Đang tải... (xem toàn văn)
Lịch sử đã chứng minh, năng lượng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội loài người. Quốc gia nào giàu có về năng lượng và tự chủ được năng lượng, quốc gia đó sẽ có điều kiện rất lợi để phát triển kinh tế.Nguồn năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng quan trọng nhất cho đến hiện nay, cung cấp trên 80% năng lượng sơ cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh khối truyền thống, nhiên liệu hóa thạch được sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ (35%), than đá (25%), khí thiên nhiên (21%).
1 | P a g e 1. Tổng quan về vấn đề năng lượng và nhiên liệu hóa thạch Lịch sử đã chứng minh, năng lượng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội loài người. Quốc gia nào giàu có về năng lượng và tự chủ được năng lượng, quốc gia đó sẽ có điều kiện rất lợi để phát triển kinh tế. Nguồn năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng quan trọng nhất cho đến hiện nay, cung cấp trên 80% năng lượng sơ cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh khối truyền thống, nhiên liệu hóa thạch được sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ (35%), than đá (25%), khí thiên nhiên (21%). Tuy nhiên, trữ lượng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn. Và vấn đề an ninh năng lượng thế giới đang bị đe dọa khi chúng ta đang phải đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tương lai không xa. Nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel) là tên gọi chung cho những nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch nằm ở trong lớp vỏ 2 | P a g e Trái Đất, gồm những hợp chất có tỉ lệ các nguyên tố C/H trong phân tử khác nhau, từ giá trị thấp như methan (CH4) ở thể khí đến dầu mỏ ở thể lỏng và cuối cùng là đến những khoáng vật hầu như chỉ chứa carbon là than antracit. Được tạo thành bởi quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật chết bị chôn vùi trong lòng đất dưới áp suất và nhiệt độ cao, qua thời gian lâu dài có thể đến hàng trăm triệu năm. Nhiên liệu hóa t hạch là nguồn tài nguyên không tái tạo được. 3 | P a g e 2. Các loại nhiên liệu hóa thạch và tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng chúng 2.1.Than đá (coal) 2.1.1 Thế nào là than đá? Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch, được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy, nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị oxi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). (http://vi.wikipedia.org/wiki/Than_%C4%91%C3%A1) Hì nh 2.1: Than đá 2.1.2. Nguồn gốc và quá trình hình thành than đá - Nguồn gốc: than đá có nguồn gốc từ thực vật. - Quá trình hình thành: 4 | P a g e Hình 2.2: Quá trình hình thành than và sơ đồ cấp than (Nguồn: http://www.uky.edu/KGS/coal/coalform_download.htm) 5 | P a g e Cách đây hàng trăm triệu năm, các khu rừng rậm trên Trái Đất bị chôn vùi. Được bùn và nước bao phủ, cây không bị phân hủy sinh học và oxy hóa. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao làm cho thân cây bị cacbon hóa và tạo thành than đá. Tóm tắt quá trình: chất hữu cơ (thực vật) => peat (than bùn) => lignite (than nâu)=> sub-bituminous (than mỡ non) => bituminuos (than mỡ) => than anthracite. Trong đó, than anthracite là than cứng nhất và có hàm lượng carbon cao nhất. 2.1.3 Thành phần của than đá Trong than đá, nguyên tố carbon chiếm phần lớn. Hiện nay, người ta đã tìn thấy 76 nguyên tố có mặt trong than, chủ yếu là các nguyên tố C, H, O, N, S. Các nguyên tố có hàm lượng ít hơn là: Fe, Si, Mg, Ca, Mn, P, K, . Ngoài ra, còn có các nguyên tố ở dạng vết: selenium, thủy ngân, arsen, cadmium, Trong quá trình hình thành than, một số nguyên tố kết hợp với nhau tạo thành khoảng 120 loại khoáng vật, như khoáng thạch anh, khoáng đất sét, pyrite (FeS 2 ), calcite, 6 | P a g e 2.1.4 Trữ lượng than đá trên thế giới Bảng 2.1: Trữ lượng than trên thế giới (World energy Council 2010, BP Statistical Review, 2011) Châu lục Trữ lượng, triệu tấn Tỉ lệ, % Tỉ sô R/P, năm Bắc Mỹ 245 088 28,5 231 Trung và Nam Mỹ 12 508 1,5 148 Châu Âu và Á – Âu 304 604 35,4 257 Trung Đông và châu Phi 32 895 3,8 127 Châu Á – Thái Bình Dương 265 843 30,9 57 Toàn cầu 860 938 100 118 ( Nguồn: Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 38) Trữ lượng than đá hiện nay trên thế giới ước tính khoảng 860 triệu tấn và có mặt trên 100 quốc gia, nhiều nhất là Hoa Kì (22%), tiếp đến là Nga và Trung Quốc. Tỉ số trữ lượng trên sản lượng, R/P ( Reserved-to- production ratio) cho ta biết thời gian khai thác còn lại của nguồn lợi đó nếu tiếp tục khai thác chúng với tốc độ hiện tại. Như vậy, con người chỉ có thể khác thác than trong vòng hơn một thế kỉ nữa (118 năm). 