Năng lượng hạt nhân: "Tôi đã làm gì sai?"

Từ lâu, hai chữ “hạt nhân” thường xuyên đi kèm với những suy nghĩ không hay ho: chiến tranh hạt nhân, bom hạt nhân, vũ khí hạt nhân, đầu đạn hạt nhân, chất thải hạt nhân… Do đó, nhiều người chỉ nghe tới “năng lượng hạt nhân” là sợ như sợ cọp. Trong khi đó, khi nhắc tới cụm từ “năng lượng sạch” thì bạn nghĩ tới điều gì đầu tiên? Tuốc bin gió, pin mặt trời và đập thủy điện? Nếu tôi nói với bạn rằng năng lượng hạt nhân cũng là năng lượng sạch, chắc bạn sẽ bảo tôi điên.

Tôi sẽ cười, và tôi sẽ bảo bạn rằng thực ra, năng lượng hạt nhân tốt hơn bạn nghĩ. Nó có công suất lớn, tốn ít nhiên liệu, giúp ích cho nền kinh tế, và bảo vệ môi trường sống nữa.

Tại sao lại thế được? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu.

Đầu tiên, năng lượng hạt nhân là gì và từ đâu mà ra?

Nếu bạn học chăm chỉ môn Vật lý lớp 12 thì chắc bạn cũng biết rồi. Năng lượng hạt nhân sinh ra từ phản ứng hạt nhân, phản ứng hạt nhân được sách giáo khoa định nghĩa là “mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân”. Có ba loại phản ứng hạt nhân chính mà học sinh Việt Nam được tìm hiểu trong chương trình vật lý phổ thông: sự phóng xạ, phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch. Ở đây chúng ta sẽ nói về phản ứng phân hạch là chủ yếu, do nó là công nghệ chính được áp dụng để sản xuất điện trong các lò phản ứng hiện nay.

Phản ứng phân hạch xảy ra khi một hạt nhân nặng vỡ ra thành các hạt nhân nhẹ hơn, nhỏ hơn, giải phóng photon gamma và năng lượng. Một trong những phản ứng phân hạch được biết tới nhiều nhất là phản ứng cho hạt nhân uranium hoặc plutonium hấp thụ hạt neutron và vỡ ra thành các hạt nhân có số khối nhẹ hơn. Năng lượng hạt nhân sinh ra từ phản ứng phân hạch dưới dạng động năng của các hạt sản phẩm, hoặc năng lượng của photon gamma.

Ưu điểm đầu tiên của năng lượng hạt nhân, chính là công suất cực lớn.

Theo hệ thức Einstein nổi tiếng E=mc^2 (năng lượng = khối lượng x bình phương vận tốc ánh sáng), một lượng vật chất phóng xạ rất nhỏ cũng có thể giải phóng cực nhiều năng lượng! Một vài con số cho bạn “choáng” này: một thanh vật liệu lò phản ứng nặng 6 gam chứa tiềm năng sản sinh năng lượng ngang với một tấn than, 454 lít dầu mỏ và 481 mét khối khí đốt! Chưa kể, vào năm 2017, các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới hoạt động với hiệu suất trung bình là 92%, con số này ở các nhà máy nhiệt điện than là 54%, còn với các tuốc bin gió và pin mặt trời thì… thật đáng hổ thẹn, chúng lần lượt chỉ đạt hiệu suất 37% và 27% (không khó hiểu, sẽ phải có những lúc lặng gió và nhiều mây chứ). Vậy là đã quá đủ để chứng tỏ năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng mạnh nhất đang được sử dụng.

Công suất lớn của các nhà máy điện hạt nhân đưa chúng ta tới ưu điểm tiếp theo của nó, chính là lợi ích về kinh tế. Và khi nhắc tới lợi ích kinh tế, xin đừng nghĩ rằng chỉ các tay trùm tư bản và tầng lớp tinh hoa của xã hội là được hưởng lợi, bởi người tiêu dùng thông thường như chúng ta cũng sẽ có phần.

