CHƯƠNG II NHIÊN LIỆU THAN ĐÁ
5.2 Ảnh hưởng của việc đốt than
Hạn chế lớn nhất của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nói chung và than nói riêng là nó gây ra ô nhiễm không khí do sự phát thải CO2, SO2, NOx... Tính trên một đơn vị nhiệt lượng phát ra thì đốt than thải ra nhiều chất ô nhiễm hơn các nhiên liệu hoá thạch khác (dầu, khí). Chính vì vậy, việc đốt than đã gián tiếp góp phần vào quá trình biến đổi khí hậu làm suy thoái môi trường toàn cầu mà nổi bật là hiện tượng hiệu ứng nhà kính và mưa axit.
Hiệu ứng nhà kính: Chúng ta biết rằng, bức xạ Mặt trời là bức xạ sóng ngắn (năng lượng lớn) nên nó dễ dàng xuyên các lớp khí CO2 và tầng ozon để chiếu xuống trái đất.
Ngược lại, bức xạ nhiệt từ Mặt đất phát vào vũ trụ là bước sóng dài (yếu hơn ), nên nó bị hấp thụ (không xuyên qua được) bởi CO2 và hơi nước trong khí quyển. Cân bằng CO2 được duy trì nhờ sự hấp thụ của thực vật và hòa tan trong nước biển đại dương.
Như vậy, với một mức nào đó lượng CO2 trong khí quyển là cần thiết cho sự ổn định nhiệt trên trái đất cũng như cho quá trình quang hợp của thực vật .
Tuy nhiên, ngày nay con người đã thải CO2 vào khí quyển vượt quá mức cân bằng bình thường của nó (Chỉ riêng đốt than đá, mỗi năm đã thải vào khí quyển 2,5.1013 tấn CO2).
Điều này dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trên Trái Đất, người ta ước tính nếu nồng độ CO2 trong khí quyển tăng lên gấp đôi thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ tăng lên 3,60C. Sự nóng lên toàn cầu này sẽ làm tan băng cực, dâng mực nước biển gây ngập lụt những vùng ven biển. Nó có thể gây ra bão lụt ở một số vùng và hạn hán ở những vùng khác !!!Những sự biến đổi bất thường này của khí hậu vẫn chưa thể lường hết được.
Than chứa lưu huỳnh S, nitơ N. Khi đốt, chúng thải vào khí quyển các lưu huỳnh oxit (SO), nitơ oxit (N2O)...Các oxit này tạo nên axit tác dụng với hơi nước trong khí quyển làm cho mưa rơi xuống
Quá trình đốt cháy than cho sản xuất tạo ra khí gây hiệu ứng nhà kính và các chất ô nhiễm độc hại khác, bao gồm cacbon đioxit (CO2), các hợp chất thủy ngân, lưu huỳnh đioxit (SO2) và nitơ đioxit (NO2). Trên các nguyên liệu sản xuất điện than sản xuất gây ô nhiễm nhiều hơn bất kỳ nguồn nhiên liệu khác. Ngoài ra tất cả các bước sản xuất năng lượng than – khoáng sản, giao thông vận tải đều sản xuất khí thải nhà kính. Than có chứa khí mêtan (CH4) khí gây nên hiệu ứng nhà kính nhiều nhất, dễ cháy.
Hoạt động khai thác than làm thay đổi hệ sinh thái địa phương và môi trường sống của động vật hoang dã. Chất gây ô nhiễm tạo ra bởi khai thác than cũng góp phần vào mưa axit. Ngoài ra, đốt cháy than đá tạo ra tro một chất thải rắn có chứa kali và oxit kim loại. Ngoài ra, nhiều mỏ bị bỏ rơi vẫn còn chứa các chất ô nhiễm có hại và tiếp tục gây ô nhiễm đất và nguồn nước gần đó.
6 HẠN CHẾ, BIỆN PHÁP VÀ NHIÊN LIỆU XANH
-Làm sạch nhiên liệu đầu vào: Khoảng một nửa lượng lưu huỳnh trong than thường xuất hiện ở dạng pyrite (FeS2) và một nửa còn lại ở dạng lưu huỳnh(S) hữu cơ. Lưu huỳnh(S) hữu cơ thì khó khử còn loại dạng vô cơ phần lớn có thể tách khỏi than bằng các phương pháp lý, hóa. Và có tỉ trọng gấp 3,6 lần than nên có thể rửa sạch than để tách FeS2 ra.
Làm sạch than bằng phương pháp vật lý này không chỉ có thể tách được lưu huỳnh(S) khỏi than mà còn làm tăng chất lượng, tăng năng lượng trên đơn vị trọng lượng than do đó tăng hiệu quả buồng đốt.
-Sử dụng thiết bị lọc rửa khí: Chúng ta có thể giảm sự phát thải SO2 bằng cách cài đặt thiết bị lọc khí vào ống khói. Trong thiết bị lọc khí dùng vôi, sữa, vôi được phun vào luồng khí chứa SO2 và trung hòa nó. Lưu huỳnh(S) bị hấp thụ tách ra trở thành bùn sệt canxisulfit (CaSO3) hay canxisulfat (CaSO4) (thạch cao, có thể tái sử dụng trong xây dựng).
-Đốt than bằng giàn ghi hoá lỏng: Đây là một kỹ thuật với khá nhiều ưu điểm, cho hiệu quả làm sạch khí thải cũng như hiệu quả năng lượng cao. Trong lò hơi này than được nghiền trộn với bột đá vôi thành chất huyền phù (hoá lỏng) và phun mạnh cùng với không khí vào đáy giàn ghi. SO2 tác dụng với vôi tạo canxisulfat (CaSO4) rắn, rơi xuống đáy lò nung và được đem đi. Tỉ lệ tách S có thể đạt cao hơn 90%. Do đốt nóng, các phân tử hoá lỏng sẽ tiếp xúc trực tiếp với ống nồi hơi nên có thể truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt (tốt hơn truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ ở những lò thông thường). Vì thế, hiệu quả truyền nhiệt lò hơi tăng lên nên nhiệt độ lò có thể giảm chỉ bằng 1/2 nhiệt độ ở nồi hơi
thông thường (1600 độ xuống còn 800 độ), nhờ vậy giảm sự hình thành khí NOx (Nhiệt độ cao làm cho N2 và O2 trong khí quyển kết hợp, tạo ra nitơ oxit (N2O).
-Cải tiến lò đốt nhằm giảm thiểu NOx: Nitơ oxit được hình thành một phần từ sự oxy hoá nitơ có sẵn trong bản thân nhiên liệu và một phần từ sự oxit hóa nitơ trong không khí cháy. Một trong những kỹ thuật cải tiến quá trình đốt để giảm thiểu cả hai nguồn thải NOx trên là kỹ thuật không khí dư thừa thấp. Người ta tính toán khối lượng không khí cho quá trình đốt rất cẩn thận để lượng khí dư là tối thiểu (kỹ thuật này có thể giảm 15- 50%lượng NOx thải).
Kỹ thuật thứ hai phân kỳ quá trình đốt. Ban đầu, nhiên liệu cho cháy trong môi trường thiếu không khí, nitơ trong bản thân nhiên liệu cháy được phóng thích chủ yếu dưới dạng khí nitơ (N2 nhiều hơn NOx). Giai đoạn tiếp theo sẽ cho nhiều không khí hơn để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Phương pháp này giảm được lượng NOx sinh ra từ sự oxit hoá nitơ trong bản thân nhiên liệu nên lượng NOx thải giảm còn khoảng 45-60%.
6.1Một số nguyên tắc đổi mới để đảm bảo nguồn nguyên liệu than
Đối với Việt Nam, vấn đề an ninh năng lượng đặt ra yêu cầu cấp thiết. Việt Nam đã đưa ra “Chiến lược Phát triển năng lượng quốc gia” đến năm 2020, tầm nhìn 2050 đã cho thấy tương lai Việt Nam có nhiều cơ hội để mở rộng hợp tác trong lĩnh vực năng lượng, khai thác sử dụng và sản xuất năng lượng với các quốc gia tổ chức khu vực và trên thế giới. Các giải pháp phát triển bền vững ngành than để góp phần đảm bảo an ninh quốc gia được đề xuất trên cơ sở một số nguyên tắc sau đây:
- Nguyên tắc đầu tiên:Đó là đa dạng hóa nguồn cung năng lượng nói chung và than nói riêng nhằm tạo ra thị trường than ổn định, bền vững cả về lượng và chất trong phạm vi quốc gia và quốc tế.
- Nguyên tắc thứ hai:Là khả năng hồi phục nhanh, trong hệ thống cung cấp than có khả năng chống lại những cú sốc hoặc tác động của khủng hoảng bao gồm: năng suất các mỏ than dự phòng đủ lớn, các kho dự trữ than chiến lược theo chuỗi cung ứng than, nguồn cung thiết bị công nghệ đảm bảo.
- Nguyên tắc thứ ba: Là sự nhận thức về bản chất liên kết. Hiện nay ngoài VINACOMIN (sản lượng chiếm khoảng 85%) còn nhiều đơn vị khác tham gia khai thác than. Vì vậy cần tạo ra sự thống nhất về chính sách và kế hoạch điều phối các đơn vị sản xuất than có trách nhiệm góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia...
- Nguyên tắc thứ tư: Chính là tầm quan trọng của thông tin. Thông tin về trữ lượng và chất lượng than phải được thay đổi theo tiêu chuẩn quốc tế, được hội nhập thị trường thế giới và khu vực đặc biệt là thị trường tài chính mỏ.
- Nguyên tắc thứ năm: Mở rộng khái niệm an ninh năng lượng, đó là tính toàn cầu hóa của hệ thống an ninh năng lượng, gắn liền với duy trì ổn định toàn bộ chuỗi cung ứng than trong nước khu vực và toàn cầu.
6.2 Biến than đá thành nhiên liệu “xanh”
Cung ứng 25% nhu cầu năng lượng của thế giới với trữ lượng dồi dào và rộng khắp trong khi giá cả lại tương đối rẻ, than đá được xem là nguồn nhiên liệu “tình thế”
trong giai đoạn nhân loại đang cố gắng tách khỏi sự lệ thuộc vào dầu-khí và chuyển dần sang các dạng nhiên liệu bền vững, thân thiện với môi trường như năng lượng mặt trời và gió. Trước thực trạng dầu-khí luôn biến động giá và nguồn cung không ổn định, than đá được dự báo sẽ đóng vai trò chủ chốt trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong vòng 20 năm nữa. Để đảm bảo an ninh năng lượng, hiện nay không chỉ các nước tiêu thụ năng lượng hàng đầu như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ mà nhiều nước khác cũng đang tích cực nghiên cứu phát triển các công nghệ biến đổi than đá - vốn rất gây ô nhiễm cho môi trường - thành những dạng năng lượng sạch thay thế xăng dầu. Đi đầu trong xu hướng này là Trung Quốc - quốc gia sản xuất và tiêu thụ than đá lớn nhất thế giới hiện nay.
Theo kế hoạch phát triển khoa học công nghệ quốc gia của Trung Quốc công bố hồi tháng 2 năm nay thì trong vòng 15 năm tới nền kinh tế lớn thứ 4 Thế giới sẽ ưu tiên phát triển các công nghệ biến than đá – nguồn tài nguyên có trữ lượng dồi dào nhất hiện nay của nước này - thành nhiều dạng nhiên liệu sạch. Một trong số đó là công nghệ hút khí cacbon dioxit (CO2) sinh ra trong quá trình đốt than đá nhằm đạt mức thải CO2 gần bằng 0. Trung Quốc có trữ lượng than đá lớn thứ 3 thế giới và hơn 60% năng lượng của nước này được tạo ra từ than đá. Ước tính đến năm 2020, nhu cầu sử dụng than đá trên thế giới sẽ tăng lên 7,6 tỉ tấn/năm so với mức 5,3 tỉ tấn hiện nay. Trong đó riêng mức sử dụng của Trung Quốc sẽ xấp xỉ 3 tỉ tấn.
Với khoảng 95% trữ lượng năng lượng là than đá trong khi dầu và khí đốt chỉ chiếm tương ứng 2% và 3%, Mỹ vừa khởi động sáng kiến “Tầm nhìn 21” - phát triển công nghệ phục vụ các nhà máy năng lượng vận hành bằng than đá theo hướng giảm mức giải phóng CO2 đến gần bằng 0. Vừa qua các nhà khoa học nước này loan báo đã cải tiến thành công công nghệ biến đổi than đá thành “diesel xanh”. Kỹ thuật chuyển đổi than đá và các nguồn cacbon khác thành nhiên liệu lỏng đã ra đời từ những năm 1920. Ngày nay, hầu hết các phương tiện vận chuyển lớn ở Nam Phi – một trong những nước có trữ lượng than đá lớn trên thế giới – đều chạy bằng nhiên liệu diesel sản xuất theo công nghệ này.
Nhóm chuyên gia hóa Đại học Carolina Bắc cải tiến qui trình chuyển đổi than đá thành diesel theo hướng “xanh” hơn bằng cách sử dụng các chất xúc tác đặc biệt để tái sắp xếp các nguyên tử cacbon trong than đá để hình thành các phân tử có hiệu suất năng lượng cao hơn trước khi chuyển hóa thành diesel.
So với dầu-khí, than đá là nguồn tài nguyên có ưu thế vượt trội hơn hẳn, chẳng hạn như phạm vi phân bổ rộng khắp các nước trên thế giới với trữ lượng có thể phục hồi ở khoảng 70 nước. Với mức khai thác như hiện nay ước tính trữ lượng than đá trên thế giới sẽ đủ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của nhân loại trong khoảng 200 năm nữa. Trong khi đó, hơn 68% trữ lượng dầu và 67% trữ lượng khí đốt trên thế giới tập trung chủ yếu ở Trung Đông và Nga. Với đà sử dụng không có xu hướng giảm như hiện nay nguồn dầu thô và khí đốt ước tính sẽ cạn kiệt trong vòng 45-65 năm nữa. Than đá đang cung ứng khoảng 25% nhu cầu năng lượng căn bản của toàn cầu và tạo ra 40% sản lượng điện năng cho thế giới. Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ than đá lớn nhất trên thế giới trong khi Mỹ là nơi có trữ lượng than đá lớn nhất hành tinh, kế đến là Ấn Độ, Trung Quốc, Australia, Nga, Ukraina, Phần Lan, Nam Phi, Canada..