“Than sạch” năng lượng cho tương lai

Than là nhiên liệu sống còn đối với đa số quốc gia trên thế giới.
Đốt than không làm tăng thêm mức carbon dioxit (CO2) trên toàn cầu – một thách thức lớn về công nghệ – đang bước đầu được giải quyết. Công nghệ “than sạch” nhiều triển vọng nhất là: sử dụng than để sản xuất hydro từ nước, rồi chôn lượng CO2 sinh ra và đốt hydro để phát điện.
Thách thức lớn nhất là giảm giá thành để công nghệ “than sạch” cạnh tranh với năng lượng hạt nhân trên cơ sở “hầu như không phát thải” (near-zero emissions).
Than và “than sạch”
Than đã và đang là nguồn nhiên liệu cực kỳ quan trọng của loài người; trong tương lại vẫn vậy. Than cung cấp khoảng 23% nhu cầu năng lượng nói chung và 39% điện năng nói riêng. Khoảng 70% sản lượng thép trên thế giới phụ thuộc vào nguyên liệu than. Than cũng là nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng dồi dào nhất và phân bố rộng rãi nhất trên trái đất. Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) dự tính đến năm 2020 lượng than được sử dụng sẽ tăng 43% so với năm 2000.
Tuy nhiên, việc đốt than đã thải vào không khí khoảng 9 tỷ tấn CO2 mỗi năm; khoảng 70% lượng này là do phát điện. Một nghiên cứu ước tính việc phát điện chiếm 1/3 tổng lượng hơn 25 tỷ tấn CO2 đã sinh ra trên thế giới.
Công nghệ “than sạch” mới đang giải quyết vấn đề này để nguồn tài nguyên than khổng lồ trên thế giới được các thế hệ tương lại sử dụng mà không làm nóng trái đất. Còn nhiều thách thức trong việc thương mại hóa để duy trì tính cạnh tranh về kinh tế của việc sử dụng than khi phải chi phí cho mục tiêu “không phát thải” (zeroemissions). Nhiều nhà máy điện chạy than đã gần hết thời hạn sử dụng, việc thay thế chúng tạo nhiều cơ hội để điện “sạch hơn:.
Quản lý chất thải do đốt than
Việc đốt than làm tăng lượng chất cần phải được kiểm soát hoặc ít nhất là phải được định lượng. Công nghệ “than sạch” đã mở ra lời giải cho sự lo ngại về môi trường cuối thế kỷ XX. Tuy nhiên trên thực tế, từ nhiều năm nay một số phương pháp đã được ứng dụng, như mô tả tóm tắt dưới đây:
Làm sạch than bằng cách “rửa” là một thao tác tiêu chuẩn ở nhiều nước phát triển. Thao tác này làm giảm lượng tro bụi và CO2 khi đốt than.
Thiết bị kết tủa tĩnh điện (electrostatic precipitators) và bộ màng lọc (fabric filters) có thể loại bỏ 99% lượng tro bụi bay ra từ ống thoát khí – các công nghệ này đang được sử dụng rộng rãi.
Thiết bị khử khí sulfur làm giảm tới 97% lượng khí CO2 thoát ra, con số này phụ thuộc vào mức lưu huỳnh trong than và quy mô giảm. Công nghệ này đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước phát triển.
Thiết bị đốt Nox thấp (Low-Nox burner) cho phép các nhà máy nhiệt điện sử dụng than giảm 40% lượng các loại oxid nitrate (Nox). Kết hợp với kỹ thuật tái đốt NOx (re-burning techniques) có thể giảm 70% và giảm bằng chất xúc tác có chọn lọc có thể loại trừ được 90% lượng khí NOx sinh ra.
Hiệu suất của các nhà máy tăng lên – hiện nay hiệu suất đạt tới 45%, sắp tới có khả năng là 50% – có nghĩa là các nhà máy nhiệt điện mới sẽ sinh ra khí thải trên mỗi kWh điện ít hơn so với những nhà máy cũ.
Các công nghệ mới như IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle – chu trình phối hợp khí hóa tích hợp) và PFBC (Pressurised Fluidised Bed Combustion – đốt tầng khí nén hóa lỏng) cho phép tăng hiệu suất nhiệt lên 50%.