Để cho trực quan, chúng ta sẽ cùng so sánh hai trong số các quốc gia phát triển nhất của loài người, cũng là hai trụ cột lớn trong ngôi nhà EU: Pháp và Đức.

Pháp là cường quốc hạt nhân số một thế giới, có một nền công nghiệp sản xuất điện hạt nhân hùng mạnh. 71% điện được sản xuất tại Pháp đến từ năng lượng hạt nhân - cao hơn bất cứ nơi nào trên thế giới. Ở chiều ngược lại, khoảng 1/3 lượng điện do Đức sản xuất đến từ các nguồn năng lượng “sạch”: gió, mặt trời, sinh khối và thủy điện. Chỉ 11% điện ở Đức đến từ các lò phản ứng hạt nhân, và họ đang tiến tới từ bỏ toàn bộ.

Kết quả là, người dân Pháp được hưởng mức giá điện thấp nhất ở Tây Âu. Theo số liệu của Eurostat, tiền điện trung bình tại Pháp rẻ hơn tới 26.5% so với mức trung bình của EU, và rẻ hơn Đức tới 79%! Còn tại Đức, Văn phòng Thống kê Liên bang cho hay năm 2020 là năm thứ hai liên tiếp người tiêu dùng ở quốc gia này chịu mức giá điện cao nhất châu lục.

Hãy tưởng tượng xem, sẽ thế nào nếu hóa đơn tiền điện hàng tháng của bạn giảm 25% so với mọi khi. Bạn sẽ tiết kiệm được bao nhiêu tiền? Rồi cả số tiền mà các nhà máy, phân xưởng, trung tâm thương mại, ngân hàng, bệnh viện, công trình xây dựng… có thể tiết kiệm được. Chưa hết, công suất điện khổng lồ cho phép quá trình công nghiệp hóa diễn ra được với tốc độ cao hơn nhiều, khi mà máy móc luôn dư thừa năng lượng để hoạt động. Chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì nhà máy điện hạt nhân chắc chắn là đắt đỏ, nhưng những lợi ích kinh tế của nó chắc chắn là không nên bỏ qua.

Hơn nữa, chi phí sản xuất điện của một nhà máy điện hạt nhân nếu so với nhiều loại năng lượng khác thì vẫn có thể rẻ hơn! Dưới đây là một bảng so sánh nếu bạn cần.

Ưu điểm thứ ba, và quan trọng nhất của năng lượng hạt nhân, chính là nó SẠCH!

Năng lượng hạt nhân KHÔNG SINH RA KHÍ THẢI CACBON. Đừng để hình ảnh những cái ống khói to vật ở các nhà máy điện hạt nhân đánh lừa bạn. Thực ra các ống khói đó đang xả ra… hơi nước đấy. Đúng vậy, hầu hết các lò phản ứng hiện nay dùng năng lượng hạt nhân để đun sôi nước và làm quay các tuốc bin để sản sinh ra điện. Do không liên quan gì đến việc đốt nhiên liệu hóa thạch, nên chẳng có tí CO2 nào trong đám khói đó đâu.

Bạn có biết rằng nhờ có năng lượng hạt nhân, vào năm 2019 Hoa Kỳ đã giảm được hơn 476 triệu tấn khí thải cacbon đioxit (tương đương với việc dừng sử dụng 100 triệu xe hơi), và con số này nhiều hơn tất cả các nguồn năng lượng sạch khác cộng lại không? Gần 500 triệu tấn CO2 đó có thể khiến nhiệt độ toàn cầu nóng lên, khiến băng ở các mỏm cực tan chảy, và đe dọa cuộc sống của hàng triệu người bằng các căn bệnh đường hô hấp như ung thư phổi. Năng lượng hạt nhân chính là một quân bài quan trọng cho nhân loại trong nỗ lực vừa chống biến đổi khí hậu, vừa phát triển khoa học công nghệ và kinh tế.