7 | P a g e Tổng lượng tiêu thụ than trên thế giới khoảng 6,75 tỉ tấn vào năm 2006 và ước tình tăng đến 9,98 tỉ tấn vào năm 2030. Theo Hội đồng Năng lượng quốc tế WEC năm 2010, sản lượng than của Việt Nam là 150 triệu tấn (chủ yếu là than antraxit), thấp hơn rất nhiều so với các báo cáo trước đó. Như vậy, với các dự án nhà máy nhiệt điện than hiện nay thì đến năm 2020 nước ta sẽ phải nhập khẩu than để đảm bảo nhu cầu tiêu thụ trong nước. 2.1.5 Vai trò của than đá Than đá được sử dụng rất phổ biến trong đời sống và sản xuất. Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa và sưởi ấm. than đá được sử dụng phổ biến khi động cơ máy hơi nước ra đời. Ngày nay, than đá chủ yếu dùng làm nhiên liệu để sản xuất điện, luyện kim, và các ngành công nghiệp khác. Khoảng 40% năng lượng điện trên thế giới được sản xuất từ than đá. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa học như: dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo, phân bón,… Ngoài ra, do có 8 | P a g e tính chất hấp phụ các chất độc, than còn được sử dụng để chế tạo mặt nạ phòng độc, lọc nước,… 2.1.6 Tác động môi trường của việc sử dụng than đá Quá trình khai thác và chế biến than có ảnh hưởng rất lớn đối với hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đặc biệt là nguồn nước. Việc đốt than gây ra rất nhiều tác động xấu đến môi trường. Sản phẩm của quá trình đốt than rất phức tạp, bao gồm phần rắn và phần bay hơi (chủ yếu là CO2). VD: Khoáng pyrite (FeS 2 ) khi cháy tách ra thành lưu huỳnh và sắt, sắt kết hợp với oxygen thành oxide sắt nằm ở phần rắn, còn lưu huỳnh khi kết hợp với oxygen thành SO x bay vào khí quyển.Một số nguyên tố như selenium, thủy ngân, cũng bay hơi theo sản phẩm cháy. Ngoài ra, còn có một lượng tro bụi cũng bay vào khí quyển. Khi dùng than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, mỗi kg than khi đốt cháy, ta thu được khoảng 2 kWh điện, với hiệu suất suất rất thấp khoảng 30 - 40%. Về mặt môi trường, mỗi kg than thương mại (có hàm lượng carbon ít nhất 70%), sinh ra 9 | P a g e 2,93 kg khí carbonic. Như vậy, mỗi kWh điện sản xuất ra tương ứng với sự phát thải 1,47 kg khí carbonic. Điều này chứng tỏ than đá là nguồn thải khí CO 2 lớn nhất, là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Ngoài ra, khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra hàm lượng lớn khí SOx, NOx, là nguyên nhân gây mưa acid. Hình 2.3: Quá trình hình thành mưa acid (http://www.asdlib.org/onlineArticles/ecourseware/Manahan/En vChBasicsCondensedLect.pdf) 10 | P a g e - Tro bụi từ quá trình đốt than cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng Hình 2.4: Ô nhiễm không khí do đốt than ở Trung Quốc (http://www.khoahoc.com.vn/doisong/moi- truong/tham-hoa/47402_than-da-ke-tan-pha- moi-truong-lon-nhat.aspx) 2.2. Dầu mỏ (petroleum) 2.2.1 Thế nào là dầu mỏ? Dầu mỏ là hỗn hợp các hydrocarbon với phân tử lượng khác nhau cùng với các hợp chất hữu cơ khác. Là một chất lỏng sánh đặc, có màu nâu hoặc ngã lục. [...]... phẩm, sáp màu, kẹo cao su,… 16 | P a g e Hình 2.8: Một số ứng dụng của dầu mỏ trong đời sống (Nguồn: Internet) 2.2.6 Tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ Việc khai thác và vận chuyển dầu tiềm ẩn nhiều nguy cơ như tràn dầu do chìm tàu, rò rỉ đường ống, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến biển và bờ biển, ảnh hường lớn đến nguồn lợi thủy sản và. .. đã giảm đi 40% Lượng lưu huỳnh thải ra từ than cũng được giảm thiểu trong quá trình áp dụng các công nghệ đó hay thông qua các công nghệ phân tách thuỷ ngân như bơm than hoạt tính Trên thực tế, việc phát thải lưu huỳnh trong quá