Khí hóa than: Nguồn năng lượng sạch của tương lai?

Khí hóa than: Một ngành công nghiệp đang phát triển

Chế biến khí gas từ than không thân thiện môi trường như chúng ta nghĩ, nhưng do giá than rẻ nên sản xuất năng lượng từ than vẫn chiếm tỷ trọng lớn trên thế giới, cung cấp 1/4 năng lượng sơ cấp và hơn 40% sản lượng điện. Và xu hướng này sẽ tiếp tục trong nhiều năm tới.

Thách thức to lớn đó là làm sao sản xuất năng lượng từ than một cách sạch hơn, ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Trong khi thế giới đang cố gắng để phát triển công nghệ cô lập carbon (Carbon Capture and Storage - CCS) thì một số nước đang tìm kiếm những cách khác nhau để khai thác các mỏ than của mình.

Công nghệ chủ yếu được sử dụng để tạo ra khí gas tự nhiên tổng hợp (Synthetic Natural Gas - SNG) là khí hóa than bằng các phản ứng hóa học thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch này. Công nghệ này đã được phát triển nhiều thập kỷ qua, nhưng hiện nay đang được quan tâm trở lại khi mà giá khí gas tăng làm cho phương pháp sản xuất này trở lên kinh tế hơn.

Tại Mỹ phương pháp sản xuất này áp dụng chưa nhiều, nhưng ngược lại Trung Quốc đang cố gắng thực hiện để thỏa mãn nhu cầu tăng cao về năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu khí gas tự nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas- LNG). Ủy ban Quốc gia về Năng lượng của Trung Quốc đã đề ra kế hoạch sản xuất 50 tỉ tấn m3 khí gas từ than vào năm 2020 đủ để thỏa mãn 10% nhu cầu về khí gas của mình.  

Đây không phải chỉ là vấn đề về kinh tế, mà còn giúp Trung Quốc khai thác các mỏ than nằm cách xa các vùng công nghiệp hàng nghìn km do vận chuyển khí gas rẻ hơn rất nhiều so với việc vận chuyển than.

Khí hóa than có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường khi mà đây đang là vấn đề đáng lo ngại tại Trung Quốc. Tuy nhiên, hai vấn đề lớn cần quan tâm đó là:

(1) Sản xuất khí hóa than phát sinh ra nhiều khí CO2 hơn các nhà máy sử dụng than làm nguyên liệu truyền thống. Do vậy, không chỉ là việc Trung Quốc sẽ sử dụng nhiều than mà nó còn dẫn đến vấn đề ảnh hưởng đến môi trường.

Ông Laszlo Varro, trưởng bộ phận khí gas, than và năng lượng của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho rằng: "Khí hóa gas hấp dẫn từ cả phương diện kinh tế, an ninh năng lượng và là giải pháp hữu ích cho vấn đề ô nhiễm của một địa phương". Nhưng về tổng thể thì khí CO2 sẽ tăng lên trên toàn cầu do vậy phương pháp sản xuất này không hiệu quả xét về khía cạnh biến đổi khí hậu.

Nước Mỹ đã thu được những kinh nghiệm trong sản xuất khí hóa than trong những năm gần đây. Một nghiên cứu của trường đại học Duke của Mỹ cho biết khí gas tự nhiên tổng hợp (SNG) gây hiệu ứng nhà kính gấp 7 lần so với khí gas tự nhiên và 2 lần so với đốt than.

(2) Vấn đề thứ hai là sử dụng nước. Phương pháp khí hóa than là một trong những phương pháp sản xuất năng lượng sử dụng nhiều nước. Trong khi đó nhiều vùng rộng lớn của Trung Quốc, đặc biệt là vùng phía Tây nơi có thể đặt các nhà máy khí hóa gas mới đang phải chịu sự thiếu hụt nước nghiêm trọng.

Ông Varro cho biết, những báo cáo gần đây của Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã kết luận rằng: các nhà máy sử dụng than và chế biến khí hóa than sử dụng một phần khá lớn nguồn nước sẵn có tại Trung Quốc.