Tuy nhiên, nhắc đến năng lượng hạt nhân thì người ta lại nói về chất thải phóng xạ. Đây chính là “chiêu cuối” của những người bài trừ năng lượng hạt nhân.

Các chất phóng xạ đều có một thông số đi kèm, đó là chu kì bán rã, tức là khoảng thời gian để độ phóng xạ của nó giảm đi một nửa. Do giảm theo định luật hàm số mũ, nên độ phóng xạ của nó không bao giờ có thể đạt tới 0 được mà chỉ có thể giảm về mức tiệm cận 0 mà thôi. Không những thế, có những chất phóng xạ, chẳng hạn như uranium 235, có chu kì bán rã lên tới 700 triệu năm! Tức là nó gần như sẽ luôn luôn phóng xạ, kể cả khi con người đã tuyệt chủng! Việc xử lí các chất thải hạt nhân này chắc chắn là vô cùng quan trọng đối với tương lai nhân loại. Có 32 quốc gia trên thế giới sở hữu các lò phản ứng hạt nhân, nhưng chỉ một quốc gia thực sự xây một cơ sở nghiêm túc, sâu hơn 450 mét dưới lòng đất để chứa chất thải hạt nhân vĩnh viễn. Đó là Phần Lan. Các nước còn lại, họ đơn giản chôn nó ở một vị trí xa cách với sự sống (có thể là giữa sa mạc, các đài nguyên băng hoặc núi non không người qua lại), đặt nó trong các xilanh khổng lồ, chôn xuống rồi đổ bê tông lên.

Vứt đống chất thải nguy hiểm đấy ở một nơi không có sự sống và cầu nguyện rằng không có thằng đầu đất nào đó đi qua táy máy đào lên, chắc chắn là một ý tưởng RẤT TỆ. Nhưng thải cacbon đioxit, bụi chì và các loại khí gây mưa axit như SO2, NO2 thẳng vào bầu khí quyển mà chúng ta và các loài sinh vật đang hít thở hàng ngày, chắc chắn là một ý tưởng CÒN TỆ HƠN.

Ngoài ra, mỗi cơ sở điện hạt nhân có công suất trên 1000MW tại Mỹ có diện tích mặt bằng trung bình khoảng 0.67km2, trong khi các nhà máy điện mặt trời có công suất tương tự cần không gian gấp 75 lần! Còn nhà máy điện gió? 360 lần! Bạn sẽ phải chặt bao nhiêu cái cây, phá hủy môi trường sống của bao nhiêu loài sinh vật trong một không gian rộng lớn như thế? Nếu lắp đặt các tuốc bin gió ngoài khơi, liệu bạn có nghĩ đến những sinh vật xấu số sống trong lớp đáy biển ngoài kia? Bạn có biết đập thủy điện là một trong những loại công trình tàn phá cảnh quan thiên nhiên nhiều nhất và gây xáo trộn dòng chảy mạnh nhất? Không có công nghệ nào hoàn toàn thân thiện với môi trường cả, chỉ có cái nào gây ảnh hưởng nhiều hơn hay ít hơn mà thôi.

Bên cạnh đó, nhiều công nghệ mới cho phép tái chế uranium qua sử dụng. Than đá và dầu mỏ đương nhiên là không thể tái tạo. Còn các tấm pin mặt trời và tuốc bin gió hết hạn sau khoảng 20 năm vận hành cũng gần như không còn giá trị. Lúc đó, chúng sẽ lại bị đưa ra bãi rác, và rác thải lại trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Bạn có thể lập luận rằng loại “chất thải” này không độc hại bằng chất phóng xạ, tôi sẽ nói với bạn rằng 99.99% rác thải sinh hoạt của bạn cũng không độc hại bằng 1 gam chất phóng xạ, nhưng bạn cũng không thể chỉ “vứt” nó đi được. Việc sử dụng các loại đồng vị phóng xạ mới an toàn hơn, năng suất cao hơn cũng đã được phổ biến rộng rãi.