trình đốt than có thể được giảm đi 90% bằng các công nghệ đã có 3.1.2 Dầu mỏ Nâng cao hiệu suất khai thác dầu mỏ Phương pháp bơm CO2 vào các mỏ dầu khí, cho phép tiếp tục khai. .. nhưng so với than đá và dầu mỏ thì đây là nguồn ít gây ô nhiễm nhất 24 | P a g e 3 Những biện pháp giảm thiểu ô nhiễm _ Những nguồn năng lượng mới Biện pháp sơ đẳng nhất là giảm lượng NLHT sử dụng nhưng không làm tổn hại đến sự phát triển kinh tế của thế giới, bằng cách: - Áp dụng những kỹ thuật mới để tăng hiệu suất sử dụng - Sử dụng các nguồn năng lượng mới để thay thế 3.1 Áp dụng những kỹ thuật... Trung Quốc,… 2.2.5 Vai trò của dầu mỏ Dầu mỏ có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay, là loại nhiên liệu hóa thạch được sử dụng phổ biến nhất Dầu mỏ được sử dụng chủ yếu để sản xuất nhiên liệu và cung cấp cho ngành công nghiệp hóa dầu Trước đây, dầu mỏ còn được dùng để sản xuất điện Những ứng dụng thường gặp của dầu mỏ là: làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nhựa đường, chất dẻo,... 2.3.2 Nguồn gốc và quá trình hình thành - Nguồn gốc: Khí thiên nhiên có nguồn gốc từ dầu mỏ - Quá trình hình thành: Dầu mỏ ban đầu là hỗn hợp của các hydrocarbon có phân tử lượng lớn, mạch carbon chứa từ 30 - 40 nguyên tử carbon, khi chìm sâu trong lòng đất với áp suất lớn và nhiệt độ tăng, các phân tử bị cắt mạch thành các phân tử nhỏ hơn Do dó các mỏ dầu nằm càng sâu thì dầu càng ít và khí càng nhiều... hiệu suất sử dụng 3.1.1 Than đá - Tăng hiệu suất nhà máy nhiệt điện Công nghệ trong tương lai phải đáp ứng yêu cầu cơ bản là hiệu suất cao, thân thiện với môi trường và có chi phí đầu tư hợp lý Hiệu suất cao một mặt làm giảm tiêu hao nhiên liệu, mặt khác làm giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường Vấn đề môi trường đang đòi hỏi các nhà máy điện đốt than phải áp dụng các kỹ thuật và thiết... thành từ các vật liệu còn sót lại sau quá trình phân rã xác các động vật và tảo biển nhỏ thời tiền sử trong các đại dương, dần dần lắng đọng tạo nên một lớp vật chất hữu cơ Lớp vật chất hữu cơ này bị chôn sâu dưới lớp trầm tích dày trải qua hàng chục, hàng trăm triệu năm dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất được chuyển hóa thành các hydrocarbon, là tiền thân của dầu Dầu được sinh ra rải rác trong các. .. thể được khai thác bằng cách 13 | P a g e khoan và bơm 2.2.3 Thành phần của dầu mỏ Dầu mỏ là hỗn hợp của nhiều hydrocabon: alkan (paraffin), cycloalkan và các hydrocarbon vòng thơm Ngoài ra còn có nitrogen, oxygen, lưu huỳnh,… Hàm lượng carbon (>80%), hydrogen (10 – 14%), lưu huỳnh (0,05 – 6%),… Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn Hình 2.7: Quá trình chưng... chứa nhiều nhiên liệu chưa cháy là hydrocarbon, sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn là CO, sản phẩm của nhiệt độ và áp suất cao trong buồng đốt là các hợp chất chứa N là NOx, cũng CO2 và hơi nước Khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính, còn các hợp chất CO, NOx là các chất khí gây nguy hại cho con người + Tác hại của NOx Trong tầng đối lưu, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, NOx có thể phản ứng tạo... 2.5: Dầu thô Việt Nam 2.2.2 Nguồn gốc và quá trình hình thành dầu mỏ Hình 2.6: Quá trình hình thành dầu mỏ (http://www.m2c3.com/chemistry/VLI/M3_Topic1/M3_Topic1_ print.html) Có nhiều giả thuyết được đưa ra để giải thích sự hình 12 | P a g e thành dầu mỏ, nhưng giả thuyết phổ biến và được đông đảo các nhà khoa học đồng thuận là thuyết sinh vật học (thuyết nguồn gốc hữu cơ) Theo lý thuyết này, dầu mỏ . mỹ phẩm, sáp màu, kẹo cao su,…. 16 | P a g e Hình 2.8: Một số ứng dụng của dầu mỏ trong đời sống (Nguồn: Internet) 2.2.6 Tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng dầu. hóa t hạch là nguồn tài nguyên không tái tạo được. 3 | P a g e 2. Các loại nhiên liệu hóa thạch và tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng chúng 2.1.Than đá (coal) 2.1.1. dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ Việc khai thác và vận chuyển dầu tiềm ẩn nhiều nguy cơ như tràn dầu do chìm tàu, rò rỉ đường ống, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến biển và bờ biển, ảnh hường lớn đến