Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng gần như không cạn kiệt trên thang thời gian của con người và có thể khai thác rộng rãi. Điểm chung của các nguồn năng lượng này là trong quá trình sử dụng phát thải rất ít hoặc gần như không phát thải chất ô nhiễm độc hại, góp phần hạn chế hiệu ứng nhà kính và ứng phó biến đổi khí hậu.

Hầu hết các nguồn năng lượng tái tạo mà con người đang sử dụng hiện nay đều bắt nguồn từ hai nguồn chính: Mặt trời và Trái đất. Tuy vậy, trong thực tế, các chuyên gia thường chia năng lượng tái tạo thành năm nhóm chủ đạo với những đặc tính riêng biệt.

Năng lượng mặt trời

Những tấm pin mặt trời tại trung tâm nghiên cứu năng lượng tái tạo ở Mỹ. (Ảnh: Reuters)

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng thu được từ bức xạ của Mặt trời, gồm hai dạng chính là quang điện và nhiệt mặt trời.

Năng lượng mặt trời quang điện được tạo ra khi các tế bào quang điện hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi thành điện năng. Ưu điểm lớn của công nghệ này là tính linh hoạt, khi các tấm quang điện có thể lắp đặt ở quy mô hộ gia đình hoặc triển khai trong các nhà máy điện quy mô lớn.

Trong khi đó, hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng bức xạ để làm nóng chất lỏng, thường là nước, như trong các hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời. Khi kết hợp với hệ thống hội tụ như gương phản xạ, nhiệt độ có thể đạt khoảng 1.000 độ C, đủ để phục vụ phát điện.

Hạn chế lớn nhất của năng lượng mặt trời là tính gián đoạn, do chỉ khai thác được hiệu suất tốt nhất khi có ánh nắng. Tuy nhiên, công nghệ hiện đại ngay nay vẫn có thể sản xuất năng lượng khi trời ít nắng, đặc biệt với các hệ thống lưu trữ giúp đảm bảo cung cấp điện liên tục.

Năng lượng gió

Trang trại điện gió ngoài khơi bán đảo Guerande ở miền tây nước Pháp. (Ảnh: Reuters)

Các tua-bin gió hiện đại phát triển từ mô hình cối xay gió truyền thống. Thiết bị này tạo ra năng lượng (chủ yếu là điện) bằng cách khai thác động năng của luồng không khí chuyển động.

Tua-bin gió có thể lắp đặt trên đất liền hoặc ngoài khơi. Trong đó, tua-bin ngoài khơi thường có hiệu suất cao hơn nhờ điều kiện gió ổn định hơn, dù chi phí đầu tư và vận hành cao hơn.

Giống năng lượng mặt trời, năng lượng gió cũng phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Ngoài ra, việc lắp đặt tua-bin gió quy mô nhỏ tại hộ gia đình thường không khả thi, nên nguồn năng lượng này chủ yếu được phát triển ở quy mô công nghiệp.

Thủy điện

Đập thuỷ điện Bạch Hạc Than ở tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc. (Ảnh: Reuters)

Thủy điện là năng lượng thu được từ chuyển động của nước. So với năng lượng gió và mặt trời, thủy điện ít phụ thuộc hơn vào điều kiện thời tiết, nhưng phần lớn vẫn được phát triển ở quy mô lớn.

Các dạng thủy điện phổ biến gồm:

Thủy điện đập, xả nước qua tua-bin để phát điện.

Năng lượng thủy triều, khai thác chuyển động thủy triều do lực hấp dẫn của Mặt trăng.

Năng lượng dòng chảy biển, khai thác dòng hải lưu dưới nước.

Năng lượng sóng, tận dụng động năng của sóng biển.

Năng lượng nhiệt đại dương, khai thác chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nước sâu và mặt nước.

Năng lượng thẩm thấu, tạo điện từ chênh lệch độ mặn giữa nước ngọt và nước mặn.

Sinh khối

Từ thuở sơ khai, con người đã khai thác năng lượng của gỗ để sưởi ấm. (Ảnh: CC0)

Sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất nhiệt, điện hoặc nhiên liệu. Năng lượng được khai thác từ vật chất hữu cơ thông qua các phương pháp như đốt cháy, khí hóa, nhiệt phân hoặc sản xuất khí sinh học.

Ưu điểm của sinh khối là có thể sản xuất tại địa phương. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc phát triển sinh khối cần được kiểm soát để tránh cạnh tranh với sản xuất lương thực.

Các dạng sinh khối phổ biến gồm:

Gỗ, nguồn năng lượng truyền thống, có thể tạo nhiệt, điện hoặc nhiên liệu sinh học;

Nhiên liệu sinh học, được sản xuất từ cây trồng, vật liệu cellulose hoặc vi sinh vật như vi tảo.

Sinh khối chỉ được xem là năng lượng tái tạo khi tốc độ tái tạo lớn hơn tốc độ tiêu thụ.

Địa nhiệt

Hệ thống địa nhiệt khai thác nhiệt lượng của Trái đất. (Ảnh: Fotolia)

Địa nhiệt là nguồn năng lượng đến từ nhiệt bên trong Trái đất, chủ yếu hình thành từ quá trình phân rã phóng xạ trong các lớp đá. Đây là một trong số ít nguồn năng lượng tái tạo không phụ thuộc vào thời tiết.

Tùy theo độ sâu khai thác, địa nhiệt được chia thành: Địa nhiệt sâu (khoảng 2.500 m, nhiệt độ 150 - 250 độ C) dùng phát điện; địa nhiệt trung bình (30 - 150 độ C) dùng cho hệ thống sưởi khu vực; địa nhiệt nông (10 - 100 m, dưới 30 độ C) dùng cho hệ thống bơm nhiệt.

Để đảm bảo tính bền vững, tốc độ khai thác nhiệt không được vượt quá tốc độ tái tạo nhiệt tự nhiên của Trái đất.