Hiệu suất cao, tốn ít nhiên liệu, không khí thải cacbon, chiếm ít diện tích vận hành, quy trình xử lí chất thải nghiêm ngặt. Quá đủ để coi năng lượng hạt nhân là năng lượng sạch rồi.

Nếu bạn lo ngại về vũ khí hạt nhân - “sản phẩm phụ” thường gặp của công nghệ nguyên tử, thì khả năng ngày mai nhân loại dùng đầu đạn nguyên tử hủy diệt lẫn nhau không cao hơn khả năng ngày mai bạn trúng xổ số độc đắc đâu. Chiến tranh hạt nhân từng là một chủ đề nóng bỏng những năm 60, nhưng ngày nay thì nó là một điều vô cùng khó xảy ra. Các nguyên thủ quốc gia thừa biết đây là cuộc chiến không có người thắng, và họ sẽ không ngu mà đi khai hỏa trước. Hơn nữa làm bom hạt nhân không dễ như bạn nghĩ đâu! Không thì Taliban đã chiếm luôn một ghế ở Hội đồng Bảo an Liên Hợp Quốc rồi!

Nếu bạn sợ những thảm họa hạt nhân như Chernobyl hay Fukushima, thì bạn cũng nên lo sợ những vụ vỡ đập thủy điện nữa đấy. Phản đối năng lượng hạt nhân vì các nhà máy có nguy cơ rò rỉ hoặc phát nổ, cũng giống như từ chối đi máy bay vì các vụ tai nạn vậy, trong khi tai nạn giao thông đường bộ xảy ra như cơm bữa.

Toàn bộ trữ lượng uranium của thế giới hiện nay là đủ cho nhân loại dùng trong vòng 230 năm tới - một khoảng thời gian quá đủ để nhân loại nghiên cứu và phát triển các công nghệ năng lượng mới an toàn, lâu dài và hiệu quả, chẳng hạn như các lò phản ứng sử dụng thorium thay vì uranium hoặc plutonium, hoặc xa hơn nữa là lò phản ứng nhiệt hạch (bài viết về phản ứng nhiệt hạch sẽ thú vị đấy, hãy cho tôi biết nếu bạn muốn nghe về nó nữa nhé).

Tổng kết lại, năng lượng hạt nhân có quá nhiều ưu điểm mà nhân loại không nên bỏ qua: công suất rất lớn, lợi ích kinh tế khổng lồ, và thân thiện với môi trường. Có thể nói rằng năng lượng hạt nhân chính là một lựa chọn khả thi cho tương lai dài hạn của nhân loại. Việt Nam chúng ta cũng không nên bỏ qua những lợi ích tuyệt vời đó, và tham gia vào cuộc chơi này, khi mà nó đáp ứng được cả hai mục tiêu là phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. Thứ mà chúng ta thiếu để có được một cơ sở hạt nhân, chính là nguồn lực kinh tế, nhân lực chất lượng, và sự ủng hộ của người dân.

Hai cái đầu thì theo thời gian có thể khắc phục được dần dần. Còn cái thứ ba thì, chừng nào dân ta vẫn còn “chọn cá không chọn thép”, chúng ta sẽ phải cất các bản thiết kế vào kho phủ bụi; các thanh uranium của chúng ta sẽ phải bàn giao lại cho nước ngoài; còn các kỹ sư, nhà khoa học, sinh viên được đầu tư bao nhiêu tiền của để học vật lý hạt nhân hàng chục năm ở Nga và châu Âu có lẽ sẽ buộc phải lựa chọn ở lại bên đó - với mức lương ổn định, chế tài đãi ngộ tốt và địa vị xã hội cao - chứ không thể nào về mà "cống hiến" được.

"Tôi thích sánh vai cường quốc năm châu, nhưng tôi vẫn thích tôm cá. Tôi không thích đánh đổi đâu. Các anh không chiều được tôi là các anh dở nhá".