Than siêu sạch (ultra-clean coal) sản phẩm của các công nghệ chế biến mới làm giảm lượng tro xuống dưới 0,25% và lượng lưu huỳnh xuống mức rất thấp; tức là than được nghiền thành bột mịn có thể cung cấp trực tiếp cho các tuabin khí với chu trình phối hợp và cháy ở hiệu suất nhiệt cao.
Phương pháp khí hóa, bao gồm khí hóa ngầm tại chỗ, sử dụng hơi nước và oxy để biến than thành oxid carbon (CO) và hydro.
Thu hồi và chôn cất CO2 hóa lỏng dưới các tầng đất sâu.
Chất thải sinh ra có thể được sử dụng như nguyên liệu. Năm 1999, các nước Liên minh châu u (EU) đã sử dụng một nửa lượng tro bay lên và tro lắng xuống từ đốt than để sản xuất vật liệu (tro bay lên có thể dùng sản xuất ximăng) và 87% thạch cao từ việc khử lưu huỳnh khi đốt than tại các nhà máy nhiệt điện.
Tính kinh tế nghiên cứu và phát triển
Theo Viện than thế giới (World Coal Institute) thì chi phí thu hồi và cất giữ CO2 còn cao (150-220 USD/tấn cacbon, 3,5-5,5 US cent/kWh điện tương ứng với đốt than ở hiệu suất nhiệt 35%). Nhưng nhiều công trình nghiên cứu đang được tiến hành nhằm giảm chi phí – yếu tố kinh tế sống còn của công nghệ “than sạch”. Bộ năng lượng Hoa Kỳ đang tài trợ cho việc nghiên cứu và phát triển với mục tiêu đến năm 2008 sẽ giảm chi phí thu hồi carbon xuống dưới mức 10 USD/tấn (tương đương 0,25 US cent/kWh) và đến năm 2012 sẽ giảm chi phí thu giữ carbon chỉ còn bằng 10% chi phí phát điện.
Mới đây, Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã công bố Dự án phát điện tương lai (FutureGen Project) trị giá 1,3 tỷ USD để thiết kế, xây dựng và vận hành một nhà máy phát điện và sản xuất hydro sử dụng nhiên liệu than gần như không phát thải. FutureGen dự kiến sẽ được khởi công xây dựng vào năm 2009 và vận hành vào năm 2012; với thiết kế có tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế. Nhiều nước phát triển như Đan Mạch, Na Uy, Australia,… cũng đang theo đuổi những dự án phát triển công nghệ “than sạch”.
Xu thế hiện nay
Lĩnh vực công nghệ than sạch đang phát triển rất nhanh theo hướng khí hóa than ở giai đoạn thứ hai: tạo ra dòng khí CO2 được cô đặc và nén, tiếp đó tách ly và chôn dưới đất. Công nghệ này có thể tạo ra khả năng đạt tới “không phát thải” – thực tế là chất gây ô nhiễm cũng như CO2 sinh ra do đốt than sẽ cực kỳ thấp. Việc thực hiện có cải tiến những hiệu quả sẽ giúp “than sạch” cùng với khí thiên nhiên và năng lượng có thể tái sinh (mặt trời, gió) cắt giảm đáng kể việc sinh ra khí gây hiệu ứng nhà kính, đáp ứng mục tiêu gìn giữ môi trường cho các thế hệ tương lai.
Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã xem công nghệ than “không phát thải” là một yếu tố cốt lõi của việc cung cấp năng lượng cho một tương lai đang chịu sức ép của vấn đề carbon. Cơ quan này đang thực hiện một chương trình đầy tham vọng nhằm nghiên cứu phát triển và đưa ra thiết kế các nhà máy nhiệt điện dùng than thông thường với giá điện năng chỉ tăng 10%. Chính phủ Australia cũng đã quy hoạch các địa điểm cất giữ CO2 ở gần các nguồn sinh ra CO2 chính; nhưng các nhà máy cần phải được sự chấp thuận của dân chúng và chứng tỏ rằng việc cất giữ là lâu dài. Tại nhiều nước khác, công nghệ than sạch “không phát thải” cũng được coi là có nhiều tiềm năng trong việc bảo đảm an ninh năng lượng đồng thời tránh được nguy cơ do khí gây hiệu ứng nhà kính đối với môi trường.
Đinh Ngọc Quang – Kiến thức ngày nay – Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2007

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *