Trong khi các nguồn năng lượng sạch truyền thống như năng lượng Mặt trời và năng lượng gió được kỳ vọng sẽ đóng vai trò hàng đầu trong việc giúp các quốc gia đạt được các mục tiêu về khí hậu trong thời gian ngắn, thì các giải pháp công nghệ cao hơn có thể cần thiết để đạt được các mục tiêu dài hạn.
Để phát triển các công nghệ đó, đòi hỏi rất nhiều nghiên cứu, tiền bạc và một chút may mắn. Dưới đây là một số công nghệ thu hút nhiều sự chú ý nhất hiện tại:
Nhiệt hạch
Quá trình hoạt động khi hạt nhân của hai nguyên tử phải chịu nhiệt độ cực cao, dẫn đến việc chúng hợp nhất thành một nguyên tử mới lớn hơn, tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ.
Bí quyết là hydro nhiên liệu thông thường phải được đốt nóng đến 150 triệu độ C, điều này cần rất nhiều năng lượng ngay từ đầu. Chưa có cơ sở nào thực hiện phản ứng nhiệt hạch giải phóng nhiều năng lượng hơn yêu cầu. Nhưng việc vận hành một nhà máy điện bằng phương pháp nhiệt hạch dẫn đến những trở ngại bổ sung, chẳng hạn như làm thế nào để ngăn chặn lượng nhiệt đó một cách tiết kiệm.
Các nhà khoa học tại Đại học Oxford, Viện Công nghệ Massachusetts và một số nơi khác cho biết họ đang đạt được nhiều tiến bộ. Chính phủ Anh tin rằng một mẫu thử nghiệm sẽ được đưa ra vào năm 2040.
Nhiệt hạch có lợi thế hơn so với quá trình phân hạch, được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân ngày nay để phá vỡ các nguyên tử bao gồm nhiên liệu có nguồn gốc từ nước, không phải uranium hoặc plutonium phóng xạ. Điều đó có nghĩa là phản ứng tổng hợp không tạo ra chất thải phóng xạ lâu dài.
Nhà máy hạt nhân tiên tiến
Các nhà máy hạt nhân tiên tiến sẽ nhỏ hơn các lò phản ứng hạt nhân khổng lồ hiện tại. Về mặt lý thuyết, chúng có thể được sử dụng ở các địa điểm xa xôi. Một số phiên bản có thể sử dụng chất thải hạt nhân làm nhiên liệu. Nhưng các lò phản ứng hạt nhân tiên tiến cũng là một thách thức để xây dựng.
Nhiều nhà phê bình nói rằng chúng cũng sẽ tạo ra nhiều chất thải cô đặc hơn và sẽ chạy bằng uranium được làm giàu hơn nhiều so với nhiên liệu trong các lò phản ứng ngày nay.
Tại Mỹ, Bill Gates muốn xây dựng một lò phản ứng Natrium ở Wyoming với giá khoảng 1 tỷ USD và có nhiều nhà máy cung cấp năng lượng cho lưới điện vào những năm 2030. Trung Quốc, Nga và Nhật Bản cũng đang nghiên cứu công nghệ này.
Thu giữ, lưu trữ carbon
Mới đây, tại Iceland, Climeworks AG đã hợp tác với công ty lưu trữ carbon Carbfix mở nhà máy lớn nhất thế giới để hút carbon dioxide ra khỏi không khí và bơm xuống lòng đất, nơi cuối cùng nó trở thành đá.
Đây là một trong 15 nhà máy thu nhận không khí trực tiếp (DAC) trên thế giới cùng nhau hút khoảng 9.000 tấn CO2 mỗi năm từ bầu trời. Nghe có vẻ ấn tượng, nhưng thực tế nó cũng chi tương đương với lượng khí thải thoát ra từ ống xả của 2.000 chiếc xe.
Chi phí cao, trong khoảng 600 USD cho mỗi tấn carbon dioxide thu được, có thể hạn chế tăng trưởng trong ngắn hạn. Nhưng chi phí sẽ giảm khi công nghệ được cải thiện.
Ngay cả việc thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) công nghệ thấp hơn, trong đó CO2 được thu giữ tại một khu công nghiệp thay vì từ không khí, đã có một con đường gập ghềnh. Một số nhà máy hút CO2 từ các nhà máy than để chôn dưới đất đã thất bại hoặc bị đóng băng.
Việc giảm thuế theo luật của Mỹ sẽ tăng tín dụng cho CCS lên khoảng 85 USD một tấn. Nhưng các nhà quan sát, bao gồm cả nhóm môi trường Sierra Club, nói rằng việc cung cấp các khoản tín dụng lớn có thể khuyến khích các nhà máy tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch.
Hydrogen
Được sử dụng từ lâu trong nhiên liệu tên lửa, hydro có thể được trộn với khí tự nhiên để đốt cháy sạch hơn nhiên liệu, hoặc được sử dụng trong xe chạy bằng pin nhiên liệu, giải phóng hơi nước dưới dạng khí thải. Nó cũng có thể được chiết xuất từ amoniac để làm nhiên liệu cho tàu.
Hydro sạch được sản xuất bằng năng lượng gió, năng lượng Mặt trời hoặc năng lượng hạt nhân, vì "hydro xám" ngày nay được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch. Nhưng chi phí đó cao hơn khoảng 4 lần.
Một lựa chọn khác, hydro xanh, được tạo ra bằng cách sử dụng các nhà máy khí đốt tự nhiên để thu nhận carbon, nhưng một số nhà khoa học nói rằng quá trình đó có thể giải phóng khí mê-tan, khiến hydro không sạch hơn khí tự nhiên.
Ả rập Xê-út, nước xuất khẩu dầu lớn nhất thế giới, đang lên kế hoạch xây dựng một nhà máy trị giá 5 tỷ USD tại thành phố tương lai NEOM để sản xuất hydro sạch.
Địa nhiệt
Các nhà máy điện địa nhiệt khai thác nhiệt độ lên tới 700 độ F (370 độ C) ở xa bề mặt trái đất để tạo ra hơi nước và làm quay các tuabin tạo ra điện.
Những quốc gia như Mỹ, Indonesia, Philippines và Kenya đang dẫn đầu về sản xuất điện địa nhiệt. Nhưng công nghệ này cần phải phát triển mạnh mẽ để đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch.
Mỹ có khả năng tạo ra 10% nhu cầu điện năng hiện tại của đất nước thông qua địa nhiệt, tăng từ 0,4% hiện nay do chi phí trả trước cao kìm hãm các khoản đầu tư. Trong khi đó, các quốc gia có ít tài nguyên nhiên liệu hóa thạch, bao gồm Nhật Bản và Singapore, đều hướng tới phát triển năng lượng địa nhiệt.