Ở các nước khác đang sử dụng cách khác để lấy khí gas từ than. Một phương pháp khá phổ biến ở Úc đó là lấy khí mêtan trong tầng than đá. Đây là phương pháp cho phép tiếp cận tới các vỉa than ở quá sâu. Nước sẽ được bơm vào các vỉa than và đẩy khí mêtan trên bề mặt của than.

Công nghệ sạch

Công nghệ khí hóa gas dưới lòng đất (Underground Coal Gasification - UCG) được phát minh từ thế kỷ 19, nhưng chỉ trở thành thương mại hóa và quy mô lớn khi các dự án tại Uzbekistan và dự án thử nghiệm tại Úc và Nam Phi đi vào hoạt động.

Ô nhiễm nặng nề tại Trung Quốc đã tạo áp lực trong việc xem xét lại làm thế nào để khai thác các mỏ than hiệu quả hơn. Ảnh: Huffingtonpost.

Theo bà Julie Lauder, Giám đốc điều hành Hiệp hội Khí hóa than dưới lòng đất (UCG) thì "công nghệ khai thác năng lượng mới từ than này không tác động đến môi trường như chúng ta thường thấy".

Công nghệ khai thác phát triển và giá gas tăng, do vậy phương pháp UCG trở nên khả thi trong việc tiếp cận đến nguồn than khổng lồ tại các vỉa than nằm sâu trong lòng đất. Thực tế, theo ước tính có tới 85% trữ lượng than trên thế giới không thể tiếp cận bằng các công nghệ khai thác truyền thống hiện nay.

Nếu khai thác các mỏ than theo phương pháp truyền thống có thể dẫn đến phát thải khí CO2 và làm biến đổi khí hậu - thì theo phương pháp UCG nguồn năng lượng này có thể khai thác một cách "sạch" hơn.

Quy trình khai thác được thực hiện bằng cách bơm khí ôxy và hơi qua các lỗ khoan vào vỉa than để tạo nên sự tự cháy có kiểm soát. Không giống như công nghệ khai thác khí mê tan từ mỏ than, phương pháp này chuyển than từ thể cứng sang thể khí. Khí hydrogen, methan, carbon monoxide và CO2 sau đó được bơm lên qua lỗ khoan thứ hai.

Hiện nay, áp dụng công nghệ này vào sản xuất mới chỉ áp dụng tại Úc và Uzbekistan. Còn tại Việt Nam và nhà nhiều nước khác đang trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm.

Các dự án khí hóa than dưới lòng đất trên thế giới

Theo tiến sỹ Harry Bradbury, nhà sáng lập và giám đốc điều hành Công ty Năng lượng Sạch Five Quarters của nước Anh, công nghệ UCG chỉ phát thải 20% khí CO2 so với phương pháp khai thác than truyền thống.

Hiện nay, Five Quarters đang phát triển công nghệ hóa thể cứng "Solid State Chemical Engineering" không cần phải đốt than - mà bằng cách giải phóng các khí gas không chỉ tại các vỉa than, mà còn xung quanh khu vực đá. Phương pháp này giúp giảm bớt những quan ngại về nước bị ô nhiễm và sự sụt lún.  

Tuy nhiên, lợi thế thực sự của phương pháp này nằm ở khả năng làm thế nào kiểm soát được hoàn toàn khí CO2 để không phát thải ra môi trường. Có thể bằng cách bơm khí CO2 trở lại các vỉa than hoặc biến đổi carbon thành các sản phẩm nhựa và than chì (Graphene).

Chính phủ Anh đã thành lập một nhóm nghiên cứu để đánh giá hiệu quả của phương pháp UCG và rất quan tâm đến nguồn than khổng lồ dưới vùng Biển Bắc. Các quốc gia khác cũng quan tâm đến công nghệ khai thác mới để có thể tiếp cận những vỉa than tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng biển.

VŨ HÙNG PHƯƠNG, TRƯỜNG QUẢN TRỊ KINH DOANH - VINACOMIN (LƯỢC DỊCH TỪ BBC)