Hiện 10 nhà máy năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới đều nằm ở sa mạc hoặc vùng khô cạn. Tuy nhiên, điều này có thể tạo ra hậu quả rất không mong muốn.
Trang trại năng lượng khổng lồ
Các nhà nghiên cứu mường tượng rằng việc biến sa mạc lớn nhất thế giới là Sahara thành một trang trại năng lượng mặt trời khổng lồ, có khả năng đáp ứng gấp 4 lần nhu cầu năng lượng hiện tại của thế giới. Các bản thiết kế được vạch ra cho các dự án ở Tunisia và Maroc sẽ cung cấp điện cho hàng triệu hộ gia đình ở châu Âu.
Trong khi bề mặt màu đen của các tấm pin mặt trời hấp thụ hầu hết ánh sáng mặt trời chiếu xuống thì chỉ một phần nhỏ (15%) năng lượng nhận về được chuyển đổi thành điện năng. Phần còn lại sẽ bị trả lại môi trường dưới dạng nhiệt.
Các tấm pin này thường có màu tối hơn nhiều so với bề mặt sa mạc mà chúng bao phủ, do đó một lượng lớn pin mặt trời sẽ hấp thụ rất nhiều năng lượng bổ sung và phát ra dưới dạng nhiệt, gây ảnh hưởng tới khí hậu.
Nếu những tác động này chỉ mang tính cục bộ, chúng có thể sẽ không thành vấn đề ở một sa mạc có dân cư thưa thớt. Thế nhưng quy mô các công trình cần lắp đặt để làm giảm nhu cầu năng lượng hóa thạch của thế giới sẽ rất lớn, bao phủ hàng nghìn km vuông.
Do đó nhiệt phát ra từ một khu vực có kích cỡ lớn này sẽ được không khí đưa trở lại vào khí quyển, gây ảnh hưởng tới khí hậu của khu vực và toàn cầu.
Một Sahara xanh hơn
Một nghiên cứu năm 2018 do Mỹ dẫn đầu đã sử dụng mô hình khí hậu để mô phỏng các tác động của albedo mức thấp đối với bề mặt đất của sa mạc do lắp đặt các trang trại năng lượng mặt trời lớn. Albedo là thước đo mức độ phản xạ ánh sáng mặt trời của các bề mặt. Ví dụ, cát phản chiếu nhiều hơn so với một tấm pin mặt trời và do đó cát có albedo cao hơn.
Mô hình trên cho thấy khi kích thước của trang trại năng lượng mặt trời đạt 20% tổng diện tích của Sahara, nó sẽ kích hoạt một vòng tác động. Nhiệt tỏa ra từ các tấm pin mặt trời có màu tối hơn (so với đất sa mạc có mức phản chiếu mạnh) tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa đất liền và các đại dương xung quanh, cuối cùng làm giảm áp suất không khí bề mặt, khiến không khí ẩm tăng lên và ngưng tụ thành những giọt mưa.
Với lượng mưa nhiều hơn, thực vật sẽ phát triển và sa mạc phản chiếu ít năng lượng mặt trời hơn do thực vật hấp thụ ánh sáng tốt hơn so với cát và đất. Khi có thêm nhiều thực vật tồn tại, nước sẽ bốc hơi nhiều hơn, tạo ra một môi trường ẩm ướt, khiến thảm thực vật lan rộng.
Kịch bản này có vẻ huyền ảo nhưng các nhà nghiên cứu cho thấy một vòng tác động tương tự đã giữ cho phần lớn màu xanh của Sahara trong Thời kỳ ẩm ướt của châu Phi chỉ kết thúc cách đây 5.000 năm.
Vì vậy, một trang trại năng lượng khổng lồ có thể tạo ra năng lượng dồi dào nhằm đáp ứng nhu cầu toàn cầu, đồng thời biến một trong những môi trường khắc nghiệt nhất Trái đất thành một ốc đảo có thể sinh sống được. Đây quả thật là một điều khá hoàn hảo!
Tuy nhiên, thực tế không đơn giản như vậy. Trong một nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã sử dụng mô hình hệ thống Trái đất tiên tiến để kiểm tra chặt chẽ xem các trang trại năng lượng mặt trời ở Sahara tương tác với khí hậu như thế nào.
Mô hình này tính đến những phản hồi phức tạp giữa các vùng tương tác của khí hậu trên thế giới như khí quyển, đại dương, đất liền với hệ sinh thái của nó. Nó cho thấy có thể có những tác động không mong muốn ở những vùng xa xôi trong đất liền và đại dương để có được bất kỳ lợi ích nào của khu vực mà các tấm pin ở chính Sahara mang lại.
Có thể gây thiên tai ở nhiều nơi?
Theo mô hình trên, nếu bao phủ 20% diện tích sa mạc Sahara bằng các trang trại năng lượng mặt trời, nhiệt độ ở địa phương trong sa mạc sẽ bị tăng 1,5 độ C. Ở mức độ bao phủ 50%, nhiệt độ sẽ tăng lên là 2,5 độ C. Sự nóng lên này cuối cùng sẽ lan ra toàn cầu thông qua bầu khí quyển và sự chuyển động của đại dương, khiến nhiệt độ trung bình của thế giới tăng thêm 0,16 độ C với độ phủ 20% và 0,39 độ C với độ che phủ 50%.
Tuy nhiên, sự thay đổi nhiệt độ toàn cầu không đều, các vùng ở 2 cực của Trái đất sẽ ấm hơn các vùng nhiệt đới, làm tăng lượng băng biển mất đi ở Bắc Cực. Điều này có thể làm tăng tốc độ ấm hơn nữa vì băng biển tan chảy để lộ ra nước sẫm màu phía dưới sẽ hấp thụ nhiều năng lượng mặt trời hơn.
Nguồn nhiệt mới khổng lồ này ở sa mạc Sahara sẽ khiến sự lưu thông không khí và đại dương toàn cầu bị thay đổi, ảnh hưởng đến lượng mưa trên khắp thế giới. Dải mưa lớn hẹp ở vùng nhiệt đới, chiếm hơn 30% lượng mưa toàn cầu và hỗ trợ các khu rừng nhiệt đới ở lưu vực sông Amazon và lưu vực Congo, sẽ dịch chuyển về phía Bắc trong mô phỏng trên.
Đối với vùng Amazon, việc này gây ra hạn hán vì ít lượng ẩm đến từ đại dương ít hơn. Lượng mưa đổ thêm xuống Sahara do hiệu ứng làm tối của các tấm mặt trời gần bằng lượng mưa bị mất khỏi Amazon. Mô hình cũng dự đoán các cơn bão sẽ diễn ra thường xuyên hơn tại Bắc Mỹ và bờ biển Đông Á.
Một số quy trình quan trọng vẫn còn thiếu trong mô hình trên, như bụi thổi từ các sa mạc lớn. Bụi ở Sahara được gió mang theo là một nguồn dinh dưỡng quan trọng của Amazon và Đại Tây Dương. Vì vậy, một Sahara xanh hơn có thể có tác động lên toàn cầu thậm chí còn lớn hơn những gì các mô phỏng đưa ra.
Chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu những hậu quả tiềm năng khi thiết lập các trang trại mặt trời khổng lồ trên các sa mạc lớn của thế giới. Tuy những giải pháp như thế này có thể giúp xã hội chuyển đổi từ việc dùng năng lượng hóa thạch sang năng lượng sạch nhưng cần chú ý xem xét nhiều phản ứng kết hợp của bầu khí quyển, đại dương và bề mặt Trái đất khi cân nhắc lợi ích và rủi ro của chúng.
