuật hạt nhân và đồng vị được sử dụng để đánh giá khả năng lưu trữ cacbon của đại dương, tác động của quá trình axit hóa đối với các sinh vật biển, những thay đổi trong quá khứ về độ axit của đại dương và những tác động đến các kịch bản khí hậu trong tương lai. Các đồng vị bền có trong tự nhiên được sử dụng để nghiên cứu chu trình tuần hoàn của cacbon, bao gồm nguồn gốc và số lượng chất hữu cơ.
Quá trình axit hóa đại dương bởi sự hấp thụ CO2.
Ứng dụng trong đánh giá trữ lượng tài nguyên nước
Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến các nguồn tạo mưa và sự phân bố mưa trên toàn thế giới, dẫn đến những thay đổi dòng chảy của sông và việc bổ cấp nước ngầm. Sử dụng kỹ thuật thủy văn đồng vị có thể hiểu được cách thức các tầng chứa nước ngầm được bổ cấp và mức độ dễ bị tổn thương của chúng trước biến đổi khí hậu. Dữ liệu thu được giúp quản lý, bảo vệ và bảo tồn hệ thống nước ngầm. Bên cạnh đó, kỹ thuật thủy văn đồng vị giúp kiểm tra thành phần đồng vị của hydro và oxy trong nước. Do các thành phần đồng vị của nước liên quan đến thời gian và những nơi có mưa, kỹ thuật này có thể theo dõi nước đến từ đâu, do đó có thể bảo vệ nguồn nước đó. Kỹ thuật đồng vị còn giúp xác định tuổi của nước trong các hệ thống tầng nước ngầm khác nhau, từ đó các nhà khoa học có thể đề xuất các phương pháp quản lý tốt nhất các nguồn cung cấp nước để đảm bảo tính bền vững lâu dài của chúng.
Kỹ thuật thủy văn đồng vị và các ứng dụng trong quản lý tài nguyên nước.
Điện hạt nhân đóng góp cho quá trình thực hiện mục tiêu Net-Zero
Trước Hội nghị COP26 năm 2021, IAEA đã phát hành Báo cáo đặc biệt “Năng lượng hạt nhân vì một thế giới không phát thải khí nhà kính” trong đó nhấn mạnh vai trò quan trọng của năng lượng hạt nhân trong việc đạt được các mục tiêu của Hiệp định Paris và Chương trình nghị sự đến năm 2030 của Liên Hiệp quốc về phát triển bền vững. Theo báo cáo của IAEA, trong 5 thập kỷ qua, năng lượng hạt nhân đã tránh cho toàn cầu phát thải một lượng tích lũy khoảng 70 tỉ tấn CO2 và hiện tiếp tục tránh phát thải khoảng 1 tỉ tấn CO2 mỗi năm. Ngoài ra, năng lượng hạt nhân với tư cách là nguồn cung cấp điện không phát thải cacbon rất thích hợp để thay thế than đá và các dạng nhiên liệu hóa thạch khác, đồng thời cung cấp nhiệt và hydro để loại bỏ dần cacbon trong các lĩnh vực khó giảm thiểu như công nghiệp, hóa chất, giao thông vận tải…
Ở những quốc gia phát triển, năng lượng hạt nhân từ lâu đã là nguồn cung cấp năng lượng cacbon thấp chiếm tỷ lệ lớn trong hệ thống lưới điện. Sau sự cố tại Fukushima năm 2011, năng lượng hạt nhân vẫn tiếp tục phát triển dù chậm hơn so với các dạng năng lượng cacbon thấp khác. Nhiều dự án điện hạt nhân mới hoặc mở rộng tại nhiều nước đã được xem xét và triển khai. Năm 2020, số lượng các quốc gia thành viên IAEA vận hành nhà máy điện hạt nhân đã tăng lên 32 nước sau khi Belarus và UAE đấu nối thành công nhà máy điện hạt nhân đầu tiên lên lưới điện. 19 trong số 32 nước này đang có dự án xây mới hoặc mở rộng công suất điện hạt nhân quốc gia. Khoảng 50 lò phản ứng hạt nhân đã được lên kế hoạch hoặc đang được xây dựng. Khoảng 30 nước khác đang bắt đầu tham gia hoặc xem xét việc phát triển điện hạt nhân. Bangladesh và Thổ Nhĩ Kỳ đang triển khai xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên theo đúng tiến độ đề ra.
Thống kê số lượng lò phản ứng hạt nhân sản xuất điện hoạt động trên thế giới (sau sự cố Fukushima, từ 2012 đến nay nhiều lò phản ứng đang được khởi động lại hoặc đưa vào vận hành mới) (Nguồn: WNA, IAEA Pris).
Để đạt được mục tiêu Net-Zero là không hề dễ dàng khi mà thế giới hiện vẫn còn phụ thuộc nhiều vào các dạng năng lượng hóa thạch, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Với sự tiến bộ về công nghệ, các dạng năng lượng tái tạo mới như gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối, địa nhiệt… ngày càng có giá thành cạnh tranh và xuất hiện nhiều hơn trong kế hoạch phát triển của các nước. Tuy nhiên, sự “không ổn định” của năng lượng tái tạo khiến cho chúng không bao giờ được chọn để vận hành phụ tải đáy trong các hệ thống lưới điện. Ngoài ra, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và yêu cầu về đa dạng hóa nguồn cấp phát điện, các nước vẫn cần những nguồn cung năng lượng ổn định, công suất lớn để chiếm một tỉ lệ nhất định trong cơ cấu năng lượng quốc gia.
Với những ưu điểm vượt trội như tuổi thọ cao đến 60 năm, tỷ lệ chi phí nhiên liệu trong giá thành thấp, diện tích đất sử dụng ít, công nghệ đã được phát triển hoàn thiện tối ưu…, năng lượng hạt nhân đang có nhiều cơ hội trở thành giải pháp tiềm năng đóng vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa tham vọng Net-Zero của các nước.
Tài liệu tham khảo:
1. IAEA, 2021, A reference document: Nuclear science and technology for Climate Adaptation and Resilience.
2. IAEA, 2021, A report: Nuclear energy for a Net zero World.
3. Trang Báo điện tử Đảng Cộng sản Việt Nam, 2021, Biến đổi khí hậu và tác động của biến đổi khí hậu.
Nguyễn Thị Dịu, Phòng Chính sách Năng lượng nguyên tử
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây