Chương 6 ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG CÁC QUÁ TRÌNH
6.2. Sản xuất điện năng
Điện năng là nguồn cung cấp năng lượng trực tiếp hiện nay cho các hoạt động của con người. Điện năng có thể được sản xuất bằng nhiều con đường như nhiệt điện, thuỷ điện, điện hạt nhân, điện mặt trời, phong điện,…
Độc học môi trường của ba loại sản sinh điện năng chủ yếu (nhiệt điện, điện hạt nhân và thuỷ điện) được giới thiệu dưới đây
6.2.1. Sản xuất điện từ nhiên liệu hoá thạch
Sự chiết tách nhiên liệu hoá thạch từ các nguồn địa chất (mỏ than, mỏ dầu) tạo ra nước rỉ axit từ mỏ than, dầu và khí, ở đây có rủi ro ô nhiễm cho các hệ sinh vật trên cạn và dưới nước (nổ ống dẫn khí, rò rỉ bồn chứa, tràn dầu).
Sự đốt cháy nhiên liệu hoá thạch là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm khí quyển:
CO2 là một trong số các khí gây hiệu ứng nhà kính (chính); SO2 và NOx đóng vai trò trong sự lắng đọng axit, NOx cũng làm biến đổi tầng ozon và tạo ra các chất độc oxi hoá trong khí quyển.
Các chất ô nhiễm kim loại tích tụ trong nhiên liệu hoá thạch do thành phần sinh học trong nhiên liệu kết hợp với chúng khi hình thành, như As, Hg và các kim loại khác được giải phóng ra trong quá trình và đốt cháy nhiên liệu. Các nguyên tố bay hơi Hg và kém hơn là Cd được giải phóng ra ở dạng khí, bụi có khuynh hướng phát tán đi xa.
Florua cũng được giải phóng ra khi đốt than.
6.2.2. Sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân
Sự khai thác năng lượng hạt nhân để sản xuất điện là một kĩ thuật tương đối mới, khoảng 60 năm trở lại đây, và đang được phát triển mạnh. Hiện điện hạt nhân chiếm khoảng 20% sản lượng điện của thế giới với khoảng 33 nước có sở hữu điện hạt nhân.
Chu kì nhiên liệu hạt nhân bắt đầu từ việc khai thác quặng urani. Các ảnh hưởng độc của sự tách và tinh chế nói chung cũng giống những gì gặp phải như khi khai thác các mỏ kim loại nhưng với sự quan tâm thêm là sự giải phóng ra các chất phóng xạ ở
từng giai đoạn của quá trình. Quặng urani nói chung là quặng sunfua, nghĩa là sinh ra axit. Kiểu tách đá mang quặng được quyết định tuỳ thạôc vào độ sâu và sự phân bố của chúng. Sự khai thác theo cách bóc lớp và hầm lò sử dụng các thết bị hạng năng để tách quặng khỏi vỉa và nghiền tán nó để chuẩn bị cho quá trình làm giàu và sự kết hợp đá thải, các dòng chảy và nước rỉ mỏ có thể tác động những ảnh hưởng hoá học, vật lí, sinh học có ý nghĩa thông qua đồng vị phóng xạ cho nước bề mặt, đất và khu hệ sinh vật. Vật liệu phóng xạ thường phân rã tới mức an toàn đòi hỏi ít nhất là 50 năm.
Quặng urani đã được làm sạch (UO2) là sản phẩm sau cùng nhận được từ khai thác và nghiền được tinh chế tiếp để đạt đến cấp độ urani hạt nhân. Sự tinh chế được thực hiện bằng quá trình khô hoặc ướt. Quá trình ướt, chủ yếu dùng các phương tiện tinh chế thương mại, sử dụng sự bay hơi của florua khan (sử dụng axit flohiđric để chuyển urani thành dạng tetraflorua, sau đó cho phản ứng tiếp với flo khí dưới những điều kiện đặc biệt để tạo thành UF6). UF6 sau đó được làm nóng chảy để giải phóng kim loại và tạo thành các thanh kim loại hoặc được rang với hơi nước và khí hiđro để tạo thành vật liệu sứ UO2 và được ép thành viên rắn để tạo thanh nhiên liệu. Sự chuyển từ urani đã làm sạch thành thanh nhiên liệu cho các loại lò phản ứng khác nhau, nói chung không được để gây ra rủi ro bất kì nào làm ô nhiễm môi trường. Khâu còn lại liên quan đến lò phản ứng, các sự cố hạn hữu và sự thải bỏ chất thải phóng xạ cao sau sử dụng.
Bảng 6.1. Liều phóng xạ tương đối từ sản xuất điện nănga. Cơ quan Liều cực đại
cá nhân, mrem/năm Liều cộng đồng, người – rem/năm Nhà máy
đốt than Nhà máy hạt nhân
Nhà máy đốt thanb
Chiều cao ống khói Nhà máy hạt nhân 325 phút 650 phút 975 phút
Toàn thân 1,9 1,8 21 19 18 13
Xương 18,2 2,7 225 192 180 20
Phổi 1,9 1,2 29 23 21 9
Tuyến giáp 1,9 3,8 21 19 18 12
Thận 3,4 1,3 50 43 41 9
Gan 2,4 1,3 29 26 25 10
Lá lách 2,7 1,1 34 31 29 8
a - nhà máy điện đốt than và nhà máy điện hạt nhân có cùng công suất 1000 MW (e) b - giả thiết tro giải phóng ra 1% và than chứa 1 ppm U và 2 ppm Th
Trong sự vận hành lò phản ứng, ngày nay được quan tâm đặc biệt là sự đảm bảo an toàn cho công nhân và cư dân sống gần. Sự giải phóng các chất phóng xạ phải không hoặc cực kì nhỏ, còn phải dưới cả mức phóng xạ của một nhà máy điện đốt than cùng cỡ
(bảng 6.1). Có ý nghĩa sinh thái lớn khi này là các dòng nước nhiệt được sinh ra bởi các nhà máy năng lượng hạt nhân đòi hỏi một lượng nước lạnh khổng lồ cần thiết để ngưng hơi nước sau chạy tuabin cho vòng tuần hoàn. Các ảnh hưởng sinh thái của sự phóng thải như đã biết là hiệu ứng chuyển dịch trong thành phần các loài động và thực vật, sự phong phú loài, sự chết và tỉ lệ bệnh tật xảy ra. Các tai nạn ở nhà máy hạt nhân là sự quan tâm chủ yếu đối với cộng đồng. Sự thoát một lượng nhỏ chất phóng xạ và đơteri từ nhà máy nước nặng và lò phản ứng sử dụng nước nặng là đáng quan tâm, xong sự lo ngại chủ yếu là một số loại hư hại thảm hoạ xảy ra ở trong lõi của lò phản ứng.
Chất thải cuối (thanh nhiên liệu đã sử dụng) của bầt kì lò phản ứng hạt nhân nào còn có mức độ phóng xạ cao, cần nhiều thế kỉ để chúng phân rã tới mức an toàn cần phải được tàng trữ có kiểm soát lâu dài.
Bảng 6.2. Chất ô nhiễm liên quan đến sản xuất điện hạt nhân
Hoạt động Quá trình Các chất Các ảnh hưởng môi trường Tách urani
khỏi quặng
Khai thác mỏ dưới sâu hoặc mặt đất
Nước rỉ axit mỏ (axit sunfuric và kim loại hoà tan và các đồng vị phóng xạ)
Phá huỷ (cấp) hệ sinh thái dưới nước và phá huỷ các dòng chảy, khả năng gây ô nhiễm nước ngầm
Chiết tách
urani Nghiền và xử lí
nước Bùn mịn, chất sinh axit chứa kim loại, và các đồng vị phóng xạ
Đuôi quặng chiếm diện tích tương đối lớn trong môi trường bên ngoài, thường lấp đầy hồ tự nhiên, có khả năng bay bụi hạt chứa chất ô nhiễm nước mặt và nước ngầm
Phân rã hạt nhân trong lò phản ứng
Rỏ rỉ tai nạn (lõi bị chảy), xuyên tia (hiếm nhưng có khả năng)
Các đồng vị phóng xạ khác nhau bao gồm Pu-239, Co-60, Sr-90, Ce-137, triti (3H)
Ô nhiễm đất và nước bởi vật liệu phóng xạ, có thể dẫn đến phá huỷ tế bào và biến đổi gen
Sản xuất nước nặng và sử dụng
Quá trình làm giàu đơteri
Giải phóng H2S và đơtri vào khí quyển
Hiđrosunfua cực độc đối với động vật có vú
Chất thải phóng xạ cao từ nhà
máy điện hạt nhân
Bố trí loại bỏ lâu dài nhiên liệu lò phản ứng đã sử dụng và các vật liệu khác của nhà máy một cách lâu dài
Vật liệu tiếp tục phân rã phóng xạ hàng nghìn năm với sự sản sinh các đồng vị và nhiệt
Ô nhiễm đất, nước bề mặt và nước ngầm
Ngừng hoạt động nhà
máy khi đến hạn
Bảo quản và theo dõi lâu dài toàn bộ cấu trúc nhà máy hạt nhân
Chất thải nước phóng xạ cao
Có khả năng giải phóng chất phóng xạ vào môi trường nếu sự ngăn cách không tốt
Nhà máy năng lượng hạt nhân nào cũng chỉ có thời gian hoạt động có hạn, cần phải cho dừng và bảo quản khi đến hạn.
Bảng 6.2 tổng kết những nguồn chủ yếu ô nhiễm môi trường do sản xuất năng lượng hạt nhân gây ra. Sự phá huỷ phóng xạ đối với con người và hệ sinh thái gây ra do sự ô nhiễm môi trường bởi sự phóng xạ ion hoá, do đó cần phải tìm mọi cách để tránh được sự ô nhiễm đó.
6.2.3. Thuỷ điện
Sự sản xuất thuỷ điện bao gồm tích nước sau đập hoặc sử dụng dòng thác sẵn có và cho nước chảy chạy qua tua bin.
Thuỷ điện không nguy hiểm như điện hạt nhân, không gây ô nhiễm nhiều như nhiệt điện, song cũng có những ảnh hưởng.
Việc xây dựng đập thuỷ điện và tích nước làm mất đất sử dụng, sinh khí metan, ảnh hưởng đến đời sống hoang dã, phá vỡ lối sống của cư dân bản địa. Ở một số hồ thuỷ điện có hiện tượng như ta biết ở những vùng đất khi ngập nước lượng thuỷ ngân (cả tự nhiên và con người) chảy vào cùng các chất hữu cơ và các vi sinh vật chuyển hoá thuỷ ngân thành metyl thuỷ ngân, chất này được sinh tích luỹ và sinh tăng cường vào chuỗi thức ăn, gây ra những nồng độ không thể chấp nhận được trong cá. Tuy nhên nước hồ thuỷ điện là nước lưu động nên các hồ chứa cũ sự metyl hoá thuỷ ngân giảm xuống ở mức có thể chấp nhân được trong cá.